对口器及管道对口方法与流程

本发明涉及管道施工设备领域，具体涉及一种对口器及管道对口方法。

背景技术：

1、目前在管道施工中普通内对口器仅能解决平原地区直管段的对口施工需求，由于山地管道施工作业中具有弯管较多的特点，现有的内对口器一方面整体为刚性结构，长度过长，无法通过曲率较大的弯管(例如，最小弯曲半径为6d的弯管)；另一方面为保证对口质量，需多次重复对口和调整设备，对口时间过长。

2、cn113020761a提供了一种具有定位臂的对口器，定位臂撑起后通过向管内倒车的方式使得定位臂抵住管道端面，实现对口定位。但由于该对口器为整体式构造，且在定位倒车时需要一定的直管段作为倒车距离。因此，该方案中提供的对口器无法在曲率较大的弯管对口中使用。

3、为满足山地施工的爬坡要求，现有的内对口器只是将普通气动内对口器的左右两组驱动轮由两个气压马达驱动改成液压马达驱动，能一定程度上提高动力，但在坡度较大时效果提升不明显，设备动力不足，无法满足爬坡需求。

4、对口器在管道内行走时由于设备的行走轮调整不当或者设备制造误差等原因，在通过一些弯管时设备会一边前进一边慢慢的沿轴线偏转，需要在设备到达管口前对设备的偏摆进行实时纠正，以免影响对口施工的效率。

5、cn205074720u提供了一种自动纠偏机构，该纠偏机构将行走轮的一端与对口器铰接，通过驱动元件推拉行走轮的另一端带动行走轮偏转，实现纠偏。由于该方案中固定了行走轮的一端，导致行走轮偏转角度有限，且在转向时，一侧行走轮被推出，另一侧的行走轮被拉回，存在两侧行走轮偏转角度不一致的情形，影响转向纠偏效果。

6、现有设备中利用分配盘与双排涨爪的分体式结构的对口结构，由于双排涨爪的分体式分配盘在配合工作时刚度不足，在对口过程中，容易发生开缝、变形，严重降低了管道施工的工作效率。

技术实现思路

1、根据本发明的第一方面，提供一种对口器，用以解决以上技术问题中的至少一项。本发明提供的对口器的技术方案如下：

2、(1)一种对口器，包括对口机构、驱动机构和动力机构，所述对口机构与所述驱动机构之间通过两端铰接连接的拉紧缸连接；所述对口机构包括前机架、中机架、涨紧结构、至少两个前行走轮总成和定位臂总成；所述涨紧结构包括第一涨紧装置和第二涨紧装置；所述至少两个前行走轮总成对称设置在所述对口机构的下部；所述定位臂总成设置在所述前机架上；所述定位臂总成撑起时，所述定位臂总成的固定块的端面所在平面平行于所述第一涨紧装置所在平面和所述第二涨紧装置所在平面，且位于所述第一涨紧装置所在平面和所述第二涨紧装置所在平面之间的中心位置。

3、(2)根据(1)所述的对口器，所述拉紧缸两端的铰接连接包括球铰连接，所述对口机构与所述驱动机构之间通过两端采用球铰连接的3个拉紧缸连接，其中2个所述拉紧缸对称设置在连接截面的上部，1个所述拉紧缸设置在所述连接截面的底部。

4、(3)根据(1)或(2)所述的对口器，所述拉紧缸包括拉紧油缸和拉紧气缸；所述驱动机构与所述动力机构之间通过万向联轴器连接。

5、(4)根据(1)至(3)任一项所述的对口器，所述驱动机构包括第一后机架、顶轮驱动总成和至少两个驱动轮总成，所述顶轮驱动总成包括顶部驱动轮、顶轮驱动架、驱动撑起缸和滑轨；所述顶轮驱动总成通过所述滑轨与所述第一后机架连接，随所述驱动撑起缸的撑起和收回沿径向从所述驱动机构的顶部伸出或收回；所述至少两个驱动轮总成对称设置在所述驱动机构的下部。

6、(5)根据(1)至(4)任一项所述的对口器，所述拉紧缸两端的铰接连接包括球铰连接，所述对口机构与所述驱动机构之间通过两端采用球铰连接的拉紧缸连接包括：所述拉紧缸两端的球铰分别与所述中机架和所述第一后机架固定连接，其中，所述球铰与所述中机架和所述第一后机架固定连接的方式包括以下至少一种：螺栓连接、焊接和铆接。

7、(6)根据(1)至(5)任一项所述的对口器，所述对口机构包括2个前行走轮总成和4个定位臂总成，所述4个定位臂总成均匀分布地设置在所述前机架上；所述驱动机构包括2个顶轮驱动总成和4个驱动轮总成，所述顶轮驱动总成和所述驱动轮总成分成两组设置在所述驱动机构的前后两端，每组包括1个所述顶轮驱动总成和2个所述驱动轮总成。

8、(7)根据(1)至(6)任一项所述的对口器，通过液压马达驱动所述顶轮驱动总成和至少两个驱动轮总成的驱动轮。

9、(8)根据(1)至(7)任一项所述的对口器，所述顶轮驱动总成通过滑轨与所述第一后机架连接包括：所述滑轨的导轨与所述第一后机架连接，所述滑轨的滑块与所述顶轮驱动架连接；或者所述滑轨的滑块与所述第一后机架连接，所述滑轨的导轨与所述顶轮驱动架连接，其中，所述滑轨的导轨与所述第一后机架或所述顶轮驱动架之间连接的方式包括螺栓连接、铆接、焊接、胶接或一体式铸造；所述滑轨的滑块与所述第一后机架或所述顶轮驱动架之间连接的方式包括螺栓连接、铆接、焊接、胶接或一体式铸造。

10、(9)根据(1)至(8)任一项所述的对口器，所述对口器还包括角度传感器，所述角度传感器被配置为实时测量所述对口器的偏转角；所述前行走轮总成和/或所述驱动轮总成处还设有转向缸总成，所述转向缸总成包括转向缸和转向缸摇臂，所述转向缸摇臂与所述前行走轮总成和/或所述驱动轮总成的转轴相连，使得所述前行走轮和/或所述驱动轮随所述转向缸摇臂的摆动进行转向。

11、(10)根据(1)至(9)任一项所述的对口器，所述第一涨紧装置包括第一排涨爪，所述第二涨紧装置包括第二排涨爪，所述涨紧结构还包括分配盘，所述第一排涨爪和所述第二排涨爪利用所述分配盘导向伸出和收回，所述第一排涨爪的分配盘和所述第二排涨爪的分配盘是一体铸造的。

12、(11)根据(1)至(10)任一项所述的对口器，所述对口器还包括内焊结构。

13、根据本发明的第二方面，提供一种管道对口方法，该管道对口方法可以通过使用上述任一种对口器实现。

14、(12)一种管道对口方法，通过使用根据上述(1)至(11)中任一项所述的对口器实现，包括如下步骤：撑起所述拉紧缸；驱动所述对口器行走至第一管道的管口位置，此时所述定位臂总成位于所述第一管道管口外；撑起所述定位臂总成；收回所述拉紧缸，使所述对口器的机头向所述第一管道内移动，直到所述定位臂总成的固定块贴紧所述第一管道的端面；撑起所述第二涨紧装置对所述第一管道进行固定；收回所述定位臂总成；在第二管道与所述第一管道对口后，撑起所述第一涨紧装置对所述第二管道进行固定。

15、(13)一种管道对口方法，通过使用根据上述(1)至(11)中任一项所述的对口器实现，包括如下步骤：撑起所述拉紧缸；撑起所述驱动撑起缸，使得所述顶轮驱动总成顶紧第一管道内壁；驱动所述顶轮驱动总成和所述至少两个驱动轮总成，使得所述对口器行走至所述第一管道的管口位置，此时所述定位臂总成位于所述第一管道管口外；撑起所述定位臂总成；收回所述拉紧缸，使所述对口器的机头向所述第一管道内移动，直到所述定位臂总成的固定块贴紧所述第一管道的端面；撑起所述第二涨紧装置对所述第一管道进行固定；收回所述定位臂总成；在第二管道与所述第一管道对口后，撑起所述第一涨紧装置对所述第二管道进行固定。

16、本发明提供的对口器，具有以下有益技术效果：

17、(1)设备分为三段，每段长度都根据最小弯曲半径(例如，6d)的通过需求设计，利用球铰和万向联轴器等高自由度元件连接，能够通过曲率更大的弯管；

18、(2)通过拉紧缸和定位臂的配合，使设备能够更好、更快地用于弯管的对口定位和同心，减少设备对口调整时间，提高效率；

19、(3)整机采用液压系统控制多组顶轮驱动总成和驱动轮总成，在第一后机架上设置的每个顶轮驱动总成通过液压缸顶紧管道内壁后，驱动轮总成在顶轮驱动总成的压力下与管道内壁充分接触，且在垂直于接触面的压力增大的情况下，相较于现有对口器增大了各驱动轮的摩擦力和驱动力，明显提升了对口器的爬坡能力；

20、(4)对口器前两段上的行走轮和驱动轮处增设转向缸，通过设备上的角度传感器实时测量设备偏转角，基于设备偏转角控制行走轮和驱动轮的转轴进行转向，提升了设备在管内行走时实时纠偏的纠偏效果；

21、(5)将两个分配盘设计成一体式分配盘，提高了设备刚度，使得对口更加可靠。

22、对于本发明中涉及的相关术语的解释：

23、(1)内对口器：设备名称，管道施工中通过前后两排涨爪固定两根管道，使两根管道同轴，同时对一些管口有形变的管道具备一定的校圆功能。

24、(2)最小弯曲半径：指管道的中心线折弯半径(例如，6d即是指管道外径d的6倍)。

25、(3)拉紧缸：通过球铰连接设备前两段的液压油缸或气压缸。

26、(4)定位臂：将设备定位在管口，确保管口位于两涨紧装置中间。

27、(5)分配盘：设备的关键部件，提供支撑和涨爪的导向功能。