螺旋轮式小型管道机器人及其驱动控制系统研究

作业管径小于80mm的小型管道机器人广泛应用于化工、制冷、核电站等领域的检测、维修等方面,其移动结构及信号采集和处理技术具有较高的实用价值和学术意义。采用螺旋轮式结构设计了内径为Φ60mm的小型管道机器人,其原理简单、结构紧凑、控制方便。螺旋轮式移动的主体结构,确保管道机器人具有较大的牵引力和移动速度。管道机器人在管道内的数据信号,由搭载在微型管道机器人的移动结构上的智能差压压力传感器采集传送到51系列单片机,通过无线蓝牙数传模块,将数据传输到上位机,利用Visual basic程序软件实现计算机对管道机器人的控制。螺旋轮式小型管道机器人控制系统能够自由控制前进、后退、调速、自锁等,其动作状态数据也可利用上位机软件显示或打印。     

基于ADAMS螺旋行走式管道机器人自定心性能研究

介绍了螺旋行走式管道机器人的组成及工作原理,分析了其行走机构的自定心性能,建立了自定心性能的力学模型,应用机械系统动力学仿真软件ADAMS,建立管道机器人行走机构的虚拟样机.通过仿真验证了模型的正确性,模拟出其质心的运动轨迹,为下一步螺旋行走式管道机器人的优化研究奠定了基础.     

基于有限元方法的管道检测机器人夹具的设计

设计了一种用于管道检测机器人的旋转夹兵,该夹具能够在100～200mm以及200～400mm范围内对管道实现变径剖分式夹紧。其中的夹盘利用互齿的“V”型槽滑块自动定心原理,通过螺母丝杠驱动滑决并夹紧管道。用有限元方法分析了夹盘受力场状态,找到了“V”型槽滑块关键尺寸的设计依据。对机器人整体夹紧装置做了描述,其中包括剖分式框架。该装置作为一种夹紧与自动定心支撑平台,可广泛应用到管道无损检测、焊接与切割等工艺设备上。     

采用高精度自动定心机构的大尺寸内径测量

圆心定位精度是非接触式大尺寸内径自动测量系统的重要参数,高精度圆心定位是提高系统测量精度的关键。研制了具有高精度自动定心机构的大尺寸内径测量系统,利用双椎体主轴同步定心方法实现测量系统在被测轴孔内高精度自动定心,并通过调节定心支撑臂长度提高圆心定位精度。利用最小平方中值法剔除粗大误差,再利用最小二乘法拟合测量结果,提高了内径拟合精度。使用设计的大尺寸内径测量系统样机对内径直径582 mm的标准环规进行测量,并在大型工件加工现场进行了验证。实验结果表明,本系统的圆心定位精度可达0.012 8 mm,内径和圆度的测量精度可达0.001 mm,标准环规测量重复性稳定在0.006 mm以内,现场测量重复性稳定在0.007 mm以内,能够正确反映大尺寸轴孔的内径和圆度参数,满足测量要求。     

管道机器人变径机构设计及垂直管道内移动可行性分析

为了提高轮式管道机器人对变径管道的适应能力和在垂直管道时的移动能力,设计了一种液压驱动的轮式管道机器人,机器人变径依靠平行四杆机构实现,变径范围为385mm~405mm;构建了静力学平衡方程,计算得出机器人在垂直管道内不下滑时变径机构需要对管道内壁提供的最小压力207.73N;利用ADAMS对管道机器人的变径机构进行动力学仿真分析,得到了临界状态下变径机构管道内壁的压力211.6301N满足最小压力207.73N和弹簧轴上的弹簧需要提供的压力1230N,机器人可以在垂直方向的管道内移动,为管道机器人的物理样机的制作奠定理论基础。     

双向热定心机的设计及其热定心误差分析

介绍了无缝轧管机组管坯双向热定心机的设计原理和定心误差分析。所设计的双向热定心机的主要特点是：采用全液压驱动，高强度机架，具有适应不同定尺长度的能力，首次实现了定心孔深度可调、定心速度可调，双向定心精度达到4mm。该双向热定心机及其技术，为国内外生产无缝钢管管坯热定心提供了成功的经验，具有重大效益和推广使用价值。     

油气润滑管道环状流形成及影响因素研究

建立了油气润滑系统中内径为6 mm的水平管模型,利用FLUENT仿真软件对管内油气两相环状流进行了数值模拟,研究分析了油液速度、气体速度对环状流质量的影响。结果表明,气体速度是影响环状流质量的主要因素,在油量一定时气体速度为60 m/s~80 m/s时形成的环状流品质较好。     

基于AMESim和Simulink的水压机空行程-提升过程液压冲击仿真分析

水压机水路系统各管道存在液压冲击现象。根据AMESim和Simulink软件各自特点及接口技术,建立了水路系统的AMESim仿真模型和主分配器阀的Simulink开启控制模型,并使用"Co-simulation"接口实现两模型的联合仿真。仿真分析了活动横梁速度在空行程时随凸轮转角变化的规律,以及空行程突然改变到提升状态时提升缸管道内液压冲击的变化过程。仿真结果表明:当空行程时凸轮转角不超过活动横梁最大速度时的角度值,空行程改变到提升状态过程中提升缸管道内液压冲击值较小,并且活动横梁速度减小则液压冲击值减小。     

麻花钻钻尖结构对定心性能的影响

麻花钻钻尖结构是影响钻头切削性能的重要因素。为研究麻花钻钻尖结构对定心性能的影响,对钻尖刃线的三个关键参数(横刃长度、内刃角度和过渡圆弧值)进行了研究,将有限元仿真正交试验与实际切削试验相结合,结果表明:内刃角度对定心性影响最大。钻头定心性最优参数组合为:横刃长度0.36mm,内刃角度20°,过渡圆弧R0.6mm。     

基于FLUENT的直管气体输送参数的研究

对气体通过水平直管进行研究,计算管道中的压力损失、速度等参数,采用分段思想对长直水平管进行分段计算压力损失,得到较为精确、实用的压力损失计算方法。利用FLUENT软件进行模拟仿真计算,比较分段计算的结果和软件仿真计算结果的差异,并分析产生误差的原因,为以后气体输送的管道设计提供理论依据。