[發明專利]用于修復排水管道變形塌陷的非開挖裝置及其修復方法

有效

• 申請號: 202111183756.0
• 申請日: 2021-10-11
• 公開（公告）號: CN113898815B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 董宇;鄧云蛟;潘潮峰;潘國喬;高志強;鄯毅;侯雨雷;曾達幸
• 申請（專利權）人: 上海喬智科技有限公司;慧誠自動化技術（寧波）有限公司
• 主分類號: F16L55/162
• 分類號: F16L55/162;F16L55/163
• 代理公司: 上海鍛創知識產權代理有限公司 31448
• 代理人: 陳少凌

1.一種用于修復排水管道變形塌陷的非開挖裝置，其包括樹脂板、頂板、多節伸縮筒、電機和調姿底座組件，其特征在于，

所述樹脂板和所述頂板的第一端連接，所述頂板的第二端和力傳感器的第一端連接，所述力傳感器的第二端和所述多節伸縮筒的第一端連接，所述多節伸縮筒的第二端和外齒回轉支承體的外圈的第一端連接，加熱電阻絲均勻分布在所述樹脂板和所述頂板之間；

所述電機的外殼和電機支架的第一端固定連接，所述電機的輸出軸通過聯軸器和主動齒輪軸的第一端連接，所述主動齒輪軸的第二端和主動齒輪的圓臺固定連接，所述主動齒輪的圓柱齒輪和所述外齒回轉支承體的外圈的第二端嚙合，所述外齒回轉支承體的內圈與主安裝板上部的第一端固定連接，電機支架與主安裝板上部的第二端固定連接，兩自由度攝像頭和主安裝板上部的第三端固定連接；

所述調姿底座組件對稱分布在所述主安裝板下部的兩側，所述調姿底座組件包括限位銷、卡板、滑槽、支座和橡膠塊，所述滑槽和所述支座的兩側分別設有凹槽，所述限位銷位于所述凹槽內，所述卡板和所述支座中具有凹槽的一側固定連接，所述滑槽的第一端和所述主安裝板的下部固定連接，所述支座的第一端通過限位銷和所述滑槽的第二端固定連接，所述支座的第二端和所述橡膠塊固定連接。

2.根據權利要求1所述的用于修復排水管道變形塌陷的非開挖裝置，其特征在于，所述頂板、所述力傳感器、所述多節伸縮筒和所述外齒回轉支承體的軸線設置在同一條直線上。

3.根據權利要求1所述的用于修復排水管道變形塌陷的非開挖裝置，其特征在于，所述電機、所述電機支架、所述主動齒輪、所述主動齒輪軸和所述聯軸器的軸線設置在同一條直線上。

4.根據權利要求1所述的用于修復排水管道變形塌陷的非開挖裝置，其特征在于，所述調姿底座組件的數量為2個，所述調姿底座組件關于所述主安裝板的豎直對稱面對稱分布，所述兩自由度攝像頭的軸線位于所述主安裝板的豎直對稱面上。

5.根據權利要求1或者4所述的用于修復排水管道變形塌陷的非開挖裝置，其特征在于，在所述調姿底座組件中，所述限位銷、所述卡板和所述滑槽的數量為2個，所述支座的數量為1個，所述限位銷、所述卡板和所述滑槽分別關于所述支座的中心面對稱分布在所述支座的兩側。

6.根據權利要求1所述的用于修復排水管道變形塌陷的非開挖裝置，其特征在于，所述主動齒輪的一側設有圓臺，所述圓臺的兩側對稱設有螺紋孔，所述主動齒輪軸的一側設有軸肩，所述主動齒輪軸通過緊固螺釘和所述主動齒輪固定連接。

7.根據權利要求1所述的用于修復排水管道變形塌陷的非開挖裝置，其特征在于，所述樹脂板為玻璃纖維樹脂片。

8.一種根據權利要求1-7之一所述的用于修復排水管道變形塌陷的非開挖裝置的修復方法，其特征在于，其包括以下步驟：

S1、進行非開挖變形修復準備工作：根據待修復管道的直徑，調整調姿底座組件中的支座至滑槽對應的位置，將處于收縮狀態的非開挖裝置放入待修復管道，并送入待修復管道發生變形塌陷的位置；

S2、調節兩自由度攝像頭視野范圍：通過控制系統調節兩自由度攝像頭轉動至管壁正上方，監控待修復管壁上方的視野；

S3、啟動多節伸縮筒將樹脂板頂到管壁上方：通過電機帶動主動齒輪，進而帶動外齒回轉支承體啟動非開挖裝置中的多節伸縮筒，當樹脂板頂到待修復管道的管壁上方時，由位于多節伸縮筒上部的力傳感器開始反饋壓力信號，并繼續將樹脂板向上頂出；

S4、采用單目視覺定位算法和圓擬合算法獲取管壁上方的待頂出差值，具體包括以下步驟：

S41、通過兩自由度攝像頭拍攝獲取的管壁上方幀流，基于單目視覺定位算法獲取每幀中管壁上方的三維坐標，建立管壁上方局部范圍的三維曲面，具體表達式如下：

S_up＝[x,y,z](1)

其中，S_up表示三維曲面的坐標集；x、y、z表示單目視覺定位算法獲得的各點在x、y、z方向上的坐標值矩陣，x方向為管壁軸向方向，z方向為豎直向上，y方向滿足右手定則；

S42、基于圓擬合算法和獲取的管壁上方局部范圍的三維曲面坐標集，擬合得到管壁修復后應有的三維曲面坐標集，具體表達式如下：

S_n＝[x_n,y_n,z_n](2)

其中，S_n表示擬合得到的三維曲面的坐標集；x_n、y_n、z_n表示擬合得到的三維曲面上各點在x、y、z方向上的坐標值矩陣；

S43、計算修復后應有的三維曲面與管壁上方局部范圍的三維曲面的最大高度差，并將其作為待頂出差值Λh，具體表達式如下：

Λh＝max(z_n-z)(3)

其中，z_n表示擬合得到的三維曲面上各點在z方向上的坐標值矩陣，z表示單目視覺定位算法獲得的各點在z方向上的坐標值矩陣；

S5、若待頂出差值小于一定值h₀或壓力超過一定值F₀，則制動多節伸縮筒并執行步驟S6，否則重復步驟S4；

S6、加熱固化樹脂板：啟動位于頂板和樹脂板的加熱電阻絲，對樹脂板進行加熱，加熱到直至樹脂板固化，停止加熱；

S7、分段支撐待修復管道的變形塌陷位置：將多節伸縮筒從工作狀態恢復至初始狀態，并將非開挖裝置從待修復管道撤出，再次在頂板的上部安裝樹脂板，將非開挖裝置送入步驟S6修復好的管段的后面待修復的位置處，重復步驟S2-S6，分段支撐待修復管道的變形塌陷位置，直至將整個連續變形塌陷的管段撐起；

S8、整圈修復鞏固管段：在步驟S7的基礎上，利用局部紫外光固化修復設備對步驟S7撐起的管段進行整圈修復。