管道清洁机器人 大学毕业设计.doc

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1、华北科技学院毕业设计（论文）目录1绪论11.1本课题研究背景和研究意义11.2国内外发展状况21.3本设计的主要内容82管道机器人总体设计92.1管道机器人的总体结构设计92.1.1移动方式选择92.1.2传动方案的选择92.2机器人变管径自适应性方案设计112.3动力系统的设计计算152.3.1管道机器人行驶阻力分析152.3.2减速器的选择182.4机器人的速度和驱动能力校核192.4.1运动速度校核192.4.2驱动能力校核193链传动的设计计算203.1链轮设计的初始条件203.2链轮计算结果213.3历史结果214蜗轮蜗杆的设计计算23第63页共45页华北科技学院毕业设计（论文

2、）4.1蜗轮蜗杆基本参数设计234.1.1普通蜗杆设计输入参数234.1.2材料及热处理244.1.3蜗杆蜗轮基本参数244.1.4蜗轮精度254.1.5强度刚度校核结果和参数264.1.6自然通风散热计算264.2蜗杆轴的结构设计274.2.1轴的强度较核计算274.2.2轴的结构设计314.2.3键的校核325过弯道能力和其他部件设计335.1弹簧的设计335.2过弯道能力的设计345.2.1工作原理345.2.2过弯道能力的几何量设计346管道机器人建模与仿真分析387总结和展望41参考文献43致谢45第63页共45页华北科技学院毕业设计（论文）1绪论1.1本课题研究背景和研究意义

3、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，采用合理的工艺流程，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

4、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。随着经济的发展、人们生活水平的提高，人们对于食品卫生、健康的要求越来越高，环保意识越来越强，如何实现油烟管道高效率的清洗成了相关从业人员关注的问题。本课题的研究目的是设计一种应用于清洗油烟管道的机器人，解决单独靠人力很难完成，甚至不可能完成的油烟管道清洗任务。本课题的研究主要有以下意义:1、可提高机器人的清洗效率。现有油烟管道机器人由于机械执行机构第63页共45页华北科技学院毕业设计（论文）只有一个自由

5、度，清洗管道壁时，要通过不断调整机器人的位姿来实现，使操作变得复杂，清洗效率较低。2、可完成竖直油烟管道的清洗。宾馆饭店常常位于高层建筑物中，竖直烟道的清洗是管道清洗的重要任务。针对现有机器人不能用于竖直管道清洗的缺点，我们设计了链式履带行走、永磁吸附的机械行走机构，用于完成油烟管道的清洗爬壁任务。3、可改善当前清洗油烟管道工人的工作环境、降低工人的劳动强度、节约清洗成本、消除油烟管道清洗的卫生死角、提高管道使用寿命、提高油烟管道的清洗效率、减少火灾以及可避免化学清洗导致的污染和纯机械清洗对管道造成的损伤等。4、应用于其它领域。通过更换机械执行机构、作业工具等可实现空调管道的清扫、船体表

6、面的清洗、检测、喷漆等任务。现代工农业及日常生活中使用着大量管道，石油、天然气、化工等领域也应用了大量管道，这些管道大多埋于地下或海底，输送距离近千里，它们的泄漏会造成严重的环境污染，甚至引起火灾，多数管道安装环境人们不能直接到达或人们无法直接介入，另外，在一些工厂里有大量的通风管道，在某些餐厅或饭店里装有大量的油烟管道，这些管道或者架设在空中，或者管道内径很小，在做质量检测、故障诊断、清洗时比较困难。这促使了管道机器人的诞生。管道机器人的迅速发展时期始于上个世纪80年代，它是一种可沿管道内部或外部自动行走，具有一种或多种传感器的操作机械(如机械手、喷枪、焊枪、刷子)，其研究范畴属于特种

7、机器人中的移动机器人范畴，能够完成第63页共45页华北科技学院毕业设计（论文）在管道这个特定的极限环境中作业，通常能携带各种探测仪器和作业装置，在操作人员的遥控或者计算机的自动控制下完成管道的检测和维修、清扫等作业。检测作业项目包括防腐状况检测、对接管道焊缝质量、管道内腐蚀程度、防腐层厚度、管壁缺陷等检测;维修项目包括清扫、补口、焊接等。1.2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