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管道除尘机器人结构设计【10张图/16300字】【优秀机械毕业设计论文】

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管道除尘机器人结构设计【】【优秀机械毕业设计论文】.rar

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A0-总装配图.dwg

A0-部件装配图.dwg

A3-蜗杆.dwg

A3-蜗轮.dwg

A3-车轮支架.dwg

A3-轴套.dwg

A3-透盖.dwg

A3-链轮.dwg

A3-闷盖.dwg

A4-弹簧支架.dwg

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关键词：: 管道除尘机器人结构设计优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份。44页。16300字左右。
任务书一份。
开题报告一份。
计划周记进度检查表一份。

图纸共10张，如下所示
A0-总装配图.dwg
A0-部件装配图.dwg
A3-蜗杆.dwg
A3-蜗轮.dwg
A3-车轮支架.dwg
A3-轴套.dwg
A3-透盖.dwg
A3-链轮.dwg
A3-闷盖.dwg
A4-弹簧支架.dwg

毕业设计论文任务书
一、题目及专题：

1、题目　　管道除尘机器人结构设计的研究　　
2、专题　　
二、课题来源及选题依据
1) 该课题为企业生产实际，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。经实践应用，上述方法均存在一定局限性，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。但这两种方法也各有缺点。

2) 本课题就是针对这一现状，对输灰管道清灰机器人进行初步探讨，以期能达到清洁环保等功能，完成该课题可对我们大学期间所学知识进行一次全面的专业训练，可以培养我们掌握如何运用过去所学知识去解决生产中实际问题的方法，增强从事本专业实际工作所必需的基本能力和开发研究能力，可以提高我们的专业素质，为今后走上工作岗位打下一个良好的基础。

三、本设计（论文或其他）应达到的要求：

1、能正确合理分析产品设计的具体要求和产品的功能实现；
2、能合理根据产品的设计要求拟定多种解决方案，并进行多方案优化分析设计；
3、合理选择和设计部件的传动方案，并能进行一些必要的设计计算；
4、正确选择零部件中各零件，并能进行一定的校核计算和优化设计；
5、绘制机器人行走部件装配图；
6、设计绘制零件工作图若干；
7、编制设计计算说明书1份；
摘要
基于利用行星磨头清洗技术对管道进行清洗的目的，在总结现有的管道机器人设计方案的基础上，根据现场的实际情况，论文首先对管道清洗机器人行走部分进行方案设计，经分析比较后确定了新型管道清洗机器人行走的较佳设计方案，并据此方案对机器人作了行走部分结构设计;对机器人的行走特性进行了研究，提出了使机器人在管道内能够保持稳定运行的方法.通过对机器人机构的设计和机器人在直管道内运动情况的思考研究，进一步验证了设计思想的可行性。
最后，研究了管道清洗机器人行走系统的安全性能，给出了在高压情况下保证行走系统安全的基本方案，为管道清洗机器人系统的实用化提供可靠的依据。

关键词: 管道机器人；安全防护；行走

Abstract

Based on the use of planetary grinding head cleaning technology for the purpose of cleaning pipes, at the conclusion of the existing pipeline robot design based on the actual situation at the scene, the first paper on the pipe cleaning robot to walk part of program design, by analysis and comparison a new pipeline after cleaning robot designed to walk a better program, and accordingly the program made a walk on part of the structure of robot design; characteristics of walking robots have been studied and put forward in the pipeline so that the robot was able to remain stable The method of operation. By the design of the robot body and the robot movement in the straight tube case study of thinking, and further verify the feasibility of the design idea.
Finally, the research pipeline cleaning robot running the safety of the system performance, given the high-pressure circumstances to ensure that the basic operating system security program, for pipe cleaning robot system of the utility to provide a reliable basis.

Key words: pipe robot; security; walk

目录
摘要 III
ABSTRACT IV
绪论 1
1 概述 2
1.1 管道清洗机器人常见问题分析 2
1.2 除垢机器人理念 2
1.3 基本设计任务 3
1.4毕业设计的目的 3
2.1 管道射流清洗机器人的本体设计 4
2.1.1 移动方式选择 4
2.1.2 传动方案的选择 4
2.2 管道清洗机器人变管径自适应性方案设计 6
2.3 动力系统的设计计算 9
2.3.1 管道机器人行驶阻力分析 9
2.3.2 减速器的选择 12
2.4 机器人的速度和驱动能力校核 13
2.4.1 运动速度校核 13
2.4.2 驱动能力校核 13
3 链轮传动的设计计算 14
3.1 链轮设计的初始条件 15
3.2 链轮计算结果 15
3.3历史结果 16
4 蜗轮蜗杆的设计计算 18
4.1 蜗轮蜗杆基本参数设计 18
4.1.1 普通蜗杆设计输入参数 18
4.1.2 材料及热处理 19
4.1.3 蜗杆蜗轮基本参数 20
4.1.4 蜗蜗轮精度 21
4.1.5 强度刚度校核结果和参数 22
4.1.6 自然通风散热计算 22
4.2蜗杆轴的结构设计 23
4.2.1 轴的强度较核计算 23
4.2.2 轴的结构设计 24
4.2.3 键的校核 25
5 弹簧的设计计算 25
6 安全性能 26
结论 27
参考文献 28
致谢 30

课题来源
某企业生产实际
科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）
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。经实践应用，上述方法均存在一定局限性，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。但这两种方法也各有缺点。
本课题就是针对这一现状，对输灰管道清灰机器人进行初步探讨，以期能达到清洁环保等功能，完成该课题可对我们大学期间所学知识进行一次全面的专业训练，可以培养我们掌握如何运用过去所学知识去解决生产中实际问题的方法，增强从事本专业实际工作所必需的基本能力和开发研究能力，可以提高我们的专业素质，为今后走上工作岗位打下一个良好的基础。

研究内容
除垢机器人的首先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一。
管道除垢机器人宜采用自驱动方式。并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。
本课题就是针对这一结构进行初步的设计。

拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析
在毕业实习调研以及查阅有关资料的基础上，拟定清洗机器人行走部件结构设计的最初方案，通过与指导老师协商讨论方案的可行性，并确定最终设计方案，并完成相关的设计计算及相应的设计图纸。

研究计划及预期成果
通过现场调研、模拟、建模、实验和机器调试，根据最初拟定的清洗机器人行走部件结构设计的方案，设计出具有一定清灰功能的清洗机器人，合理确定清灰机器人的驱动方式及行走形式，并选用最佳的设计方案，达到清灰功能。

特色或创新之处
适用于煤电厂管道清灰的优化设计，力求在清洁环保的前提下最大限度的减少企业成本，并降低工人的劳动强度和生产成本。

已具备的条件和尚需解决的问题
针对实际煤电企业管道清灰存在的问题，综合所学的机械理论设计、方法及工艺装备，探索和开发高效的清洗方法，将行星磨头清洗技术与机器人技术结合起来，进行综合设计开发管道清洗机器人，进而提升学生开发和创新机械产品的能力。

内容简介：: 编号无锡太湖学院毕业设计（论文）相关资料题目：管道除尘机器人行星结构设计信机系机械工程及自动化专业学号： 0923825 学生姓名：赵金辉指导教师：鲍虹苏（职称：高工）（职称：） 2013年 5月 25日目录一、毕业设计（论文）开题报告二、毕业设计（论文）外文资料翻译及原文三、学生 “毕业论文（论文）计划、进度、检查及落实表 ” 四、实习鉴定表无锡太湖学院毕业设计（论文）开题报告题目：管道除尘机器人行星结构设计信机系机械工程及自动化专业学号： 0923835 学生姓名：赵金辉指导教师：鲍虹苏（职称：高工）（职称：） 2012年 11月 14日课题来源某企业生产实际科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）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。经实践应用，上述方法均存在一定局限性，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。但这两种方法也各有缺点。本课题就是针对这一现状，对输灰管道清灰机器人进行初步探讨，以期能达到清洁环保等功能，完成该课题可对我们大学期间所学知识进行一次全面的专业训练，可以培养我们掌握如何运用过去所学知识去解决生产中实际问题的方法，增强从事本专业实际工作所必需的基本能力和开发研究能力，可以提高我们的专业素质，为今后走上工作岗位打下一个良好的基础。研究内容除垢机器人的首先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一。管道除垢机器人宜采用自驱动方式。并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。本课题就是针对这一结构进行初步的设计。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析在毕业实习调研以及查阅有关资料的基础上，拟定清洗机器人行走部件结构设计的最初方案，通过与指导老师协商讨论方案的可行性，并确定最终设计方案，并完成相关的设计计算及相应的设计图纸。研究计划及预期成果通过现场调研、模拟、建模、实验和机器调试，根据最初拟定的清洗机器人行走部件结构设计的方案，设计出具有一定清灰功能的清洗机器人，合理确定清灰机器人的驱动方式及行走形式，并选用最佳的设计方案，达到清灰功能。特色或创新之处适用于煤电厂管道清灰的优化设计，力求在清洁环保的前提下最大限度的减少企业成本，并降低工人的劳动强度和生产成本。已具备的条件和尚需解决的问题针对实际煤电企业管道清灰存在的问题，综合所学的机械理论设计、方法及工艺装备，探索和开发高效的清洗方法，将行星磨头清洗技术与机器人技术结合起来，进行综合设计开发管道清洗机器人，进而提升学生开发和创新机械产品的能力。指导教师意见指导教师签名：年月日教研室（学科组、研究所）意见教研室主任签名：年月日系意见主管领导签名：年月日 is to of is by to of of is a of (1)(2) (3)(4)(5)of (6) of a of to of of of of ) to s of a to of in at to is 1- in 1.A of to it as of to it as in 1st of in In of as 00,000 / it is be In of of is is or in a as to a of to of to is it 0m/is up 00m/to be to A of in at of up . to 0m/of it 00m/to be g, of 0 000r/a of 0at a h, is to h; of of up 2* 000r/mm g. In 0 of of m up to 0m of - 5m, - m, is it to m). In of 000h, of 0000h, In to if of to it is is to of to of of by a It is of 3 is it to of is at a 5 to to as go it is in of of is At of of is it to to it of by a of of So of 效 of to of ). of of be on of of 5 to in be NC AM is or of of in 1st be in It is in to of as of is in to of if of of to be of A of on to at GC . ( to of is of be on or is in of of at 含 of is a of of in of of as of 效 s of a in if of ( IT ( is T ; ( to of 2 of of of of of of 958, in 0 be is 958 979, In of of of of is , of in , of of At of of in of of of of is on of of At in of of In , of of is up 0%, it is up 0% to . a of in 0 of of of in of of of of In up of in as of of a of as of up a s in of we of of of is in of of in of is in in to as of of On in 0- 1 in it is in On of is is of of of a is is is s up On of of to It is of It is to s of It is to to to of It is to to of of to in in in of in of up of It is of in of is of is of is it is of to 数控技术和装备发展趋势及对策数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域： (1)机械制造技术； (2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术； (4)伺服驱动技术； (5)传感器技术； (6)软件技术等。 1 数控技术的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面 1 4。 1 1 高速、高精加工技术及装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为 5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（其确定为 21 世纪的中心研究方向之一。在轿车工业领域，年产 30 万辆的生产节拍是 40 秒 /辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料 “掏空 ”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。从会情况来看，高速加工中心进给速度可达 80m/至更高，空运行速度可达 100m/右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国司的床进给速度最大达 60m/速为 100m/速度达 2g，主轴转速已达 60 000r/工一薄壁飞机零件，只用 30同样的零件在一般高速铣床加工需 3h，在普通铣床加工需 8h；德国司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达 12*!000r/ 1g。在加工精度方面，近 10 年来，普通级数控机床的加工精度已由 10m 提高到 5m，精密级加工中心则从 3 5m，提高到 1 且超精密加工精度已开始进入纳米级( 在可靠性方面，国外数控装置的已达 6 000h 以上，伺服系统的达到30000h 以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部周次起止日期工作计划、进度每周主要完成内容存在问题、改进方法指导教师意见并签字备注1012年 11月 12日 2月 2日老师下达毕业设计任务，学生初步阅读资料，完成毕业设计开题报告。按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填写毕业设计开题报告书所学知识有限，只能完成一些零碎的东西,询问指导老师4012年 12月 3日月 20日指导专业实训通过实习了解熟悉部门的工作情况经验的不足，需要时间的积累和与人的沟通11013年 1月 21日日指导毕业实习和指导老师的交流完成毕业实习报告对相关课题的了解不深，需查阅相关资料13 2013年 3月 4日日机器人传动移动方式的确定分析产品图、分析结构，优选确定设计方案存在问题：缺乏实际操作经验，制定的设计方案不合理。改进方法：多去咨询老师了解实际生产过程，重新确立合理的设计方案。14 2013年 3月 11日 5日设计方案分析与计算确定设计结构，计算所需各种尺寸存在问题：结构设计不合理，尺寸计算有误差，对立式袋装机纵封装置不是很清楚改进方法：查阅多种参考资料，改进设计结构，提高计算正确率。15 2013年 3月 18日 2日动力系统的设计查看相关资料，对系统粗步了解存在问题：对整理搜集信息方面还是有所欠缺，盲目搜索。改进方法：查阅资料时要分类，多多请教老师16 2013年 3月 25日 9日减速器的选择查看资料，选择合适的减速器存在问题：对机器人的分析不够改进方法：对机器人的原理继续分析，选择合理的减速器17 2013年 4月 1日日机器人速度和驱动能力校核查阅相关资料，计算选择出合理的参数和相关的尺寸有些细节方面不懂的地方，需向老师请教18 2013年 4月 8日 2日链轮传动的设计计算查阅相关资料链轮传动的计算有些细节方面不懂的地方，需向老师请教存档编码：无锡太湖学院 2009 届毕业作业周次进度计划、检查落实表系别：信机系班级：机械97 学生姓名：赵金辉课题（设计）名称：管道机器人除尘结构设计开始日期：2012年1 1月 12日周次起止日期工作计划、进度每周主要完成内容存在问题、改进方法指导教师意见并签字备注19 2013年 4月 15日 9日涡轮蜗杆的结构设计查看相关资料，并绘出涡轮蜗杆的相关资料有些细节方面不懂的地方，还需向老师请教20 2013年 4月 22日 6日绘制零件图，及装配图根据最终确定尺寸绘制老师检查图纸，修改细节问题21 2013年 4月 29日日说明书、摘要、小结绘制装置零件图，不少于6个存在问题：零件图的表达方案不合理，尺寸不符合实际需要，技术要求不规范。改进方法：修改零件图的表达方案，完善尺寸标注和技术要求。22 2013年 5月 6日 0日检查、指导设计说明书、摘要和小结编写完成设计说明书、摘要和小结存在问题：零件图的表达方案不合理，尺寸不符合实际需要，技术要求不规范。改进方法：修改零件图的表达方案，完善尺寸标注和技术要求。23 2013年 5月 13日 7日检查、指导设计说明书、摘要和小结编写完成设计说明书、摘要和小结存在问题：零件图的表达方案不合理，尺寸不符合实际需要，技术要求不规范。改进方法：修改零件图的表达方案，完善尺寸标注和技术要求。24 2013年 5月 20日 5日修改论文格式通过老师检查发现格式不正确之处回去修改按照学校给的样板自习修改格式说明： 1、 “工作计划、进度 ”、 “指导教师意见并签字 ”由指导教师填写， “每周主要完成内容 ”， “存在问题、改进方法 ”由学生填写。2、本表由各系妥善归档，保存备查。编号无锡太湖学院毕业设计（论文）题目：管道除尘机器人结构设计信机系机械工程及自动化专业学号： 0923825 学生姓名：赵金辉指导教师：鲍虹苏（职称：副教授）（职称：） 2013 年 5 月 25 日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）管道除尘机器人结构设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班级：机械 97 学号： 0923825 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无锡太湖学院信机系机械工程及自动化专业毕业设计论文任务书一、题目及专题： 1、题目管道除尘机器人结构设计的研究 2、专题二、课题来源及选题依据 1) 该课题为企业生产实际，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。经实践应用，上述方法均存在一定局限性，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。但这两种方法也各有缺点。 2) 本课题就是针对这一现状，对输灰管道清灰机器人进行初步探讨，以期能达到清洁环保等功能，完成该课题可对我们大学期间所学知识进行一次全面的专业训练，可以培养我们掌握如何运用过去所学知识去解决生产中实际问题的方法，增强从事本专业实际工作所必需的基本能力和开发研究能力，可以提高我们的专业素质，为今后走上工作岗位打下一个良好的基础。三、本设计（论文或其他）应达到的要求：、能正确合理分析产品设计的具体要求和产品的功能实现； 2、能合理根据产品的设计要求拟定多种解决方案，并进行多方案优化分析设计； 3、合理选择和设计部件的传动方案，并能进行一些必要的设计计算； 4、正确选择零部件中各零件，并能进行一定的校核计算和优化设计； 5、绘制机器人行走部件装配图； 6、设计绘制零件工作图若干； 7、编制设计计算说明书 1 份；四、接受任务学生：机械 97 班姓名赵金辉五、开始及完成日期：自 2012 年 11 月 7 日至 2013 年 5 月 25 日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教研室主任学科组组长研究所所长签名系主任签名 2012 年 11 月 12 日要基于利用行星磨头清洗技术对管道进行清洗的目的，在总结现有的管道机器人设计方案的基础上，根据现场的实际情况，论文首先对管道清洗机器人行走部分进行方案设计，经分析比较后确定了新型管道清洗机器人行走的较佳设计方案，并据此方案对机器人作了行走部分结构设计 ;对机器人的行走特性进行了研究，提出了使机器人在管道内能够保持稳定运行的方法一步验证了设计思想的可行性。最后，研究了管道清洗机器人行走系统的安全性能，给出了在高压情况下保证行走系统安全的基本方案，为管道清洗机器人系统的实用化提供可靠的依据。关键词 : 管道机器人；安全防护；行走 on of of at of on at on to of by a to a a on of of of in so to he of By of in of of of to of to a V 目录摘要 . . 论 . 1 1 概述 . 2 道清洗机器人常见问题分析 . 2 垢机器人理念 . 2 本设计任务 . 3 业设计的目的 . 3 道射流清洗机器人的本体设计 . 4 动方式选择 . 4 动方案的选择 . 4 道清洗机器人变管径自适应性方案设计 . 6 力系统的设计计算 . 9 道机器人行驶阻力分析 . 9 速器的选择 . 12 器人的速度和驱动能力校核 . 13 动速度校核 . 13 动能力校核 . 13 3 链轮传动的设计计算 . 15 轮设计的初始条件 . 15 链轮计算结果 . 15 史结果 . 16 4 蜗轮蜗杆的设计计算 . 18 蜗轮蜗杆基本参数设计 . 18 通蜗杆设计输入参数 . 18 料及热处理 . 19 杆蜗轮基本参数 . 20 蜗轮精度 . 21 度刚度校核结果和参数 . 22 然通风散热计算 . 22 杆轴的结构设计 . 23 的强度较核计算 . 23 的结构设计 . 27 的校核 . 27 5 弹簧的设计计算 . 29 安全性能 . 31 结论 . 32 参考文献 . 34 致谢 . 33 管道除尘机器人行星结构设计 1 绪论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一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 80%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一种新的清洗方法。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、成本低等一系列优点，可达到返旧还新的效果。作为一种清洁、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。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。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一定的独特性：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一。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。无锡太湖学院学士学位论文 2 1 概述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，上述方法均存在一定局限性，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，一般每隔 1 2 年需对冲灰管道进行一次清垢，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。注入 (或打入 )管内进行除垢。酸洗液的效能是对水垢有溶解，剥离和疏松的作用，从而达到除垢的目的。酸洗除垢法工艺比较复杂，需要专业人员进行操作；酸洗液要根据水垢的性质，厚度进行配制，要求较为严格；酸洗法因为有酸，故对管道有一定的腐蚀副作用，因而锅炉酸洗次数不能过多少数电厂为了环保和节约资金，采用人工振击法清理。当管道内的灰垢沉积到一定程度，严重影响电厂正常生产时，将灰垢集中处的管道切割，用铁锤人工振击管道，使灰垢和管道剥离，然后用吊车将管道吊起将灰垢倾倒出来。这种清理办法虽然简单，清理效果好，但需切割管道，容易使管道变形，且费工费时，劳动强度大。目前也有研究采用高压水射流进行清洗的清洗机器人。但是采用高压水射流一方面会产生大量的废水，很难处理。有不少管道经过农田，清洗产生的废水不及时处理会对农田造成很大的污染。另一方面高压水射流清洗成本较大，每清洗一段管道都要用去几吨甚至十几吨水。垢机器人理念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一定的独特性：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一。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。管道除尘机器人行星结构设计 3 本设计任务计题目：管道清洗机器人行走部件的设计务： 1. 设计、计算涡轮和链轮机构； 2. 设计传动结构造型； 3. 用计算机绘制装配图和主要零件图； 4. 按指定格式和要求撰写毕业设计计算说明书业设计的目的毕业设计是对学生进行工程师基本训练的重要环节，通过毕业设计能达到以下目的。 1 巩固 2 培养理论联系实际的学风； 3 熟悉进行机械设计的一般步骤和常见问题，掌握机械设计的一般技巧。 4 学会查阅运用技术资料；初步掌握对专业范围内的生产技术问题进行研究的能力。无锡太湖学院学士学位论文 4 2 管道射流清洗机器人道射流清洗机器人的本体设计管道清洗机器人应用于管道直径 350 600管道中工作，作业环境要求整个结构的尺寸应尽可能的小并且具备一定的牵引力，整个设计从选取移动方式入手。动方式选择管道清洗机器人要实现实际应用中的可靠性及实用性，必须依据管道内作业特点来设计出稳定运行，满足清洗性能要求的机器人。在进行清洗时候，要求系统必须保证喷头具备一定的对中性能，能适应不同的管径变化，对于在行进过程中，管内可能出现凸凹不平情况，机器人还应具备一定的越障能力。如果机器人在运动过程中产生旋转或由于重心偏移而使得机器人的轴线与管道的中心线产生偏转角，载体可能卡在管道内而无法取出，严重时不得不破坏管道取出机器人。对于大口径的管道机器人，由于其自重较大，如果支撑臂不具备自动定心性能，必定产生偏转角，其结果使机器人运动阻力增大，出现 “卡持 ”现象。为了提高作业的可靠性，设计中要求机器人应具有可靠的管道适应性和定心性。在现有的管道机器人设计中，移动型本体结构，主要有履带式、支腿式、轮式结构以及蛇行、蠕动、变形运动等几种形式。如壁面爬行、水下推动等机构。蛇行、蠕动、变形运动多适合于光滑的管壁、地面或水下。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一致，缺点是着地面积相对较小，维持附着牵引力较困难。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一重要组成部分。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管道除尘机器人行星结构设计 5 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一套动力变换装置和同步链传动机构来实现。 1、动力变换装置的设计在如图所示的径向辐射轮式移动结构中，当预紧弹簧给于基本的预紧力后，刚好使得位于最上侧的轮处于与管壁相接触的临界状态，也就是说上轮与管壁间的接触压力刚好为零，所以机器人整体的驱动力绝大部分来自轮 1 和轮 3，而且机器人本体的重心位置位于管道的轴线下方 40右 (如图所示 )，增强了机器人的稳定性。下面两轮所在支腿中心线与减速器输出轴线垂直，且两支腿中心线的夹角为 120，故需要一动力变换装置来实现动力的分流。蜗杆传动是空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动机构，两轴线交错的夹角可为任意值，由于蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的，同时啮合的次对又较多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声低。在设计中蜗杆与两蜗轮之间的轴线夹角为 90，两蜗轮轴线之间的夹角为 120。如图 2 图轮端面图 2、同步链传动设计由于设计的机器人具备在一定的管径变化范围内行走的能力，在管径发生变化的时候，主动轮与管道中心的距离也相应发生改变，在现有的相关管道机器人传动方案中，更多的是采用全齿轮传动方式，即动力经变换后，通过增加惰轮的方式，将动力传递到主动轮，虽然该方案的传动效率较高，但是结构复杂，对环境的适应能力较差，可适应管径变化范围较小，在本设计中，动力经蜗轮蜗杆装置变换后，通过传动比为 1:1 的齿轮传动，将动力传递到各支腿，因为空间尺寸关系，在两者之间增加一惰轮机构，再应用同步链将动力传送到主动轮 1 和轮 3。同步带轮轴 1 与支腿与安装底座的连接轴同轴，故无论管径如何变化，两个同步链轮间的轴线距离保持不变，只要支腿的长度足够长，就可适应足够无锡太湖学院学士学位论文 6 大的管径变化范围。道清洗机器人变管径自适应性方案设计管道由于制作误差、使用过程中局部结垢、局部压力过大而产生变形以及内表面杂物的存在，清洗机器人在碰到变形部位及杂物时，由于阻力而使支撑臂收缩，同时在驱动力的作用下通过变形部位，当再次达到管道正常段时，支撑臂能够在弹簧的作用下像伞一样张开，使机器人重新恢复原来的平稳状态。这个过程就是机器人的自适应过程。有了自适应性，机器人就能穿过一个个变形部位，以达到对管道进行有效清洗的目的，在本设计中，对于自适应性的设计主要包括两方式 :各支腿单独调整和支腿整体调整。 1、支腿单独调整方式各支腿的单独调整方式。当机器人在行进过程中，其中的一个或多个支腿遇到障碍物(包括突起和凹陷 )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一定的缓冲减震作用。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。 2、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。（ 1）滚珠丝杠螺母副调节方式自适应方案。其具体设计如图 2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实时将压力值回馈回监控装置，当压力值小于所允许的最小压力值，连杆一端和车轮轴铰接在一起，另一端铰接在固定支点 A，推杆连杆接在 B 点，另一端铰接在轴套上 C 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，进而推动连杆支点 A 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。管道除尘机器人行星结构设计 7 图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 A 为坐标系的原点，建立如图所示的坐标系为连杆长度，几是推杆长度，乌是支点D 到固定支点 A 之间的距离， “是推杆水平方向之间的夹角，尹是连杆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 F 是滚珠丝杠螺母作用在推杆上的轴向推力， T 是作用在滚珠丝杆轴上的有效扭矩。电机轴的输出扭矩。在坐标系，由几何关系可得 : L2 = L1 （ 2 + 对上式两边分别取微分可得 : L1 L2 =(化简上式得 : 无锡太湖学院学士学位论文 8 +）由虚功原理得 : 31i y =0 （将式代入上式并化简得 : F = 31 31 )ta n(ta n （所采用的滚珠丝杠螺母副的导程记为 P , 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 : S= 2 对上式等号两边分别取微分得 : s=2考虑滚珠丝杠螺母副，由虚位移原理可得 : 0 TF s(式中，为滚珠丝杠螺母副的传动效率。合并整合上两式得 : T= 31 31 )t a n( t a 2 （此式即为滚珠丝杠螺母副调节方式的力学特性。（ 2）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，进而推动连杆支点A 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 : 管道除尘机器人行星结构设计 9 图簧压紧调节方式选取其中的一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 : 0f (式中， f弹簧的压紧力， N。整理得 : f=1 ）（ (弹簧压紧力可表示为 : f=k ）（210 f 为弹簧的初始长度 ( k 为弹簧的弹性系数（ N/从上边的式子可以看出，弹簧压紧力 f 只是位移函数，因此该机构具有负反馈作用，在一定的管径变化范围内，封闭力之和 N 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 f 的回馈作用可使机构具有自适应调节的功能。力系统的设计计算道机器人行驶阻力分析在计算前，我们先设定我们所设计的机器人的行进速度是机器人在管道内进行清洗作业时，必须克服来自管道内表面的滚动摩擦阻力式中， f 是滚动摩擦因数，即轮子在一定条件下滚动所需要的推力。机器人轮子负荷之和。也就是：无锡太湖学院学士学位论文 10 GR )60 0 60 Ff=f GR )60 0 (式中机器人管内作业姿态角，器人本体重量，当姿态角分别为 60或者候，系统的阻力最大。预设为器人重量为 10于轮子手的是弹簧调节，则弹簧对轮子又很大的压力，由于我们采用的是型芯磨头切削，对车身的稳定性要求较其他更为严格，假设弹簧对轮子的压力是 F =10 90N。总阻力 F = F =49 45N. 根据实际情况，我们设计主动轮半径 r=50阻力矩为： =24 已经设过机器人行进速度为主动轮转速应该是 : v 1 . 8n 5 . 7 32 r 2 3 . 1 4 0 . 0 5W r/ 电机的额定转速为 1500r/统传动比为 5 0 0i 2 6 2n 5 . 7 3S 电机提供的驱动力矩为： . 2 5 0 . 1 5i 2 6 2 0 . 3 2 1 . 5 Nm . 1 5 1 5 0 0 239 5 5 0 9 5 5 0 W 考虑到机器人在管道内行进出现的在和突变情况，取安全系数为 2，则电机的功率为 46W,电机选用。如下表。得：转速为 1500r/定功率为 60W 额定电流为率为 56% 功率因数为定转矩为道除尘机器人行星结构设计 11 表 2列电机技术参数型号额定功率W 额定电流 A 额定电压 V 额定频率同步转速效率（ %）功率因数 6 380220 或 380 50 3000 46 0 500 28 5 000 52 6 500 32 0 000 55 5 500 42 0 000 60 0 500 50 0 000 62 0 500 56 20 000 67 0 500 58 80 000 69 20 500 60 50 000 72 80 500 64 70 000 50 500 67 80 000 59 锡太湖学院学士学位论文 12 表 2列电机技术参数续额定频率同步转速效率（ %）功率因数额定转矩堵转转矩额定电流堵转电流额定转矩最大转矩声功率极）（ 000 46 5 1500 28 0 3000 52 5 1500 32 0 3000 55 5 1500 42 0 3000 60 0 1500 50 0 3000 62 0 1500 56 0 3000 67 0 1500 58 5 3000 69 0 1500 60 5 3000 72 0 1500 64 5 3000 5 1500 67 5 1000 59 0 速器的选择在选择了电机型号之后，需要选

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