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無錫太湖學院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題目：管道除塵機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學 號： 0923825 學生姓名： 趙金輝 指導教師： 鮑虹蘇（職稱：副教授） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 管道除塵機器人結(jié)構(gòu) 設(shè)計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內(nèi)容除 了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢 業(yè)設(shè)計（論文） 不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 97 學 號： 0923825 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 無 錫 太 湖 學 院 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 管道除塵機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 1) 該課題為企業(yè)生產(chǎn)實際，目前，我國燃煤電廠輸灰管道的除垢方 法基本上可分為化學法和物理法。經(jīng)實踐應(yīng)用，上述方法均存在一定局 限性，不能同時符合環(huán)保及技術(shù)性、經(jīng)濟性要求，多數(shù)不被電廠接受。 目前常用的是化學清洗法和人工振擊法。但這兩種方法也各有缺點。 2) 本課題就是針對這一現(xiàn)狀，對輸灰管道清灰機器人進行初步探討， 以期能達到清潔環(huán)保等功能，完成該課題可對我們大學期間所學知識進 行一次全面的專業(yè)訓練，可以培養(yǎng)我們掌握如何運用過去所學知識去解 決生產(chǎn)中實際問題的方法，增強從事本專業(yè)實際工作所必需的基本能力 和開發(fā)研究能力，可以提高我們的專業(yè)素質(zhì)，為今后走上工作崗位打下 一個良好的基礎(chǔ)。 三、 本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達到的要求： I 1、能正確合理分析產(chǎn)品設(shè)計的具體要求和產(chǎn)品的功能實現(xiàn)； 2、能合理根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計要求擬定多種解決方案，并進行多方案 優(yōu)化分析設(shè)計； 3、合理選擇和設(shè)計部件的傳動方案，并能進行一些必要的設(shè)計計 算； 4、正確選擇零部件中各零件，并能進行一定的校核計算和優(yōu)化設(shè) 計； 5、繪制機器人行走部件裝配圖； 6、設(shè)計繪制零件工作圖若干； 7、編制設(shè)計計算說明書 1 份； 四、接受任務(wù)學生： 機 械 97 班 姓名 趙 金 輝 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 7 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計（論文）指導（或顧問）： 指導教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔學科組組長研究所所長〕 簽名 II 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 摘 要 基于利用行星磨頭清洗技術(shù)對管道進行清洗的目的，在總結(jié)現(xiàn)有的管道機器人設(shè)計 方案的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，論文首先對管道清洗機器人行走部分進行方案設(shè) 計，經(jīng)分析比較后確定了新型管道清洗機器人行走的較佳設(shè)計方案，并據(jù)此方案對機器 人作了行走部分結(jié)構(gòu)設(shè)計;對機器人的行走特性進行了研究，提出了使機器人在管道內(nèi)能 夠保持穩(wěn)定運行的方法.通過對機器人機構(gòu)的設(shè)計和機器人在直管道內(nèi)運動情況的思考研 究，進一步驗證了設(shè)計思想的可行性。 最后，研究了管道清洗機器人行走系統(tǒng)的安全性能，給出了在高壓情況下保證行走 系統(tǒng)安全的基本方案，為管道清洗機器人系統(tǒng)的實用化提供可靠的依據(jù)。 關(guān)鍵詞: 管道機器人；安全防護 ；行走 III 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 IV 目錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III ABSTRACT ..................................................................................................................................IV 緒論 .................................................................................................................................................1 1 概述 .............................................................................................................................................2 1.1 管道清洗機器人常見問題分析 ...........................................................................................2 1.2 除垢機器人理念 ...................................................................................................................2 1.3 基本設(shè)計任務(wù) .......................................................................................................................3 1.4 畢業(yè)設(shè)計的目的 ....................................................................................................................3 2.1 管道射流清洗機器人的本體設(shè)計 .......................................................................................4 2.1.1 移動方式選擇 ................................................................................................................4 2.1.2 傳動方案的選擇 ............................................................................................................4 2.2 管道清洗機器人變管徑自適應(yīng)性方案設(shè)計 .......................................................................6 2.3 動力系統(tǒng)的設(shè)計計算 ...........................................................................................................9 2.3.1 管道機器人行駛 阻力分析 ............................................................................................9 2.3.2 減速器的選擇 ..............................................................................................................12 2.4 機器人的速度和驅(qū)動能力校核 .........................................................................................13 2.4.1 運動速度校核 ..............................................................................................................13 2.4.2 驅(qū)動能力校核 ..............................................................................................................13 3 鏈輪傳動的設(shè)計計算 ...............................................................................................................14 3.1 鏈輪設(shè)計的初始條件 .........................................................................................................15 3.2 鏈輪計算結(jié)果 ....................................................................................................................15 3.3 歷史結(jié)果 ..............................................................................................................................16 4 蝸輪蝸桿的設(shè)計計算 ...............................................................................................................18 4.1 蝸輪蝸桿基本參數(shù)設(shè)計 ....................................................................................................18 4.1.1 普通蝸桿設(shè)計輸入?yún)?shù) ..............................................................................................18 4.1.2 材料及熱處理 ..............................................................................................................19 4.1.3 蝸桿蝸輪基本參數(shù) ......................................................................................................20 4.1.4 蝸蝸輪精度 ..................................................................................................................21 4.1.5 強度剛度校核結(jié)果和參數(shù) ..........................................................................................22 4.1.6 自然通風散熱計算 ......................................................................................................22 4.2 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .................................................................................................................23 4.2.1 軸的強度較核計算 ......................................................................................................23 4.2.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ..............................................................................................................24 4.2.3 鍵的校核 ......................................................................................................................25 5 彈簧的設(shè)計計算 .......................................................................................................................25 I 6 安全性能 ...................................................................................................................................26 結(jié)論 ...............................................................................................................................................27 參考文獻 .......................................................................................................................................28 致謝 ...............................................................................................................................................30 0 緒論 1.1 本課題研究的內(nèi)容和意義 用于石油、天然氣乃至民用上下水等管道在傳輸液、氣體過程中，因溫度、壓力不 同及介質(zhì)與管道之間的物理化學作用，常常會高溫結(jié)焦，生成油垢、水垢，存留沉積物， 腐蝕物等，使有效傳輸管徑減少，效率下降，物耗、能耗增加，工藝流程中斷，設(shè)備失 效，發(fā)生安全事故。盡管通過添加化學劑，采用合理的工藝參數(shù)，進行水質(zhì)處理措施可 以在一定程度上改善這些情況，但要完全避免污垢的產(chǎn)生是不可能的。我國的管道清洗 行業(yè)長期以來 80%采用的是化學方法以及手工清洗和機械清洗方法，成本高、效率低、 污染環(huán)境等，遠遠不能滿足現(xiàn)代社會日益增長的要求。探索和開發(fā)高效的清洗方法成為 工業(yè)生產(chǎn)和人民生活的不可或缺的環(huán)節(jié)。 利用行星磨頭清洗是一種新的清洗方法。與化學清洗及手工、機械清洗相比，具有 清洗質(zhì)量好、效率高、適應(yīng)性強、成本低等一系列優(yōu)點，可達到返舊還新的效果。作為 一種清潔、高效、對環(huán)境無污染的清洗技術(shù)，具有可觀的經(jīng)濟和社會效益。 1.2 國內(nèi)外發(fā)展狀況 目前在管道清洗過程中，清洗設(shè)備絕大部分是采用無動力纜繩拖拉行走方式來進行 清洗，無法根據(jù)管道的內(nèi)部情況進行清洗參數(shù)的動態(tài)調(diào)整，管徑的適應(yīng)能力較差。為了 解決這個問題，著眼于管道行走清洗機器人的研究開發(fā)，而在國內(nèi)這方面研究尚少。為 了較好地解決管道(束) 的清洗難題，開發(fā)和研制管道清洗機器人勢在必行。我們設(shè)計管道 清洗機器人是把行星磨頭清洗技術(shù)與機器人技術(shù)結(jié)合起來，進行綜合設(shè)計開發(fā)，因此它 的深入研究也將推動管道清洗技術(shù)的發(fā)展。 1.3 本課題應(yīng)達到的要求 作為高壓水和化學清洗的有效補充手段，行走式管路清洗方法具有一定的獨特性： 如成本低廉、安全性好、無任何環(huán)境污染、水電消耗非常小。尤其是在化學清洗和高壓 水清洗方法無法應(yīng)用或成本不允許的情況下,利用除垢機器人清洗能夠發(fā)揮獨特的作用,并 取得良好的效果。 我們采用的是壓縮空氣噴洗機器人。除垢機器人的首要要解決的問題就是行走問題， 怎樣使機器人在管道中行走是除垢機器人能否成功完成的重要環(huán)節(jié)之一。目前管內(nèi)機器 人的驅(qū)動方式有自驅(qū)動 (自帶動力源)、利用流體推力、通過彈性桿外加推力三種方式。 根據(jù)輸灰管道和回水管道內(nèi)的實際情況，管道除垢機器人宜采用 自驅(qū)動方式。采用雙步 進電機驅(qū)動，通過諧波減速器將動力傳遞給行走裝置。盡管自驅(qū)動管內(nèi)機器人行走可以 采用的輪式、腳式爬行式、蠕動式，履帶式等多種形式，但因管道內(nèi)有灰、灰垢和其他 雜物，環(huán)境惡劣，附著能力差采用履帶式方式比較合適，可以增大行走機構(gòu)和管道內(nèi)表 面的接觸面積，提高行走時機器人的附著能力 。