研究与开发,作出类具有一定意义的工作,它们是: 1上海交通大学的“管内移动装置行走机构研究”。
2中原油田研制的适用于 529mm- 630mm 埋地钢质管道的内环焊缝区域喷涂常温固化液态涂料的补口机。
3大庆油建科研所和吉林省模具厂联合研制的小口径管道D114mm补口机。
4中科院研发用于 400400mm 和 500mm500mm 空调通风管道中的清洁机器人,具有在管道中行走、对管道内污染情况进行观察和对污染物进行清洁的功能。
经过多年的研究与开发,国内外已经在管内作业机器人领域取得了大量的成果,但是,距大规模实用化还用一定的差距。
总体看来,我国管内机器人的研制和应用己经有了一定了基础,但仍处于起步阶段。
1.3 管道清灰机器人系统概述 管道机器人是一种可沿管道自动行走,携有一种或多种传感器件和作业机构,在遥控操作或计算机控制下在极其恶劣的环境中进行一系列管道作业的机电一体化系统。
目前国内外关于管道机器人的研究很多,大多是管道监测维修,适应于 200mm 以下、 400-600mm 以及微型管道等管径。
关于管道清洁机器人,中科院研发了用于 400mm 和 500mm 的空调通风管道中的清洁机器人。
而本文根据金属冶炼厂烟气管道内特殊环境和清灰技术要求开发了一种适应于金属冶炼厂。
700- 1000mm 的烟气输送管道烟灰堆积层清理的管道清灰机器人。
管道清灰机器人工作要求及性能指标: 1管道分为水平、小于 30 度倾斜、3.4 倍管道直径弯曲三种形式,要求能行走自如; 2机器人必须小巧、灵活、拆卸方便,可自由通过 600 入口; 3自动化程度高,生产能力高,每小时清理能力应在 50 米左右; 4机器人应有管道监视系统; 5可附加焊缝检测、壁厚检测模块; 6烟灰密度 3.5g/cm 3 。
1.3.1 管道清灰机器人驱动方式 由于管道清灰机器人工作空间狭窄,专用机器人在结构上必须小巧、灵活、拆装方便,所以机器人在结构上要注重运动传递部件、运动定位导向部件和运动部件壳体的一体化设计。
管道清灰机器人本体结构由移动装置和操作臂组成。
管道机器人经过简化,可认为是以机械手安装在移动装置上。
机械手具有两个自由度,手抓末端安装着末端操作器—铲斗,可实现抬升和旋转两个运动。
根据液压驱动具有以下特点,机械手采用液压式驱动方式。
①驱动力或驱动力矩大,即功率重量比大,响应速度快,重复精度高,压力可达 20-3 0Mpa机器人多用 0.6-0.7Mpa。
②液压缸可直接用作机器人关节的一部分,实现直接驱动,结构简单紧凑。
③速度调节方便易控,可实现平稳的无极调速和换向。
容易实现自动化。
④液压系统可实现自我润滑,过载保护方便,使用寿命长。
1.3.2 管道清灰机器人操作臂设计要求 管道清灰机器人完成在管道内对砂状沉积物的铲掘、清理,对物料进行装、运、卸及牵引作业。
该机器人的铲掘作业和装卸物料的作业都是通过操作臂来完成的,因此操作臂的设计要达到下列要求: i.应使铲斗在地面的铲掘位置能产生较大的铲起力; ii.应保证铲斗从运输位置举升到最高位置的过程中,其转角差不得超出一定范围,以免在铲斗举升过程中物料撒落; iii.应使铲斗在动臂举升过程中的各个位置,其卸载角不小于一定值,以保证卸料干净; iv.操作臂在整个运动过程中,应满足传动角的要求,保证运动轻巧,不得出现死点;操作臂各构件之间不允许发生运动干涉。
1.3.3 管道清灰机器人行走机构设计 根据管道清灰机器人的工作环境,主要是其工作场地松软,同时由于履带式行走机构有以下特点优于轮式移动机构,该机器人移动装置采用履带式移动机构。
履带式行走装置与轮式相比较的特点: ①支承面积大,接地比压小。
适合于松软和泥泞场地作业,下陷度小,滚动阻力小,通过性能较好。
②越野性能好,爬坡、越沟性能均比轮式移动机构优越。
③履带支承面上有履齿,不易打滑,牵引附着性能好,有利于发挥较大的牵引力。
同时也存在结构复杂,重量大,运动惯性大,减振功能差,零件易损坏等不足。
行走机构由三个呈 120 的履带轮组成,与管壁底部接触的两个呈 120 的履带为固定履带,上面与管壁顶部接触的履带为可伸缩式的,采用凸轮机构,由一压力传感器控制履带的伸缩运动,来保