埋地管道泄漏自行式应急封堵装置设计及研究

发布时间：2021-02-17 10:32

　　随着流体介质能源的大规模管道输送及城市水气管网的铺设,管道运输越来越成为保障国民生产生活中的重要一环。城市管道运输多采用埋地形式,发生泄漏时作业空间狭小,难以及时封堵,因此,研发一种埋地管道泄漏自行式应急封堵装置对破损管道进行及时快速的处理处置非常重要。本文针对此类工况,设计了一款多体分布式应急封堵装置,该装置主体由两套对等的管道封堵器采用电磁铁模块连接而成。管道封堵器主要由牵引机器人、控制单元及封堵修复单元组成,各单元之间采用平行联轴器连接。牵引机器人采用电机驱动螺旋行走的驱动形式,变径系统采用弹簧伸缩式,封堵方式采用波纹气囊膨胀式。该装置各单元相对独立,可有效执行多种管道泄漏工况下的封堵修复作业。对整套装置进行弯管通过性分析,分别得出单体及多体弯管通过性参数方程,为多体分布式结构设计提供了理论基础。采用坐标转换方法对牵引机器人在直管及弯管中的运行机理进行分析,推导出螺旋驱动牵引机器人两种工况下的行走方程。得出牵引机器人在直管中行走时,行走速度只与电机转速及驱动轮偏转角有关,其速度与电机转速成正比,与驱动轮偏转角度正切值呈正比关系;牵引机器人在弯管中运行时,驱动轮在管道外侧时速度较大... 

【文章来源】：中北大学山西省

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 课题目的及意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 管道机器人研究现状
        1.3.2 封堵技术国内外研究现状
    1.4 本文主要研究内容
2 埋地管道泄漏自行式应急封堵装置整体结构设计
    2.1 装置特点与技术指标
    2.2 埋地管道泄漏自行式应急封堵装置设计选型
        2.2.1 牵引机器人驱动方式选型
        2.2.2 牵引机器人驱动源选择
        2.2.3 牵引机器人驱动系统供电方式选择
        2.2.4 牵引机器人管道自适应方式选择
        2.2.5 封堵单元封堵方式选择
        2.2.6 连接单元选择
    2.3 埋地管道泄漏自行式应急封堵装置整体方案设计
        2.3.1 牵引机器人设计
        2.3.2 封堵修复单元设计
        2.3.3 控制单元结构设计
        2.3.4 平行联轴器结构设计
        2.3.5 封堵修复模式设计
    2.4 本章小结
3 埋地管道泄漏自行式应急封堵装置管内运动分析
    3.1 应急封堵装置弯管通过性分析
        3.1.1 单体弯管通过性分析
        3.1.2 双体弯管通过性分析
    3.2 应急封堵装置牵引力与越障能力分析
        3.2.1 应急封堵装置牵引力分析
        3.2.2 应急封堵装置越障能力分析
    3.3 牵引机器人运动机理研究
        3.3.1 牵引机器人直管运动机理研究
        3.3.2 牵引机器人弯管运动机理研究
    3.4 本章小结
4 埋地管道泄漏自行式应急封堵装置仿真分析
    4.1 牵引机器人ADAMS运动学仿真
        4.1.1 应急封堵装置仿真模型建立
        4.1.2 牵引机器人直管运行速度仿真分析
        4.1.3 牵引机器人直管运行牵引力仿真分析
        4.1.4 牵引机器人越障稳定性仿真分析
        4.1.5 牵引机器人最大越障高度仿真分析
        4.1.6 牵引机器人弯管通过性仿真分析
    4.2 封堵修复气囊ANSYS仿真
        4.2.1 传统修复结构接触应力分析
        4.2.2 优化设计修复结构接触应力分析
    4.3 本章小结
5 埋地管道泄漏自行式应急封堵装置实验验证
    5.1 试验样机系统平台搭建
    5.2 试验样机性能测试
        5.2.1 试验样机直管运行速度测试
        5.2.2 试验样机驱动力测试
        5.2.3 试验样机弯管通过性及运行速度测试
        5.2.4 试验样机越障能力测试
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CEL方法的压差驱动式管道机器人动力特性分析[J]. 江旭东,孙其海,滕晓艳.  振动与冲击. 2019(23)
[2]模块化软体机器人多模式运动分析[J]. 闵剑,刘朝雨,王江北,费燕琼.  西安交通大学学报. 2020(03)
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硕士论文
[1]管道内封堵机器人的运动特性与仿真分析研究[D]. 马建强.中北大学 2019
[2]面向地下管网的微型四足机器人系统设计及实现[D]. 刘旭东.重庆大学 2018
[3]螺旋式管道机器人及其性能的研究[D]. 刘敏.西安理工大学 2017
[4]压差式管道机器人的运行特性研究[D]. 薛祥友.哈尔滨工程大学 2017
[5]多节轮式管道机器人设计与运动分析研究[D]. 韩猛.山东大学 2017
[6]Φ711mm管道球形双封封堵器送入与连接机构的研制[D]. 沈康.中国石油大学(北京) 2016
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本文编号：3037858