ВНУТРИТРУБНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО
IN-PIPE VEHICLE

Изобретение относится к самоходным транспортным средствам и может быть использовано для организации перемещений по внутренним поверхностям, например, внутри труб с различными формами поперечного сечения, в пространстве между плоскими поверхностями постоянного и переменного профиля, а также по горизонтальной и наклонной поверхностям, и может быть использовано как для проведения внутритрубной диагностики, так и для внутритрубной транспортировки различных объектов, а также при проведении ремонтно-строительных и аварийно-спасательных работ.
Известен движитель для перемещения внутри трубопровода, содержащий два телескопических цилиндра с закрепленными на их наружных поверхностях упругими элементами, контактирующими с внутренней поверхностью трубопровода, причем телескопические цилиндры соединены между собой приводом возвратно-поступательного перемещения, а каждый упругий элемент выполнен в виде проволочных щеток, наклоненных в обратную сторону движения всего устройства (Клавдиев М.С., Власов В.Т. Устройство для ультразвукового контроля. Авторское свидетельство СССР №510672. Опубл. 15.04.76. Бюл. №14).
Известно также устройство, способное перемещаться внутри узких капилляров или сосудов. Устройство состоит из линейного привода, выполненного в виде двух подвижных цилиндрических корпусов, установленных на штоках с возможностью двигаться независимо друг от друга. При этом постоянный магнит связан с одним из корпусов, а катушка электромагнита - с другим. Между собой корпуса соединены пружиной, установленной снаружи постоянного магнита и электромагнита. На обоих корпусах установлены упругие фиксирующие элементы, с помощью которых устройство удерживается коаксиально относительно капилляра или сосуда, а также может двигаться внутри него. (В.Г. Градецкий, В.Б. Вешников, С.В. Калиниченко, Л.Н. Кравчук. Управляемое движение мобильных роботов по произвольно ориентированным в пространстве поверхностям. Москва «Наука», 2001 г. С. 299-300, рис. 8.1.2).
Недостатками приведенных устройств является отсутствие возможности организации реверсивного их движение, что существенно сужает его функциональные возможности, что существенно ограничивает его область применения.
Известно внутритрубное транспортное средство, содержащее несколько сочлененных между собой звеньев, снабженных механизмом их поочередного сведения и разведения, выполненного в виде размещенной в одном из звеньев электромагнитной катушки с расположенным вдоль продольной оси транспортного средства и подпружиненным относительно торца корпуса звена сердечником, при этом корпус катушки и сердечник жестко связаны с тормозными звеньями, каждое из которых снабжено двумя криволинейными упруго-эластичными мембранами с лепестками, снабженными средствами их перемещения относительно стенок корпуса и взаимодействующими со стенами трубы через выполненные в стенках корпусов-звеньев прорези, при этом мембраны обращены выпуклостями друг к другу и жестко соединены между собой (Градецкий В.Г., Князьков М.М., Кравчук Л.Н. Внутритрубное транспортное средство. Патент РФ на полезную модель №60007, МПК В08В 9/04, B62D 57/02 - прототип).
Недостатками данного устройства являются сложность конструкции, увеличенные габаритно-массовые характеристики и энергопотребление, а также низкая надежность, связанные с выполнением конструкции трехмодульной с тремя приводами и шарнирными соединениями модуле между собой. Так, например выход из строя одного из модулей приводит к неработоспособности внутритрубного транспортного средства в целом. Кроме того, как правило, внутритрубным транспортным средствам для диагностики трубопроводов требуется разовое реверсное движение в цикле, а многоразовое реверсирование является избыточным и неизбежно приводит к недостаткам, приведенным выше.
Ожидаемый технические результат изобретения - упрощение конструкции, уменьшение габаритно-массовых характеристик и энергопотребления, и повышение надежности конструкции.
Это достигается тем, что во внутритрубном транспортном средстве, содержащем линейный привод, взаимно перемещаемые части которого снабжены симметричными парами упругих элементов, установленных с наклоном в противоположные стороны к оси линейного привода с возможностью поочередного упругого воздействия на внутреннюю поверхность трубы однонаправленными упругими элементами каждой из взаимно перемещаемых частей линейного привода, устройство поочередного прижатия однонаправленных упругих элементов обеих взаимно перемещаемых частей линейного привода к его оси в виде установленных коаксиально на взаимно перемещаемых частях линейного привода прижимных втулок с возможностью их осевого взаимодействия с устройством их осевого перемещения, устройство осевого перемещения прижимных втулок выполнено дискретным в виде Т-образных толкателей, прикрепленных к торцевому буртику сцепной втулки, подвижно установленной на штоке линейного привода, при этом другой конец сцепной втулки выполнен с возможностью взаимодействия с подпружиненными коаксиальными запорной и тяговой втулками, установленными с возможностью осевого перемещения: запорной втулки между штоком линейного привода и тяговой втулкой, а тяговой втулки - внутри цилиндрического отверстия в перемещаемой части линейного привода жестко связанной с его штоком, при этом запорная втулка подпружинена в сторону к сцепной втулки, а тяговая втулка - от сцепной втулки, при этом в стенках тяговой втулки выполнены отверстия, оси которых перпендикулярны продольной оси, и в каждом отверстии установлен шарик, кроме того на внутренней поверхности цилиндрического отверстия перемещаемой части линейного привода и наружной поверхности сцепной втулки выполнены кольцевые канавки, профиль которых соответствует шарику, а глубина меньше его радиуса, при этом наружные диаметры запорной втулки и сцепной втулки на участке расположения ее кольцевой канавки равны внутреннему диаметру тяговой втулки.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1-5 изображен полный цикл перемещения и реверса, установленного в трубопроводе внутритрубного транспортного средства, в том числе на фиг. 1 исходное (начальное) положение, на фиг. 2 первый цикл перемещения, на фиг. 3 момент начала переключения на реверс, на фиг. 4 момент окончания переключения на реверс (начальное положение реверсивного перемещения), на фиг. 5 первый цикл реверсивного перемещения.
Внутритрубное транспортное средство выполнено в виде установленного в трубе 1 линейного привода с взаимно перемещаемыми частями 2 и 3, каждая из которых снабжена симметричными группами упругих элементов 4 и 5, установленных с наклоном в противоположные стороны к оси линейного привода с возможностью поочередного упругого воздействия на внутреннюю поверхность трубы однонаправленными группами упругих элементов перемещаемых частей 2 и 3. При этом перемещаемые части 2 и 3 снабжены устройством поочередного прижатия однонаправленных групп упругих элементов 4 и 5 к оси линейного привода. Устройство поочередного прижатия однонаправленных групп упругих элементов 4 и 5 к оси линейного привода выполнено в виде установленных коаксиально на перемещаемых частях 2 и 3 прижимных втулок 6 с возможностью их осевого взаимодействия с устройством их осевого перемещения. При этом устройство осевого перемещения прижимных втулок 5 выполнено дискретным в виде Т-образных толкателей 7, прикрепленных к торцевому буртику сцепной втулки 8, подвижно установленной на штоке линейного привода. При этом другой конец сцепной втулки 8 выполнен с возможностью взаимодействия с подпружиненными пружинами 9 и 10 коаксиальными запорной 11 и тяговой 12 втулками. Запорная втулка 11 подпружинена пружиной 9 в сторону к сцепной втулке 8 с возможностью осевого перемещения между штоком линейного привода и тяговой втулкой 12. Тяговая втулка 12 установлена внутри цилиндрического отверстия перемещаемой части 2 жестко связанной со штоком и подпружинена пружиной 10 в сторону от сцепной втулки 8. При этом в стенках тяговой втулки 12 выполнены отверстия, оси которых перпендикулярны продольной оси, и в каждом отверстии установлен шарик 13. Кроме того, на внутренней поверхности цилиндрического отверстия перемещаемой части 2 и наружной поверхности сцепной втулки 8 выполнены кольцевые канавки 14 и 15, профиль которых соответствует шарику 13, а глубина меньше его радиуса, при этом наружные диаметры запорной втулки 11 и сцепной втулки 8 на участке расположения ее кольцевой канавки 15 равны внутреннему диаметру тяговой втулки 12. Группы упругих элементов 4 и 5 могут быть выполнены как щеткообразными, так и в виде пластин или конусов. В этом случае в них предусмотрены раздвижка щетин или пластин, а также прорези в пластинах или конусах, необходимые для свободного прохода между ними Т-образных толкателей 7.
Работает устройство следующим образом. Перед установкой внутритрубного транспортного средства в трубе 1 группы упругих элементов 5, наклоненные в сторону планируемого перемещения в трубе 1 прижимают к наружной поверхности перемещаемых частей 2 и 3 прижимными втулками 6. Затем включают линейный привод и сближают его перемещаемые части 1 и 2 на расстояние, равное длине сцепной втулки 8. После установки внутритрубного транспортного средства в трубе 1 свободные группы упругих элементов 4 перемещаемых частей 2 и 3 вступают в контакт и упругое взаимодействие с внутренней поверхностью трубы 1 с возможностью однонаправленного перемещения в сторону, противоположную направлению наклона свободных групп упругих элементов (фиг. 1). Далее включают линейный привод и увеличивают расстояние между перемещаемыми частями 2 и 3 на величину шага. При этом перемещаемая часть 2 тормозится своей группой упругих элементов 4 и остается на месте, а перемещаемая часть 3 продвигается вперед на величину шага. После этого линейный привод изменяет направление движения и вновь сближает перемещаемые части 2 и 3 на величину шага. При этом перемещаемая часть 3 тормозится своей группой упругих элементов 4 и остается на месте, а перемещаемая часть 2 продвигается вперед на величину шага и внутритрубное транспортное средство оказывается перемещенным за один цикл на величину шага в направлении запланированного движения и вновь принимает исходное (начальное) положение. Затем количество циклов повторяют требуемое количество раз, пока внутритрубное транспортное средство не переместиться на заданное расстояние. Далее при необходимости переключения на реверсивное движение линейный привод внутритрубного транспортного средства, занимающего исходное положение включают на сближение перемещаемых частей 2 и 3 до момента, пока кольцевые канавки 14 и 15 не окажутся в одной плоскости, и выключают. При этом одновременно будет происходить смещение запорной втулки 11 и сжатие пружины 9. После совпадения кольцевых канавок, запорная втулка 11 освободит шарики 13 и, под действием пружины 10, тяговая втулка 12 переведет шарики 13 из кольцевой канавки 14 в кольцевую канавку 15 и переместит вдоль штока сцепную втулку 8 в крайнее положение до упора ее торцевым буртиком с торцевой поверхностью перемещаемой части 2. При этом Т-образные толкатели 7 окажут осевое воздействие на прижимные втулки 6 и переместят их в положение, при котором группы упругих элементов 5 перемещаемых частей 2 и 3 окажутся свободными, а группы упругих элементов 4 - прижатыми к поверхности этих же частей. В результате внутритрубное транспортное средство займет исходное (начальное) положение для движения по трубе в обратном направлении. Далее управление движением в обратном направлении аналогично предыдущему прямому движению. После возврата внутритрубного транспортного средства в исходную точку его извлекают из трубы, включают линейный привод и разводят перемещаемые части 2 и 3 на исходное расстояние, равное длине сцепной втулки (фиг. 1). Затем осуществляют осевое перемещение сцепной втулки 8 с Т-образными толкателями 7 до упора ее торцевого буртика с перемещаемой частью 3 и перемещают прижимные втулки 6 в исходное (начальное) положение (фиг. 1). При этом вновь освобождаются группы упругих элементов 4 и прижимаются к перемещаемым частям 2 и 3 группы упругих элементов 5, и внутритрубное транспортное средство готово к дальней работе.
Предлагаемое внутритрубное транспортное позволяет при возможности обеспечения реверсивного перемещения внутри трубопроводов, упростить конструкцию и, как следствие уменьшить габаритно-массовые характеристики и энергопотребление, а также повысить надежность эксплуатации.