作品名稱(chēng)：一種管道冰凍疏通裝置
學(xué)校名稱(chēng)：沈陽(yáng)航空航天大學(xué)
參賽隊(duì)伍：管道冰凍疏通機(jī)械隊(duì)
參賽學(xué)生：魏吳 衣鳳鎖 孫浩軍
指導(dǎo)老師：楊旭 姜陽(yáng)
產(chǎn)品簡(jiǎn)介 開(kāi)發(fā)背景：
寒冷冬季，下水管道容易結(jié)冰堵塞，因受限于管道形狀及其安裝位置的復(fù)雜性，清理管道結(jié)冰工作多難以展開(kāi)。為了解決管道內(nèi)結(jié)冰所引起的堵塞問(wèn)題，我們團(tuán)隊(duì)對(duì)現(xiàn)有裝置無(wú)法破冰成因進(jìn)行了細(xì)致分析，對(duì)現(xiàn)有裝置刀頭進(jìn)行了創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。
結(jié)構(gòu)說(shuō)明：
一種管道破冰裝置，包括掘進(jìn)裝置、支撐推進(jìn)裝置和外工作裝置，所述掘進(jìn)裝置尾端鉸接支撐推進(jìn)裝置，所述支撐推進(jìn)裝置數(shù)量為兩個(gè)，兩個(gè)所述的支撐推進(jìn)裝置依次鉸接，所述外工作裝置包括負(fù)壓抽吸裝置和電源控制箱，所述負(fù)壓抽吸裝置的負(fù)壓進(jìn)口卡裝吸污管一端，所述吸污管另一端卡裝掘進(jìn)裝置尾端；一種破冰裝置整體包括掘進(jìn)裝置、支撐推進(jìn)裝置和外工作裝置，所述掘進(jìn)裝置尾端鉸接支撐推進(jìn)裝置，實(shí)現(xiàn)有效的連接，同時(shí)保證掘進(jìn)裝置能夠與支撐推進(jìn)裝置進(jìn)行相對(duì)的彎折，所述支撐推進(jìn)裝置數(shù)量為二個(gè)，兩個(gè)支撐推進(jìn)裝置依次鉸接，通過(guò)與掘進(jìn)裝置進(jìn)行組合，構(gòu)成三節(jié)可以進(jìn)行彎折的工作結(jié)構(gòu)，同時(shí)支撐推進(jìn)裝置通過(guò)自身結(jié)構(gòu)的特性為裝置的前進(jìn)提供蠕動(dòng)動(dòng)力。
功能與使用說(shuō)明：
將裝置水平置入管道內(nèi)，控制第一部分的支撐推進(jìn)裝置中的第二步進(jìn)電機(jī)工作，待支撐足嚴(yán)緊貼合管壁，第二步進(jìn)電機(jī)停止工作，而后開(kāi)啟子電動(dòng)機(jī)與主電動(dòng)機(jī)，同時(shí)控制第一步進(jìn)電機(jī)工作，向線圈輸入脈沖電流，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)裝置的前后沖擊震動(dòng)，待步進(jìn)電機(jī)推程達(dá)到最大，關(guān)閉子電動(dòng)機(jī)與主電動(dòng)機(jī)，同時(shí)第一步進(jìn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，待絲扣返回到第一步進(jìn)電機(jī)一端停止工作，第二步進(jìn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，支撐足收縮，同一時(shí)刻控制第二部分的支撐推進(jìn)裝置中的結(jié)構(gòu)重復(fù)第一部分支撐推進(jìn)裝置的工作，將前部組件向前推進(jìn)，接著，開(kāi)啟子電動(dòng)機(jī)與主電動(dòng)機(jī)，通過(guò)兩個(gè)支撐推進(jìn)部分的工作，實(shí)現(xiàn)裝置的漸進(jìn)蠕動(dòng)行進(jìn)；
在工作期間，負(fù)壓抽吸裝置一直處于工作狀態(tài)，不斷將管道內(nèi)冰屑抽離管道，實(shí)現(xiàn)徹底除污，防止二次堵塞，同時(shí)該裝置控制信號(hào)與電力采用線導(dǎo)方式輸入，同時(shí)在裝置尾部安裝曳線，防止裝置出現(xiàn)故障卡死在管道當(dāng)中，線圈與永磁體僅表示此處可配備微型電磁振動(dòng)器，其所提供短促?zèng)_擊將會(huì)給刀頭以短時(shí)較大壓力，有利于提高除冰能力。
設(shè)計(jì)說(shuō)明 裝置設(shè)計(jì)原理：
一種管道破冰裝置，包括掘進(jìn)裝置、支撐推進(jìn)裝置和外工作裝置，其特征在于，所述掘進(jìn)裝置尾端鉸接支撐推進(jìn)裝置，所述支撐推進(jìn)裝置數(shù)量為二，兩個(gè)支撐推進(jìn)裝置依次鉸接，所述外工作裝置包括負(fù)壓抽吸裝置和電源控制箱，所述負(fù)壓抽吸裝置的負(fù)壓進(jìn)口卡裝吸污管一端，所述吸污管另一端卡裝掘進(jìn)裝置尾端，所述電源控制箱獨(dú)立電連接負(fù)壓抽吸裝置、支撐推進(jìn)裝置與掘進(jìn)裝置。
裝置設(shè)計(jì)方案：
外工作裝置包括吸污管、負(fù)壓抽吸裝置和電源控制箱，所述負(fù)壓抽吸裝置的負(fù)壓進(jìn)口卡裝吸污管一端，所述吸污管另一端卡裝掘進(jìn)裝置尾端，所述電源控制箱獨(dú)立電連接負(fù)壓抽吸裝置、支撐推進(jìn)裝置與掘進(jìn)裝置。采用公轉(zhuǎn)配合自轉(zhuǎn)的雙刀頭傾斜式設(shè)計(jì),提高破冰能力，降低過(guò)彎時(shí)對(duì)管道壁的切削，同時(shí)內(nèi)置電磁震動(dòng)沖擊的設(shè)計(jì)，提高刀頭切削冰體效率；內(nèi)工作裝置，是由多節(jié)鉸接結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)彎道破冰，提高管道的適用性，而負(fù)壓抽吸裝置，配合吸污管，使得裝置在破冰后，能及時(shí)排渣,降低二次結(jié)冰堵塞可能性，外置工作裝置提供長(zhǎng)足動(dòng)力，其功率更大，工作時(shí)間更長(zhǎng)。
掘進(jìn)裝置包括主電動(dòng)機(jī)，為掘進(jìn)裝置中球形掘進(jìn)頭的公轉(zhuǎn)提供動(dòng)力，所述主電動(dòng)機(jī)輸出端卡裝主軸旋轉(zhuǎn)體，為上端連接的結(jié)構(gòu)提供安裝基礎(chǔ)，所述主軸旋轉(zhuǎn)體上端面一體成型有定位滑柱，配合連接筒對(duì)子電動(dòng)機(jī)及其上結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝，所述定位滑柱外側(cè)的主軸旋轉(zhuǎn)體上表面對(duì)稱(chēng)焊接有輔助定位柱，配合定位滑筒對(duì)連接筒進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)限位，避免發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致動(dòng)力無(wú)法傳動(dòng)，所述定位滑柱外端套裝有連接筒，實(shí)現(xiàn)有效的連接，同時(shí)增加連接結(jié)構(gòu)的抗扭能力，所述連接筒外周對(duì)稱(chēng)焊接有定位滑筒，配合輔助定位柱進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)限位，所述定位滑筒套裝輔助定位柱，所述輔助定位柱外側(cè)卡裝銷(xiāo)釘，對(duì)連接筒的軸向滑動(dòng)進(jìn)行限位，所述銷(xiāo)釘貫穿定位滑筒，其定位滑筒開(kāi)設(shè)的定位孔長(zhǎng)度大于銷(xiāo)釘直徑，使得能給進(jìn)行軸向滑動(dòng)，所述連接筒外周表面對(duì)稱(chēng)焊接有兩個(gè)連接柱，為子電動(dòng)機(jī)的安裝提供基礎(chǔ)，兩個(gè)連接柱均固定安裝子電動(dòng)機(jī)，為球形掘進(jìn)頭的自傳提供動(dòng)力，所述子電動(dòng)機(jī)輸出端固定安裝球形掘進(jìn)頭，通過(guò)自身結(jié)構(gòu)對(duì)管道內(nèi)冰體進(jìn)行破碎，所述主電動(dòng)機(jī)外殼上端固定安裝導(dǎo)電滑環(huán)，使得主軸旋轉(zhuǎn)體上的結(jié)構(gòu)進(jìn)行公轉(zhuǎn)時(shí)，能給為子電動(dòng)機(jī)提供持續(xù)的供電，所述子電動(dòng)機(jī)電連接導(dǎo)電滑環(huán)。
兩個(gè)子電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸偏離主電機(jī)的主軸15°到20°，且兩個(gè)子電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸反向偏離，所述子電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸軸向向主電動(dòng)機(jī)的主軸軸向傾斜，兩個(gè)掘進(jìn)刀頭的外弧近似相切，通過(guò)上述結(jié)構(gòu)及角度的調(diào)整，使得球形掘進(jìn)頭能給更好的破冰效果，所述掘進(jìn)刀頭頭端分為第一切削區(qū)域與第二切削區(qū)域，所述第一切削區(qū)域?yàn)榍邢魉俣葮O小區(qū)域，該區(qū)域在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線速度極小，導(dǎo)致切削冰體極為不易，需增加壓力，所述第二切削區(qū)域?yàn)榍邢魉俣日^(qū)域，該區(qū)域在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線速度適中，但區(qū)域較小，保證破冰效率的同時(shí)，避免阻力過(guò)大，造成卡死。
所述連接筒筒內(nèi)上端固定安裝永磁體，所述定位滑柱外周纏繞線圈，所述線圈電連接導(dǎo)電滑環(huán)。
所述支撐推進(jìn)裝置包括第一聯(lián)軸器，所述第一聯(lián)軸器下端焊接第一輪盤(pán)，所述第一輪盤(pán)下端面外周固定安裝有三個(gè)均勻分布的抗扭活塞桿，所述抗扭活塞桿下端固定安裝第二輪盤(pán)，所述抗扭活塞桿的內(nèi)桿固定安裝固定盤(pán)，所述固定盤(pán)通過(guò)螺栓安裝第一步進(jìn)電機(jī)上端，所述第一步進(jìn)電機(jī)輸出端固定安裝絲杠，所述絲杠螺裝絲扣，所述絲扣固定安裝第二輪盤(pán)中部，所述第一步進(jìn)電機(jī)下端固定安裝第二聯(lián)軸器，所述第二聯(lián)軸器鉸接第三聯(lián)軸器，所述第三聯(lián)軸器外周下端焊接有三個(gè)均勻分布的連接架，所述連接架鉸接第一連桿上端，所述連桿下端鉸接支撐足的內(nèi)側(cè)上角，所述支撐足內(nèi)側(cè)下角鉸接第二連桿下端，所述第三聯(lián)軸器下端固定安裝第二步進(jìn)電機(jī)，所述第二連桿上端鉸接第二步進(jìn)電機(jī)的外殼，所述第二步進(jìn)電機(jī)輸出端固定安裝螺進(jìn)桿，所述螺進(jìn)桿螺裝固定套筒，所述固定套筒外周上端鉸接支撐桿一端，所述支撐桿的另一端鉸接第二連桿中部，所述固定套筒下端焊接第四聯(lián)軸器。
設(shè)計(jì)破冰裝置刀頭采取雙刀頭旋轉(zhuǎn)切削的方式進(jìn)行有效破冰，有效解決了現(xiàn)有刀頭靠近旋轉(zhuǎn)中心處速度低、工作效果不理想的缺點(diǎn)，以降低對(duì)于驅(qū)動(dòng)裝置與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求，實(shí)現(xiàn)刀頭安全有效過(guò)彎工作，以提高其適用于多種類(lèi)型管道的破冰能力。
由于刀頭在工作時(shí)保持螺旋前進(jìn)，因而具有自動(dòng)對(duì)中能力。為保證刀頭在管道內(nèi)穩(wěn)定前進(jìn)及有效清塞，該旋轉(zhuǎn)體前端兩球型刀頭相切點(diǎn)與主電機(jī)后端中心點(diǎn)處在管道中心軸線上，在任意時(shí)刻，該旋轉(zhuǎn)體同管道內(nèi)壁無(wú)干涉則旋轉(zhuǎn)體可以通過(guò)該彎道，即整個(gè)設(shè)計(jì)刀頭可通過(guò)。
產(chǎn)品特色 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的先進(jìn)性、實(shí)用性、創(chuàng)新性有：
1.采用公轉(zhuǎn)加自轉(zhuǎn)的雙刀頭反向傾斜式設(shè)計(jì),相對(duì)于現(xiàn)有刀頭增大了可工作面積，提高了破冰能力，并且降低過(guò)彎時(shí)對(duì)管道壁的擠壓摩擦和切削；
2.掘進(jìn)裝置采用電磁震動(dòng)沖擊，提高刀頭切削冰體效率。通過(guò)計(jì)算得出，在給定的驅(qū)動(dòng)力下，雙刀頭相較于鉆頭型單刀頭可提供更大壓強(qiáng)，在面臨同一工作需求時(shí)，雙刀頭可以降低對(duì)于裝置結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求。由于單刀頭無(wú)效工作區(qū)的存在，雙刀頭具有更加明顯的優(yōu)勢(shì)；
3.采用掘進(jìn)裝置、支撐推進(jìn)裝置的多節(jié)鉸接結(jié)構(gòu)，通過(guò)聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)裝置在作業(yè)過(guò)程中面臨不同直徑、不同角度的彎道情況時(shí)，該刀頭能有效地通過(guò)彎道，實(shí)現(xiàn)彎道破冰，提高了裝置的工作能效；
4.采用外置電源設(shè)計(jì)，可連接正常家庭的插座使用，便于家庭推廣。戶外也可連接就近門(mén)店的電源。相較于裝置攜帶獨(dú)立電源，消除了緊急狀態(tài)下電力不足的問(wèn)題，最大程度為裝置提供長(zhǎng)足動(dòng)力，其功率更大，工作時(shí)間更長(zhǎng)，免去了對(duì)電源的維護(hù)，方便對(duì)機(jī)器的維修。
5.采用負(fù)壓抽吸裝置，配合吸污管，使得裝置在破冰后，能及時(shí)排出冰渣,排除了擠壓裝置和破壞裝置的情況，降低二次堵塞可能性。
