管道除垢機(jī)器人的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器人對(duì)人們的日常工作和生活產(chǎn)生了很大的影響。作為特殊機(jī)器人的重要分支，管線機(jī)器人可以在復(fù)雜而可變更的管線環(huán)境中工作，因此倍受關(guān)注。經(jīng)過幾年的深入研究，科技取得了前所未有的發(fā)展，但總體應(yīng)用水平還很低。因此，關(guān)于管道機(jī)器人技術(shù)的研究具有重要的科學(xué)意義和廣泛的經(jīng)濟(jì)發(fā)展前景。管道內(nèi)壁的縮放存在大的硬度，復(fù)雜的外觀，高速再縮放速度等問題，并且很難去除灰輸送管線的尺度。關(guān)于灰管道枯竭問題，國內(nèi)外進(jìn)行了相關(guān)研究，形成了各種管道清洗工法，但存在缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：除垢;管道機(jī)器人;高壓水射

引言

管道正常工作在縮放后受到影響。其結(jié)果是，灰排出系統(tǒng)的消耗功率增大，泵輸出下降，灰漿和灰水不能正常排出，影響發(fā)電廠的運(yùn)轉(zhuǎn)。具體的沖擊過程導(dǎo)致在管內(nèi)壁堆積尺度層，減少管道內(nèi)徑，減少有效流動(dòng)面積，增加管內(nèi)灰分水的流動(dòng)阻力。為了節(jié)約水資源，有必要將發(fā)電站的灰排放系統(tǒng)內(nèi)的灰分水通過返回管進(jìn)行再利用，運(yùn)送到現(xiàn)場。當(dāng)管子中有縮放時(shí)，色標(biāo)層使變速泵的葉輪卡住，不能正常工作。嚴(yán)重的情況下，鍋爐下部的灰、渣流管和流道噴嘴被切斷，導(dǎo)致生產(chǎn)事故。同時(shí)，灰輸送管線內(nèi)壁的縮放存在大硬度，復(fù)雜外觀，高速再縮放速度等問題，這個(gè)問題非常困難。

1 高壓水射流除垢技術(shù)的優(yōu)勢

高壓水噴氣式水流是一種非常集中的能量。噴氣式飛機(jī)撞擊材料表面，完成臟污的破碎和剝離。在加工工序中，作為介質(zhì)吸收水，有很多其他方法沒有的優(yōu)點(diǎn)。首先，高壓水噴射清洗不會(huì)損傷清洗材料的表面。根據(jù)所清洗的材料的強(qiáng)度和硬度以及所清洗的標(biāo)度層的強(qiáng)度和硬度，選擇合理的噴氣加工參數(shù)（主要是工作壓力、流動(dòng)、目標(biāo)距離等）后，高壓水噴射可以消除色標(biāo)層而不會(huì)損傷清洗過的物體。

第二，高壓噴射器清洗具有高效率的特性。當(dāng)高速噴氣式飛機(jī)撞擊材料時(shí)，材料在接觸后幾微秒被剝離。在清洗面積大的情況下，可以使用多個(gè)噴嘴來實(shí)現(xiàn)表面清洗。

最重要的是高壓水噴射清洗是無污染的特性。高壓水噴氣式飛機(jī)使用加入了石英砂等研磨劑的純水或水作為工作介質(zhì)。廢液可以在不污染環(huán)境的情況下再生分離，具有沒有化學(xué)清洗法的優(yōu)點(diǎn)。

目前已經(jīng)應(yīng)用或測試的防縮放和descaling技術(shù)的許多類型。根據(jù)它們的去除方法，它們大致可以分為化學(xué)方法和物理方法，但是這些方法的焦點(diǎn)是相同的：只要定標(biāo)機(jī)制中斷了灰管定標(biāo)的鏈周期的任何鏈接可以防止灰管的縮放?；旧嫌腥齻€(gè)特別的想法。其一采取措施加速CaCO3的生成速率，使其在進(jìn)入管道前結(jié)垢;其二采取措施推遲CaCO3的生成，使其通過管道之后結(jié)垢;其三不阻止管內(nèi)形成結(jié)垢，采取一系列措施，使灰垢失去附壁能力，與灰一起被沖出管外。

本文所使用的高壓水噴射水流法是第三角度的構(gòu)思，即，不會(huì)避免在管道內(nèi)進(jìn)行定標(biāo)，但通過一系列防定標(biāo)措施，其壁附著能力消失，并且很容易擠出管道。這個(gè)方案可以有效地避免環(huán)境污染的缺陷，管道腐蝕和化學(xué)去鹽方法的效率降低，并且可以實(shí)現(xiàn)煤灰輸送管道內(nèi)壁的高效和清潔的去灰。

2管道除垢機(jī)器人主要部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)方案

管道除垢機(jī)器人利用了管內(nèi)機(jī)器人技術(shù)和高壓水噴射剝離技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。機(jī)器人拉高壓水管將噴槍運(yùn)到解鎖管上，最大限度利用機(jī)器人行走和管線監(jiān)控的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)環(huán)境污染、管道腐蝕、效率高、速度高、類似于高壓水噴射枯竭的優(yōu)點(diǎn)。節(jié)水節(jié)約能源，低成本和高笛卡爾質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了管道的高品質(zhì)，高效和無污染的枯竭，可以有效地清潔地面和埋設(shè)管道。

管道除垢的機(jī)器人由機(jī)械殼、步行輪、往返旋轉(zhuǎn)式噴槍、照相機(jī)等構(gòu)成。機(jī)殼外側(cè)以半徑方向120度間隔分布著3組步行車輪，2個(gè)步行車輪在軸方向水平分布。為了滿足管徑變化和旋轉(zhuǎn)直徑變化條件下的作業(yè)需求，設(shè)計(jì)了一種徑向調(diào)整裝置，用于步行車輪支撐體與機(jī)器人主體之間的連接。步行輪分為驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪，共6組分為3組，間隔120度分布在機(jī)器人殼的外側(cè)。驅(qū)動(dòng)輪通過減速機(jī)由DC馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。

機(jī)器人殼上配置有蝸輪齒輪減速馬達(dá)和不完全齒輪系統(tǒng)。減速器與馬達(dá)連接，輸出軸通過結(jié)合與不完全齒輪系統(tǒng)的輸入軸連接，齒輪系統(tǒng)的輸出軸與高壓噴槍連接。不完全齒輪系統(tǒng)能把馬達(dá)的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換成180嗎？旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過驅(qū)動(dòng)噴槍實(shí)現(xiàn)往復(fù)旋轉(zhuǎn)，避免了強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)噴槍密封的問題。往復(fù)運(yùn)動(dòng)的槍位于機(jī)器人的前端，由主軸驅(qū)動(dòng)。噴槍的兩端設(shè)有噴嘴，通過滑動(dòng)套管與噴槍連接，可進(jìn)行徑向調(diào)整。相機(jī)位于機(jī)器人正面的上部，可水平旋轉(zhuǎn)。底座可以拆卸，配備了防水罩。為了在機(jī)器人上記錄機(jī)器人的位置，可以根據(jù)需要在機(jī)器人上安裝位移傳感器。

2.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型

主動(dòng)輪由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，基本要求為大扭矩、低轉(zhuǎn)速直流電機(jī)，工作電壓為DC12V，在滿足性能指標(biāo)同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性的情況下，選擇體積較小類型的電機(jī)。

經(jīng)比較，主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇渦輪蝸桿減速電機(jī)，主要考慮其具有輸出扭矩大、結(jié)構(gòu)緊湊機(jī)體小、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。

經(jīng)查設(shè)計(jì)手冊以及咨詢生產(chǎn)廠家，選定位深圳某公司生產(chǎn)的D59型，主要工作參數(shù)為：

電壓U1：DC12V;

功率P1：50W;

轉(zhuǎn)速m：10r/min。

2.3不完全齒輪設(shè)計(jì)

根據(jù)機(jī)器人的工作要求，不完全的齒輪系統(tǒng)縱向配置在機(jī)器人的空腔中，其輸出軸位于機(jī)器人的前端，與主體的中心同軸。齒輪系統(tǒng)的輸入軸與電動(dòng)機(jī)的輸出軸連接。然后，輸出軸從機(jī)器人主體的前部的蓋延伸，驅(qū)動(dòng)噴槍。布局方案在圖2中示出。

受機(jī)器人腔體較小空間限制，齒輪系統(tǒng)采用平行、等距布置3根軸，各軸上安裝完全齒輪或不完全齒輪的設(shè)計(jì)方案。具體方案是，齒輪系統(tǒng)外殼為一個(gè)橫截面與機(jī)器人機(jī)體相同的齒輪箱，齒輪箱上前端面與機(jī)器人殼體前端面連接，后端面與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)直連。齒輪箱內(nèi)平行、等距布置I軸、Ⅱ軸、Ⅲ軸，其中I軸安裝半齒輪I、半齒輪Ⅱ，Ⅱ軸安裝齒輪Ⅲ、齒輪IⅣ，Ⅲ軸安裝齒輪V、齒輪Ⅵ，安裝時(shí)半齒輪齒輪I、Ⅱ中心線呈60？交錯(cuò)。嚙合關(guān)系為：半齒輪I與齒輪Ⅲ、半齒輪Ⅱ與齒輪VI、齒輪IV與齒輪V相互嚙合。具體方案如圖3所示。

2.4噴頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

噴嘴由噴嘴及其他部件構(gòu)成，具有旋轉(zhuǎn)、饋電、多光束等功能。噴嘴在整體的水噴射裝置中起著重要的作用。噴嘴分為固定噴嘴、強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)噴嘴、二維旋轉(zhuǎn)噴嘴、三維旋轉(zhuǎn)噴嘴、真空噴嘴和水切噴嘴。

機(jī)器人采用了雙重噴嘴，在獨(dú)立噴嘴上安裝了兩個(gè)噴嘴。這種固定形式通常被稱為單個(gè)孔噴嘴。

工程應(yīng)用程序的共同連接方法是，噴嘴主體的一端通過U-PIN快速連接器與高壓膠管直接連接。這種連接方法具有連接，分解和安全性高的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是大容量和緊湊的結(jié)構(gòu)。這個(gè)方式不能適用于這個(gè)產(chǎn)品。

橡膠軟管和噴嘴主體預(yù)計(jì)通過管線連接來連接。這種方法具有緊湊的結(jié)構(gòu)和少量的最大優(yōu)點(diǎn)。但是，機(jī)器人噴嘴主體和橡膠軟管的連接和分解并不頻繁，不方便的分解問題并不顯著。

一般來說，噴嘴機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中考慮的主要因素主要包括以下幾點(diǎn)：與材料、尺寸、加工技術(shù)等設(shè)計(jì)特性相結(jié)合，噴嘴機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求主要包括：二）滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。密封要求4緊湊結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)要求具體設(shè)計(jì)方案如圖4所示。

3結(jié)論

管道機(jī)器人屬于特殊機(jī)器人的分支。在結(jié)構(gòu)上，它是一種可以沿著管線內(nèi)表面穩(wěn)定移動(dòng)的機(jī)械電子裝置。

根據(jù)管線污垢的特性和失諧狀態(tài)，開發(fā)了一種具有德斯林致動(dòng)器的電纜管線機(jī)器人，目的是非破壞性脫鹽灰輸送管線。這種方法具有腐蝕、污染、成本低、勞動(dòng)強(qiáng)度低、速度快、效率低的優(yōu)點(diǎn)。為了解決灰排放管道的去垢問題，有實(shí)際意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。另外，本文討論的管道脫落機(jī)器人系統(tǒng)具有廣泛的參考值。在改進(jìn)了幾個(gè)結(jié)構(gòu)和功能之后，可以應(yīng)用于其他類似的領(lǐng)域。

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作者簡介：湯方麗（出生年月-1987—1）女，漢族，遼寧省朝陽人，現(xiàn)就職沈陽科技學(xué)院，講師，研究生，研究方向：過程設(shè)備設(shè)計(jì)。