本發明涉及管道修補領域，具體涉及一種市政管道破裂口自動修補系統。

背景技術：

1、在城市基礎設施建設中，市政管道系統起著至關重要的作用，承擔著供水、排水、燃氣輸送等關鍵任務。然而，由于長期受到土壤壓力、地下水侵蝕、管道材質老化以及地面沉降等多種因素的影響，市政管道不可避免地會出現破裂等損壞情況。一旦管道發生破裂，不僅會導致資源浪費，如自來水泄漏、燃氣泄漏等，還可能引發嚴重的環境污染問題，甚至對城市的正常運轉和居民的生活造成極大的困擾。

技術實現思路

1、本發明意在提供市政管道破裂口自動修補系統，以實現對市政管道破裂口的自動化修補。

2、為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：市政管道破裂口自動修補系統，包括前支撐器、內壁3d打印修補器、紫光照射器及后支撐器；

3、前支撐器外形為圓柱體，前支撐器的前、后兩端各均布有四個萬向輪，前支撐器中部設有移動電源，移動電源外側的前支撐器內環形均布有膠液罐、供膠泵、無線通訊模塊；

4、內壁3d打印修補器外形為圓柱體，內壁3d打印修補器包括前端罩和后端座，前端罩后端中部設有空腔，空腔根部設有內齒圈，后端座上固定有位于空腔中的電機，電機連接有與內齒圈嚙合的齒輪，前端罩外壁上設有可向外伸出的刮板，前端罩內設有驅動刮板向外伸出的驅動機構；刮板對側的前段罩上設有激光檢測模塊、紅外檢測模塊和膠槍，激光檢測模塊、紅外檢測模塊與無線通訊模塊連接，膠槍與供膠泵連通；

5、紫光照射器外形為圓柱體，紫光照射器上沿周向均布有多個紫光燈；

6、后支撐器外形為圓柱體，后支撐器內設有電源，后支撐器上設有驅動輪，驅動輪在電源供電后可雙向轉動；

7、后支撐器前端、紫光照射器、內壁3d打印修補器及前支撐器后端之間依次通過連接機構連接，后支撐器內的電源通過連接機構向紫光照射器的紫光燈供電。

8、優選的，作為一種改進，連接機構包括公接頭和母接頭，公接頭前端中部設有突出的電磁鐵，電磁鐵外側環形均布有多個電極柱，母接頭后端中部設有與電磁鐵配合的插槽，插槽內固定有鐵板，插槽外側環形均布有多個與電極柱配合的電極槽，電極槽內設有電極片，電磁鐵與鐵板吸附后電極柱與電極片接觸；公接頭設置在后支撐器前端、紫光照射器、內壁3d打印修補器的前端，母接頭設置在紫光照射器、內壁3d打印修補器及前支撐器的后端。

9、優選的，作為一種改進，后端座與前端罩之間連接有平面推力軸承。

10、優選的，作為一種改進，前端罩的外圓周上開設有臺階凹槽，臺階凹槽的臺階上通過彈簧連接有頂板，頂板覆蓋在臺階凹槽上，刮板固定在頂板上。

11、優選的，作為一種改進，刮板為v型板。

12、優選的，作為一種改進，驅動機構包括位于臺階凹槽內的頂出氣囊以及設置在前端罩內的頂出氣泵，頂出氣囊與頂出氣泵連接，移動電源為頂出氣泵供電。

13、優選的，作為一種改進，內壁3d打印修補器的前端罩上設有與臺階凹槽對稱分布的扇形槽，扇形槽外側的前端罩內設有伺服電機，伺服電機的轉軸伸入扇形槽內，扇形槽內設有擺桿，擺桿與伺服電機的轉軸固定連接，膠槍連接在擺桿端部，擺桿在伺服電機驅動下擺動使膠槍擺出至扇形槽外。

14、優選的，作為一種改進，激光檢測模塊、紅外檢測模塊分別位于扇形槽的軸向兩側。

15、本方案的原理是：在實際的市政管道破裂口修補工作中，本發明的市政管道破裂口自動修補系統各部件協同工作，以實現高效、自動化的修補過程。該系統采用節段式組合結構，由前支撐器、內壁3d打印修補器、紫光照射器及后支撐器依次連接組成，每個部件都具備獨特的功能，且各功能之間緊密配合。

16、前支撐器和后支撐器作為整個系統的前后支撐結構，起到穩定系統和輔助移動的作用。前支撐器的前、后兩端均布的四個萬向輪，使其能夠靈活適應管道內的不同路況，為系統前端提供平穩支撐，并輔助內壁3d打印修補器靈活轉動完成管道破裂口附近管壁的全面清理。前支撐器還作為移動電源、膠液罐、供膠泵、無線通訊模塊的載體，為內壁3d打印修補器提供電力、信息及修補材料的供給。后支撐器內設有電源和可雙向轉動的驅動輪，電源為系統其他部件供電，驅動輪則驅動整個系統在管道內前、后移動，實現系統在管道內的定位和作業位置調整。

17、在系統進入管道后，激光檢測模塊和紅外檢測模塊同時工作，對管道內壁進行光學掃描檢測，檢測信息通過無線通訊模塊傳輸至地面終端，工作人員在地面終端處操作，識別到管道破裂口后停止移動。移動到破裂口位置后，首先由刮板對破裂處的管道內壁進行清理。內壁3d打印修補器的電機帶動與內齒圈嚙合的齒輪轉動，由于內齒圈固定在前端罩的空腔根部，前端罩與后端座通過平面推力軸承支承，從而使前端罩相對于后端座旋轉。同時，驅動機構開始工作，移動電源向頂出氣泵供電，使頂出氣泵向頂出氣囊充氣，頂出氣囊膨脹推動頂板，頂板克服彈簧的彈力向外移動，固定在頂板上的刮板隨之向外伸出并與管道內壁接觸。在前端罩旋轉的過程中，刮板對管道破裂處的內壁進行刮擦清理，去除內壁上的污垢、雜質等，為后續膠液的擠出附著提供一個干凈、平整的表面，確保膠槍擠出的修補材料能夠穩定地附著在管道內壁破裂口中。

18、當管道破裂處的內壁清理完成后，頂出氣泵排出頂出氣囊內的空氣，頂板、刮板在彈簧作用下復位，通過后支撐器上的驅動輪使膠槍移動到清理后的管壁處。然后驅動輪、電機、伺服電機同步協同動作，伺服電機動作將擺桿上的膠槍從扇形槽中伸出，驅動輪移動裝置橫向移動確保膠槍橫向對準破裂處，電機驅動前端罩轉動使膠槍轉動周向對準破裂處，使得膠槍呈3d方式對準管道內壁的破裂口。然后供膠泵將膠液罐中的修補膠液向膠槍泵送，膠槍將修補膠液擠出到管道破裂口內進行填補修復。過程中，激光檢測模塊和紅外檢測模塊持續對破裂口部位的膠液填補情況進行檢測。這樣對管道內壁破裂口形成類似3d打印方式的修補，并且相比傳統3d打印固定坐標的方式，本方案通過節段式的結構實現了能夠對回轉面進行3d空間范圍的修補。

19、隨后，供膠泵停止向膠槍泵送修補膠液，伺服電機驅動擺桿將膠槍收回至扇形槽內，后支撐器的驅動輪啟動，牽拉整個系統移動，使紫光照射器移動到通過修補膠液填補后的管道破裂口位置。此時，后支撐器內的電源通過連接機構為紫光照射器的紫光燈供電，紫光燈開啟，發出紫外光對破裂口出填補的修補膠液進行紫光照射固化。采用的修補膠液可以是丙烯酸酯類樹脂、環氧丙烯酸酯樹脂或聚氨酯丙烯酸酯樹脂，由于樹脂具有遇紫外光快速固化的特性，在管道內壁上的樹脂經過一段時間的紫外光照射后，迅速固化，從而完成對管道破裂處的有效封堵修復。

20、本方案的優點包括：

21、1、本系統采用磁吸組合式的節段結構，將破裂口識別、管壁清理、3d修補、紫光固化等多種功能集成于一體。不同功能的節段緊密配合，能夠一次性完成管道修復的多個關鍵步驟，大大提高了修復工作的效率。同時，這種節段式設計使得系統具有很強的靈活性，各個功能模塊可以根據不同的管道修復需求進行靈活組合和搭配。例如，對于一些破裂情況較為簡單的管道，可能只需要使用內壁3d打印修補器就能完成修復；而對于對修復質量要求較高的管道，則可以同時使用紫光照射器進行快速固化，以確保修復效果。此外，節段式功能模塊單個體積小巧，便于運輸和下井操作，無論是在城市復雜的地下管網環境中，還是在狹窄的井口條件下，都能夠輕松實現設備的運輸和安裝，降低了施工難度和成本。

22、2、系統能夠整體進入管道內進行施工，無需開挖地面。這一特點對于城市基礎設施建設具有重要意義。傳統的管道修復方法往往需要大規模開挖地面，不僅會破壞城市道路、綠化等基礎設施，影響城市的正常交通和居民的生活秩序，還會產生大量的建筑垃圾，對環境造成污染。而本系統的非開挖施工方式避免了這些問題，能夠在不破壞地面設施的前提下完成管道修復工作，減少了對城市環境的影響，降低了施工對周邊居民和商業活動的干擾，同時也節省了大量的地面修復和恢復費用。

23、3、系統通過前支撐器和后支撐器實現兩端支撐，并可沿管道自行移動。后支撐器內的驅動輪在電源的驅動下可雙向轉動，能夠精確控制整個系統在管道內的移動位置和速度。本方案可作為結構載體，進一步搭載配合無線控制技術，操作人員可以在管道外部遠程操控系統的運行，實現管內無人施工。這種自動化施工方式不僅提高了施工的安全性，減少了人工操作可能帶來的誤差和風險，還能夠有效減少維修過程中帶入管道內的雜質污染，保證了管道內部的清潔度。同時，系統各部件之間的協同工作可通過搭載預設程序和傳感器進行精確控制，能夠根據管道的實際情況自動調整工作參數和流程，確保管道破裂口的修復質量和效果，實現了管道修復工作的智能化和高效化。

24、4、內壁3d打印修補器通過膠槍將修補膠液擠出在管道內壁上，配合驅動輪、電機、伺服電機的動作對膠槍進行三維移動，通過驅動輪、電機、伺服電機的同步協同動作，膠槍能夠呈3d方式對準管道內壁的破裂口，實現類似3d打印方式的修補。而且相比傳統3d打印固定坐標的方式，本系統通過節段式結構可對回轉面進行3d空間范圍的修補，能夠更好地適應管道內壁的曲面形狀，確保破裂口得到全面、精準的填補。而且，經過紫光照射后，樹脂快速固化，增強了管道的整體強度和穩定性，延長了管道的使用壽命。對于不同材質和管徑的市政管道，該系統都能通過調整內襯管的規格和施工參數，實現理想的修復效果。

25、5、采用電磁鐵、電極柱的接頭結構，電磁快速接頭實現"一觸即合"的模塊連接，公母接頭設計同時完成機械連接(電磁吸附力≥800n)與電力傳輸(耐壓1000v)，各功能模塊支持熱插拔更換，可針對不同管徑(dn200-dn1200)組合配置，分離式供電設計(后支撐器主電源+模塊備用電源)確保系統冗余可靠性。

26、6、該系統的節段式設計使其具有良好的可擴展性。隨著技術的不斷發展和管道修復需求的多樣化，可以方便地增加或改進功能模塊，如增加檢測設備以實時監測管道修復情況，或者升級紫光照射器以提高固化效率等。此外，系統的連接機構具有一定的通用性，能夠與其他相關的管道施工設備兼容，便于與其他施工工藝和設備配合使用，進一步提升了系統的適用性和應用范圍。

27、7、自動化的施工方式減少了對大量人工勞動力的需求，降低了人工成本。同時，操作人員無需進入管道內部進行復雜危險的作業，只需在管道外部進行遠程控制和監控，大大減輕了勞動強度，改善了工作環境。并且，由于系統的操作相對簡單，對操作人員的專業技能要求也有所降低，經過簡單培訓即可上崗操作。