摩擦接触约束下的微小管道机器人管内运动稳定性分析

针对管径为15～20 mm的细小管道,提出一种新型蠕动式微小管道机器人设计方案,虚拟样机仿真发现机器人管内运动存在不稳定情况.为进一步指导设计、优化系统结构,建立该机器人受摩擦接触约束条件下管内运动的动力学模型,利用线性互补理论对其进行降阶处理,讨论其解的存在性和唯一性问题,利用Kelvin接触模型和奇异摄动理论揭示受限机器人降阶模型接触力稳定性的附加条件,利用该模型对机器人在直管运动的稳定性情况进行仿真,根据仿真结果对机器人结构提出改进方案.通过虚拟样机仿真和试验验证理论分析的正确性及结构改进的合理性.     

管道参数对绝热气管平均摩擦因数的影响

以Keenan及Neumann的实验结果为基础,通过构造平均摩擦因数误差函数和采用预估一校正解法,提出一种从理论上计算气动系统管道平均摩擦因数的新方法.结果表明:管道平均摩擦因数随进口气流总压、总温、管道内径、长径比、相对粗糙度及出口反压比而变化.随着管道内径减小,长径比增大,或随相对粗糙度增加,平均摩擦因数增大.当管道其它参数不变时,减小进口气流总压或增大总温,也会导致管道临界平均摩擦因数增加.亚临界流态与临界流态气动管道平均摩擦因数的变化规律相似,只是亚临界管道平均摩擦因数的具体数值稍大一些.当出口反压比在临界压比至0.8的范围内变化时,管道平均摩擦因数随反压比的增加而增大.     

一种新型步进式管道机器人的设计与运动学研究

为增大管道机器人在管道内行程、提高其负载能力和自适应管径能力,设计了基于凸轮连杆组合机构的步进式管道机器人。凸轮机构实现周向伸缩运动,步进单元与凸轮伸缩机构协调运动实现步进运动。描述了该机器人的结构组成和行走机理,建立了数学模型和虚拟样机,ADAMS运动学仿真分析,结果表明,机器人步距99.55mm,步进速度3.78cm/s,步进运动速度平稳,加速度平缓,并具有一定的管径适应能力,该机构可以应用于其他类型管道机器人予以借鉴。     

基于ADAMS螺旋驱动行走机构的弯管通过性能研究

管道机器人广泛应用于管道检测及封堵维修过程中,通过设计管道行走机构提高其在管道中的自适应能力,并提出制约管内螺旋行走机构弯管通过性能的核心要素,对管道检测与维护具有至关重要的作用。因此,利用ADAMS软件,从动力学角度出发,对行走机构中的弯管通过性进行仿真研究,并进一步分析驱动轮的螺旋角和直径如何影响行走机构的驱动力及其行进速度,并根据仿真结果得出驱动轮的螺旋角和直径分别对行走机构的驱动力和行进速度有截然不同的影响规律;其中管道行走机构的驱动力与驱动轮螺旋角和直径均呈同方向变化;而行走机构的行进速度却随着螺旋角的增大而减小,随着驱动轮直径的增大呈现出先增大后减小的趋势。通过分析得出管道行走机构驱动轮的螺旋倾角和直径的最佳参数。     

方向性微孔对润滑状态转化的影响

基于平均流量模型和微凸体接触模型,研究混合润滑状态下织构表面的摩擦特性,通过数值求解得到Stribeck曲线,分析法向载荷、润滑油黏度、表面粗糙度、方向因子和倾斜角对摩擦因数及名义摩擦副间隙等摩擦性能参数的影响规律。结果表明：混合润滑条件下,随着载荷的减小或润滑油黏度的增大,摩擦因数减小,名义摩擦副间隙增大,混合润滑转变为流体润滑时的临界转速降低;随着表面粗糙度的增大,摩擦因数和名义摩擦副间隙均增大,临界转速升高;随着倾斜角的减小或方向因子的增大,摩擦因数减小,名义摩擦副间隙增大,并且倾斜角越小,临界转速越低。     

天然气——长输管道立向下焊焊接技术的应用

一、概述 天然气长输管道是目前国内各大中城市共建的一项大型基本建设,我公司承建了吉林省地区的全线地下长输管道部分,全长约225km。其中,主输送管的管径为325mm×6mm,全长约190km;支管的管径为219mm×6mm,全长约35km。全线管道选用材料为APIL X52焊接钢管;管道设计压     

偏心回转油气混输泵关键部位摩擦特性分析

提出一种新型的偏心回转油气混输泵,介绍了该泵的工作原理及结构特点。根据该泵主要运动部件的运动规律和力学特性,导出各运动部件的运动、受力的计算公式,推导出该泵关键部位摩擦力及摩擦功耗随主轴转角的变化关系,分析了主要结构参数对泵的摩擦特性的影响。结果表明:偏心回转油气混输泵滑板圆头端的摩擦功耗低于滑板摩擦功耗的2%;泵的摩擦功耗随着相对偏心距的增大而增大,油缸相对高度对该泵摩擦功耗的影响可以忽略不计。研究结果为偏心回转油气混输泵的优化设计提供了理论基础。     

介质压差驱动管道机器人速度调控装置的研究

鉴于流体管道裂纹检测的不易,对一种利用管道内流体介质来驱动的新型管道机器人进行研究。该机器人可根据管道传输介质的流速、压力及摩擦负载的变化,实时对管道机器人的行进速度进行调控;构建了一套电机驱动锥阀的新型管道机器人泄流调速装置,并对其调速机理进行了分析,推导出影响机器人行进速度稳定性的负载和通流面积之间的关系。介绍了以压差和速度为反馈环节的双闭环速度调控机理,为流体压差驱动管道机器人速度调节和控制提供了一套新的解决方案。     

小口径管道自适应内检测机器人研究

小口径管道在船舶、石油化工等工业领域具有广泛应用,其内部状态对设备的安全运行具有重要影响,管道自适应内检测机器人是对管道内部状态检测的有效方法.通过Solidworks建立轮式管道内检机器人仿真模型,对其适应管径变化及转弯的能力进行分析.通过ADAMS方法对内检机器人进行模拟计算,依据实际工况进行条件约束,对机器人的爬行运动学及动力学进行仿真分析.结果 表明,所设计小口径管道内检测机器人具有一定范围的管道变径及转弯自适应能力,可适应95mm到105mm之间的管道直径变化,可顺利通过的管道最小转弯半径为200mm;在给定速度与预紧力的情况下,轮子与管壁间的力随着管径变小而增加.     

履带式管道检测机器人行走机构位姿调整分析

针对管道机器人的管径适应性,通过建立数学模型,分析了管道检测机器人行走机构的运动特性,提出了一种新型的管道检测机器人行走机构位姿调整的机构。基于五连杆机构的运动特性,分别驱动五连杆机构的两个连架杆,从而实现管道机器人行走机构位姿的调整。基于ADAMS仿真软件建立了机器人虚拟样机模型,根据优化分析的结果,对位姿调整机构的杆长进行了修正,使得管道机器人行走机构的位姿调整机构满足设计要求。     

基于Carreau流变模型的渐开线齿轮摩擦因数研究

结合载荷分担概念和弹流润滑理论,研究润滑剂的流变性对渐开线齿轮油膜厚度、摩擦因数等润滑特性的影响;分别采用Carreau流变模型和Doolittle-Tait自由体积黏度模型描述润滑剂的剪切稀化特性及黏压关系,研究齿轮载荷、转速、表面粗糙度和润滑剂压黏系数对摩擦因数的影响。研究结果表明:不同的润滑剂剪切稀化特性不同,因此油膜厚度、油膜承载比例和摩擦因数均不同;摩擦因数随着转矩的增大先显著增大,当超过某一转矩值时,摩擦因数开始缓慢变化;摩擦因数随着转速的增加先显著减小,当转速增加至某一值时摩擦因数又随之增大;随着表面粗糙度和润滑剂压黏系数的增大,摩擦因数均明显增大。     

缠绕提升钢丝绳微动摩擦试验研究

为了掌握多绳多层缠绕提升钢丝绳层与层之间微动摩擦磨损机制,设计矿井提升机钢丝绳综合摩擦试验台,在其缠绕提升机钢丝绳摩擦试验装置上开展滑动摩擦试验,以6×19+FC热镀锌钢丝绳为研究对象,探究不同接触载荷、接触角度下钢丝绳滑动摩擦磨损规律及钢丝绳摩擦接触处温升变化规律。研究结果表明：钢丝绳滑动摩擦因数随时间经历了快速增长阶段、缓慢递增阶段和平稳波动阶段;摩擦因数随着载荷增加先减小后增大,在250 N时最低为0.59,但摩擦因数随载荷变化范围不大,维持在0.68左右;摩擦因数随接触角度的增大先迅速增大后呈缓慢增长趋势,最终稳定为0.58,其中接触角度为45°时摩擦因数最小,仅为0.15;钢丝绳滑动摩擦温升集中在接触区域内,接触点温升随着接触角度的增加而增加,最高温升为8.5 ℃,随载荷的增加呈先减小后增大最后减小的波浪形变化趋势,最高温升为10.4 ℃。     

蛇形机器人行波运动的研究

对蛇形机器人的行波运动机理进行了研究,基于Serpenoid曲线建立了蛇形机器人行波运动的形状控制模型、运动学模型、机构动力学模型及环境动力学模型,给出了求解过程。仿真结果表明：在行波运动中,各关节输入力矩大小呈周期变化,且随其与蛇体重心距离的增加而减小。蛇体中心关节的最大输入力矩为蛇形机器人所需最大输入力矩。对称关节输入力矩幅值变化规律相同,但相差不同;运动初始弯角保持不变,关节输入力矩随着环境摩擦因数的增加而增加。环境摩擦因数保持不变,关节输入力矩随着初始弯角的增加而减小。     

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。     

复杂管道清理机器人结构创新设计

论述了管道机器人的研究现状,对几类典型管道机器人性能进行对比分析。创新设计了一款适用于清理中小型管道的清洁机器人。该装置由电机、履带行走机构、直径调节机构和清理机构组成。电缆传输信号控制机器人在管道内行走;通过直径调节机构调节机器人尺寸以适应不同管径变化。该机器人可两节串联使用以实现清洁力度的调节,配合气压杆装置调节刷头压力以增强清理效果,可适用于不同管径及污染程度的输水管道,具有良好的应用前景。     

一种管道机器人的结构设计与性能分析

为使机器人具备在立体管道网络中的工作能力,如在90°倾角的管道中攀爬或下行、竖直状态下的悬停作业、通过弯道时不发生侧翻、在运动过程中与管内障碍物不发生刚性碰撞等特性,提出一种新型管道机器人结构,该机器人适应可适应±5mm管径作业。为保持过弯时驱动的同步性,进一步提出一种等距传动机构,同时对机器人通过弯道时的状态进行了分析。对所构型的机器人结构进行了结构与力学特性分析,描述了其在水平、水平过弯、竖直通过弯道典型运动状态下的力学特征,对机器人过弯时进行了运动仿真,最后完成了机器人在立体管道中运行的实验验证。     

接触角与接触载荷对缠绕提升钢丝绳摩擦特性的影响

为了掌握多绳多层缠绕提升钢丝绳层与层之间微动摩擦磨损机制,设计矿井提升机钢丝绳综合摩擦试验台,在其缠绕提升机钢丝绳摩擦试验装置上开展滑动摩擦试验,以6×19+FC热镀锌钢丝绳为研究对象,探究不同接触载荷、接触角度下钢丝绳滑动摩擦磨损规律及钢丝绳摩擦接触处温升变化规律。研究结果表明:钢丝绳滑动摩擦因数随时间经历了快速增长阶段、缓慢递增阶段和平稳波动阶段;摩擦因数随着载荷增加先减小后增大,在250 N时最低为0.59,但摩擦因数随载荷变化范围不大,维持在0.68左右;摩擦因数随接触角度的增大先迅速增大后呈缓慢增长趋势,最终稳定为0.58,其中接触角度为45°时摩擦因数最小,仅为0.15;钢丝绳滑动摩擦温升集中在接触区域内,接触点温升随着接触角度的增加而增加,最高温升为8.5℃,随载荷的增加呈先减小后增大最后减小的波浪形变化趋势,最高温升为10.4℃。     

差动式自适应管道机器人的驱动特性研究

为解决管道机器人过弯时驱动轮与管壁间的相对滑动问题以及机体对管径尺寸的适应问题,设计了采用一个电机进行驱动并具备差动能力和自适应变径能力的管道机器人。分析了机体差动机构的传动特性,理论推导了管道机器人变径机构工作状态时的受力方程,得到了机器人运行时驱动轮与管壁之间的力学关系式。构建了机体管内运动模型,并分析了机体在不同位姿条件下,模型中各轮的运动参数变化情况。建立机器人在组合管中运动的虚拟样机模型,通过仿真实验对机体的差动特性进行了验证,结果表明机器人可以无干涉过弯,并展现出了良好的驱动性能。     

基于一种弹簧联轴节的管内蠕动机器人弯道通过性分析

针对目前国内外管内蠕动机器人对弯道连续工作能力不理想的问题,提出了一种可以在不同曲率管道内部行进的一种弹簧联轴节管内蠕动机器人的转弯机构。通过对这种管内蠕动机器人及其转弯机构组成、工作原理、位姿以及运动几何分析,得出其在不同曲率管道运动特性的相关公式,利用Adams对其进行仿真分析,验证相关理论分析,进而确定弹簧联轴节管内蠕动机器人转弯机构的各项设计参数的相关理论准则。     

基于凸轮自锁原理的伸缩式管道机器人设计

为提高伸缩式管道机器人的负载能力,研制一种基于凸轮自锁原理的伸缩式管道机器人,牵引力不受限于某一固定摩擦力,可随外载荷的增大而增大。应用分析力学原理导出单向锁止机构各参数应满足的关系式,并给出可适应管径变化的凸轮轮廓设计方法,计算出移动机构系统的响应时间,提出一套系统的管道机器人设计理论方法。利用提出的设计方法研制试验样机,并在管道中成功进行一系列试验。研究成果提升了伸缩式管道机器人的负载能力与管道适应性,完善了基于自锁原理伸缩式管道机器人的设计理论。