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（图纸+论文）管道除尘机器人结构设计（全套完整）

通过弹性杆外加推力三种方式。根据输灰管道和回水管道内的实际情况，管道除垢机器人宜采用自驱动方式。采用双步进电机驱动，通过谐波减速器将动力传递给行走装置。尽管自驱动管内机器人行走可以采用的轮式脚式爬行式蠕动式，履带式等多种形式，但因管道内有灰灰垢和其他杂物，环境恶劣，附着能力差采用履带式方式比较合适，可以增大行走机构和管道内表面的接触面积，提高行走时机器人的附着能力。概述.管道清洗机器人常见问题分析目前，我国燃煤电厂输灰管道的除垢方法基本上可分为化学法和物理法。化学方法有加酸炉烟阻垢剂分散剂物理方法有人工振击法管材法三相流法晶种过滤电解电场磁场超声波和高频电磁场防垢，还有利用空穴效应和气蚀原理清垢的液气压清垢法等。经实践应用，上述方法均存在定局限性，不能同时符合环保及技术性经济性要求，多数不被电厂接受。目前常用的是化学清洗法和人工振击法。大多数的排灰管道都使用化学清洗，般每隔年需对冲灰管道进行次清垢，化学清洗法存在很多弊端。酸洗除垢法大部分是采用盐酸或硝酸加入适量的缓蚀剂配制而成的酸洗液。.化简上式得.由虚功原理得.将式代入上式并化简得.所采用的滚珠丝杠螺母副的导程记为,为滚珠丝杠和丝杠螺母之间的相对转角，则丝杠螺母的位移为。对上式等号两边分别取微分得.考虑滚珠丝杠螺母副，由虚位移原理可得.式中，为滚珠丝杠螺母副的传动效率。合并整合上两式得.此式即为滚珠丝杠螺母副调节方式的力学特性。弹簧压紧调节方式如图所示的是从动轮的弹簧压紧调节方式示意图，其工作原理与滚珠丝杠螺母副调节方式原理类似，只是在张紧力调整方面采用被动调整方式。当管径发生变化时，作用在从动轮上的压力变化，使得压紧弹簧产生伸缩，而带动推杆运动，进而推动连杆绕支点转动，使车轮撑开或者紧缩以达到适应不同的管径的目的。与滚珠丝杠螺母副调节方式的主要区别就在于在压紧力的调节方面由调整电机的的主动调整变为压紧弹簧的被动调整。故在弹簧压紧调节方式的力学特性如下图.弹簧压紧调节方式选取其中的个支承臂作为研究对象，其受力分析如图所示，由前述滚珠丝杠螺母副调节方式的分析可知，弹簧压紧调节方式的力学平衡方程为.式中，弹簧的压紧力，。整理得.弹簧压紧力可表示为.为弹簧的初始长度，为弹簧的弹性系数。从上边的式子可以看出，弹簧压紧力只是位移函数，因此该机构具有负反馈作用，在定的管径变化范围内，封闭力之和变化不大。由此可见该机构具有常封闭特性，这样便增加了载体的稳定性和可靠性，同时由于弹簧压紧力的回馈作用可使机构具有自适应调节的功能。.动力系统的设计计算管道机器人行驶阻力分析突起和凹陷时，利用支腿内部的调整弹簧来改变支腿的长度使得支腿与管壁处于理想的接触状态，以满足稳定作业要求。同时调整弹簧也能起到定的缓冲减震作用。该装置主要是针对相同管径或管径变化范围不是很大的情况下，当管径变化范围较大时，则应使用支腿的整体调整方式。支腿整体调整方式目前管道机器人在适应不同管径的调节机构常用的有蜗轮蜗杆调节方式,升降机调节方式滚珠丝杠螺母副调节方式和弹簧压紧调节方式。比较研究了各种调节机构的优缺点，针对本课题的工程实际需要，并根据前后支腿的特性要求，在前支腿即从动轮支腿选用弹簧压紧调节方式，后支腿即主动轮支腿选用滚珠丝杠螺母副调节方式。这两种调节机构能保证机器人具有充裕并且稳定的牵引力，并且管径变化范围比较大，下面综合分析该两种调节方式。滚珠丝杠螺母副调节方式自适应方案。其具体设计如图所示是滚珠丝杠螺母副调节方式示意图，其工作原理是安装在轴套和丝杠螺母之间的压力传感器间接检测驱动车轮和管道内壁之间的压力，并实时将压力值回馈回监控装置，当压力的值小于所允许的最小压力值时，连杆的端和车轮轴铰接在起，另端铰接在固定支点，推杆与连杆铰接在点，另端铰接在轴套上点，轴套在圆周方向相对固定，因此滚珠丝杠的转动将带动丝杠螺母沿轴线方向在滚珠丝杠上来回滑动，从而带动推杆运动，进而推动连杆绕支点转动，使车轮撑开或者紧缩以达到适应不同的管径的目的。保证管道机器人以稳定的压紧力撑紧在管道内壁上，使机器人具有充足且稳定的牵引力。图.滚珠丝杠螺母副调节方式下面分析滚珠丝杠螺母副调节方式的力学特性，如图所示，以固定支点为坐标系的原点，建立如图所示的坐标系,石为连杆的长度，几是推杆的长度，乌是支点到固定支点之间的距离，“是推杆与水平方向之间的夹角，尹是连杆与水平方向之间的夹角，凡为管道内壁作用在车轮上的压力即封闭力，艺是滚珠丝杠螺母作用在推杆上的轴向推力，是作用在滚珠丝杆轴上的有效扭矩。是电机轴的输出扭矩。在坐标系中，由几何关系可得.对上式两边分别取微分可得或水下。履带式着地面积大，对不平路面的适应性强，但是是体积大，不易实现转弯，而且要保持履带的张紧，结构复杂，如图所示支腿式对粗糙表面性能较好带载能力强，但其控制系统机械结构均复杂移动行走速度慢轮式移动方式速度快，转弯容易，对中性好，尤其是径向辐射轮式结构，能够保证机器人在运行过程中，其中心轴线与管道轴线保持致，缺点是着地面积相对较小，维持附着牵引力较困难。传动方案的选择机器通常是由原电机，传动系统和工作机三部分所组成。传动系统是将原动机的运动和动力进行传递与分配的作用，可见，传动系统是机器的重要组成部分。传动系统的质量与成本在整台机器中占有很大比重。因此，在机器中传动系统设计的好坏，对整部机器的性能成本以及整体尺寸的影响都是很大的。所以合理地设计传动系统是机械设计工作地重要组成部分。合理的传动方案首先应满足工作机的性能要求，其次是满足工作可靠结构简单尺寸紧凑传动效率高使用维护方便工艺性和经济性好等要求。很显然，要同时满足这些要求肯定比较困难的，因此，要通过分析和比较多种传动方案，选择其中最能满足众多要求的合理传动方案，作为最终确定的传动方案。机器人常用的驱动方式有液压驱动气动驱动电动驱动三种基本方式。电动驱动主要有步进电机直流伺服电机和交流伺服电机。液压与气动方式对环境要求较高，实现起来较复杂，而电机驱动结构简单，较易实现密封与调速控制。故在本设计中选用步进电机作为机器人本体的驱动动力减速器选用行星齿轮减速器。驱动动力从电机经由减速器减速后，在满足管径自适应性的基础上，如何更好地将动力传递到主动轮上，是选择机器人传动方式过程中重点考虑的问题。结合径向辐射管道射流清洗机器人的结构布局方式的特点，在本设计中主要通过套动力变换装置和同步链传动机构来实现。动力变换装置的设计在如图所示的径向管道,除尘,机器人,结构设计,毕业设计,全套,图纸目录摘要绪论概述.管道清洗机器人常见问题分析.除垢机器人理念.基本设计任务.毕业设计的目的.管道射流清洗机器人的本体设计移动方式选择传动方案的选择.管道清洗机器人变管径自适应性方案设计.动力系统的设计计算管道机器人行驶阻力分析减速器的选择.机器人的速度和驱动能力校核运动速度校核驱动能力校核链轮传动的设计计算.链轮设计的初始条件.链轮计算结果.历史结果蜗轮蜗杆的设计计算.蜗轮蜗杆基本参数设计普通蜗杆设计输入参数材料及热处理蜗杆蜗轮基本参数蜗蜗轮精度强度刚度校核结果和参数自然通风散热计算.蜗杆轴的结构设计轴的强度较核计算轴的结构设计键的校核弹簧的设计计算安全性能结论参考文献致谢绪论.本课题研究的内容和意义用于石油天然气乃至民用上下水等管道在传输液气体过程中，因温度压力不同及介质与管道之间的物理化学作用，常常会高温结焦，生成油垢水垢，存留沉积物，腐蚀物等，使有效传输管径减少，效率下降，物耗能耗增加，工艺流程中断，设备失效，发生安全事故。尽管通过添加化学剂，采用合理的工艺参数，进行水质处理措施可以在定程度上改善这些情况，但要完全避免污垢的产生是不可能的。我国的管道清洗行业长期以来采用的是化学方法以及手工清洗和机械清洗方法，成本高效率低污染环境等，远远不能满足现代社会日益增长的要求。探索和开发高效的清洗方法成为工业生产和人民生活的不可或缺的环节。利用行星磨头清洗是种新的清洗方法。与化学清洗及手工机械清洗相比，具有清洗质量好效率高适应性强成本低等系列优点，可达到返旧还新的效果。作为种清洁高效对环境无污染的清洗技术，具有可观的经济和社会效益。.国内外发展状况目前在管道清洗过程中，清洗设备绝大部分是采用无动力缆绳拖拉行走方式来进行清洗，无法根据管道的内部情况进行清洗参数的动态调整，管径的适应能力较差。为了解决这个问题，着眼于管道行走清洗机器人的研究开发，而在国内这方面研究尚少。为了较好地解决管道束的清洗难题，开发和研制管道清洗机器人势在必行。我们设计管道清洗机器人是把行星磨头清洗技术与机器人技术结合起来，进行综合设计开发，因此它的深入研究也将推动管道清洗技术的发展。.本课题应达到的要求作为高压水和化学清洗的有效补充手段，行走式管路清洗方法具有定的独特性如成本低廉安全性好无任何环境污染水电消耗非常小。尤其是在化学清洗和高压水清洗方法无法应用或成本不允许的情况下,利用除垢机器人清洗能够发挥独特的作用,并取得良好的效果。我们采用的是压缩空气喷洗机器人。除垢机器人的首要要解决的问题就是行走问题，怎样使机器人在管道中行走是除垢机器人能否成功完成的重要环节之。目前管内机器人的驱动方式有自驱动自带动力源利用流体推力通过弹性杆外加推力三种方式。根据输灰管道和回水管道内的实际情况，管道除垢机器人宜采用自驱动方式。采用双步进电机驱动，通过谐波减速器将动力传递给行走装置。尽管自驱动管内机器人行走可以采用的轮式脚式爬行式蠕动式，履带式等多种形式，但因管道内有灰灰垢和其他杂物，环境恶劣，附着能力差采用履带式方式比较合适，可以增大行走机构和管道内表面的接触面积，提高行走时机器人的附着能力。概述.管道清洗机器人常见问题分析目前，我国燃煤电厂输灰管道的除垢方法基本上可分为化学法和物理法。化学方法有加酸炉烟阻垢剂分散剂物理方法有人工振击法管材法三相流法晶种过滤电解电场磁场超声波和高频电磁场防垢，还有利用空穴效应和气蚀原理清垢的液气压清垢法等。经实践应用，上述方法均存在定局限性，不能同时符合环保及技术性经济性要求，多数不被电厂接受。