管道清淤机器人的研制及其清淤泵送特性研究

发布时间：2017-05-04 04:03

  本文关键词：管道清淤机器人的研制及其清淤泵送特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：市政管道系统如同一个城市的动脉,它的拥堵畅通情况直接影响一个城市的正常运行,其中排水管道的阻塞会造成城市内涝。经常的清理淤积物是保持管路通畅最为有效的方法。目前的清淤主要靠人工,对于大直径主干管道,人员进入清理还可行,对于大量的小直径支线管道,人员无法进入,只能局部疏通,严重的只能开挖,影响城市功能。对于诸多人员不可进入的场合,采用机器人作业是非常有效的。机器人技术是目前发展最快的方向之一,也是未来制造产业发展方向。目前已经投入使用的管道探测机器人能够在管道中完成管路缺陷检测,为管道施工的验收提供了新的手段。本论文研制了一种以压缩空气为动力,适用于小直径的管道,且具有清淤、探测及视频实时传输功能的清淤机器人。所研制的机器人采用前后两盘结构,各自带有支撑气缸,两盘之间有推进气缸以及波纹管相连接。当机器人放到排水管道中后,其各个气缸依照控制顺序分别动作,实现在排水管道中行走,同时驱动波纹泵吸排淤泥,淤泥通过排污管输送到地面。淤积物含水量的不同直接影响机器人清淤的性能与状态。本论文对不同含水量淤积物的物理性质进行分析,推导出淤积物的粘度与其含水量的关系,确定出输送过程中不同部位的受力情况,进而建立了淤积物在管道中运动过程的静、动态特性。同时也对波纹泵的压力、流量特性完成了理论计算。结合方案设计与理论分析结果,完成了机器人机械结构元器件的选型与加工,机械系统的安装调试；完成了基于单片机的逻辑控制系统的设计与调试；实现了视频传输；进行了清淤机器人样机整体的研制、调试以及实验室试验。本论文研制的管道清淤机器人具有在管道内行走、清淤、检测等功能,为实现城市管道清淤的智能化奠定了基础。
【关键词】：管道机器人 清淤 波纹泵 二相流
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU990.3;TP242
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-24
• 1.1 课题选题背景和意义12-13
• 1.2 机器人技术的研究现状13-17
• 1.3 管道机器人的研究现状17-20
• 1.3.1 管道机器人的类型17-18
• 1.3.2 管道机器人发展现状18-20
• 1.4 清淤机器人发展现状20-22
• 1.5 论文主要研究内容及章节安排22-24
• 2 管道清淤机器人的方案研究24-38
• 2.1 管道清淤机器人工作原理的设计24-25
• 2.2 机器人整体参数的确定25-26
• 2.3 机器人驱动方式的选择26-27
• 2.4 机器人行走方案的设计研究27-29
• 2.5 机器人清淤系统方案的设计研究29-32
• 2.5.1 泵送机构的方案研究29-32
• 2.5.2 泵类型的确定32
• 2.6 机器人控制系统的方案研究32-36
• 2.6.1 控制方案的制定32-36
• 2.6.2 控制方案的研究与选取36
• 2.7 机器人辅助功能的方案研究36
• 2.8 本章小结36-38
• 3 管道清淤机器人机械结构的设计38-50
• 3.1 行走机构的设计38-41
• 3.1.1 行走机构中安装盘的设计39-40
• 3.1.2 伸缩缸与泵体位置关系的设计与确定40-41
• 3.2 清淤系统的设计41-49
• 3.2.1 泵送系统的设计41-42
• 3.2.2 淤泥导入机构的设计42-48
• 3.2.3 淤泥导出机构的设计48
• 3.2.4 排污管的设计48-49
• 3.3 本章小结49-50
• 4 淤泥的流体力学特性与输送阻力分析50-72
• 4.1 淤泥物理性质的研究50-59
• 4.1.1 研究方法的确定50-52
• 4.1.2 淤泥流变的分析研究52-57
• 4.1.3 排污管内淤泥流速的计算57-59
• 4.2 清淤系统中排污管内淤泥的受力分析59-64
• 4.2.1 排污管内淤泥流态的判定59-60
• 4.2.2 排污管内淤泥所受沿程阻力的计算60-63
• 4.2.3 排污管内淤泥重力势能损失计算63-64
• 4.2.4 排污管内局部阻力损失计算64
• 4.2.5 排污管道内淤泥总阻力损失计算64
• 4.3 管道清淤机器人气缸元件的选型与校验64-70
• 4.3.1 伸缩缸的受力计算及选型64-68
• 4.3.2 支撑缸的受力计算及选型68-70
• 4.4 本章小结70-72
• 5 管道清淤机器人波纹泵的力学分析与研究72-82
• 5.1 波纹泵泵体的力学分析72-77
• 5.1.1 波纹管的弹性计算72-75
• 5.1.2 波纹管的应力计算75-77
• 5.2 波纹泵有限元的模拟分析77-81
• 5.2.1 有限元分析中的理论计算77-78
• 5.2.2 波纹泵模型单元体性质的确定78-79
• 5.2.3 实体模型的建立及有限元分析79-81
• 5.3 本章小结81-82
• 6 管道清淤机器人样机的制作与实验82-94
• 6.1 样机行走机构的制作与实验82-84
• 6.1.1 行走机构的制作82-83
• 6.1.2 行走机构动作的实验验证83-84
• 6.2 样机清淤系统的制作84-85
• 6.3 样机控制系统的设计与制作85-88
• 6.3.1 控制程序的编写与仿真86
• 6.3.2 控制面板的制作及实验86-87
• 6.3.3 控制系统的制作87-88
• 6.4 样机视像设备的选型及安装88-90
• 6.5 管道清淤机器人样机的管道实验90-91
• 6.6 管道清淤机器人经济技术分析91-93
• 6.7 本章小结93-94
• 7 总结与展望94-96
• 7.1 总结94
• 7.2 展望94-96
• 参考文献96-100
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果100-104
• 学位论文数据集104

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