管道机器人过T型管垂直爬坡动态性能分析

为进一步了解复杂管道的内部环境,设计一种全驱动轮式管道机器人。通过坐标旋转法,分析管道机器人通过T型管垂直爬坡时的姿态调整过程与运动状态变化,运用ADAMS动力学分析软件,分析管道机器人通过T型管时各驱动轮的受力情况和驱动轮质心运动速度变化。研究发现管道机器人通过T型管时,其各驱动轮先后经历悬空状态并失去管壁支撑,4个驱动轮与管壁的接触力总的变化趋势均是先减小到0 N,然后随着驱动轮与管壁发生接触碰撞,接触力迅速增大,幅值超过其稳态值;前后2个驱动模块的驱动轮质心运动速度不同,前驱动模块驱动轮质心运动速度变化规律为类似正弦变化,后驱动模块由于接触碰撞,上部驱动轮与管壁发生打滑,驱动轮运动速度先轻微增大后迅速减小。研究结果为管道机器人的结构设计提供参考。

一种管道机器人的自适应主动螺旋式驱动机理分析

对变径管道的机器人爬行工况进行分析,提出了一种由液压驱动的主动螺旋式自适应爬行结构。该驱动系统分别实现了驱动轮及其螺旋转角的三轴差速运动,并通过限流系统限制了驱动轮打滑和空转时的功率输出,使系统保持稳定的驱动力。提出了以系统内部压力感知机构运动的负载变化,并通过控制各驱动轮转角来调节整体负载能力的机理,实现了由传统驱动到螺旋式驱动的相互转化。最后通过虚拟样机技术对提出的负载调节和差速运动过程进行了数值模拟。

油气管道弯头冲蚀仿真研究及影响因素分析

当管道中输送高速流动的油气时,受固体颗粒的冲蚀,常常导致管道弯头失效。从计算流体动力学的角度出发,应用Erosion/Corrosion Research Center冲蚀磨损模型对油气管道弯头的冲蚀进行模拟,并进一步分析了流体的流动状态及自身的微观属性。首先得出了颗粒直径、入口速度及质量流量分别对管道冲蚀速率的影响。其次根据仿真结果得出不同因素对油气管道弯头冲蚀速率影响程度不同,但它们所对应的最大冲蚀位置均集中于弯管外侧。其中固体颗粒直径在小于和大于800μm的情况下,得到的管道弯头冲蚀规律存在显著性差异。而入口速度和质量流量均对油气冲蚀速率具有正向促进作用,且入口速度对冲蚀速率的影响效果更为明显。

基于ADAMS螺旋驱动行走机构的弯管通过性能研究

管道机器人广泛应用于管道检测及封堵维修过程中,通过设计管道行走机构提高其在管道中的自适应能力,并提出制约管内螺旋行走机构弯管通过性能的核心要素,对管道检测与维护具有至关重要的作用。因此,利用ADAMS软件,从动力学角度出发,对行走机构中的弯管通过性进行仿真研究,并进一步分析驱动轮的螺旋角和直径如何影响行走机构的驱动力及其行进速度,并根据仿真结果得出驱动轮的螺旋角和直径分别对行走机构的驱动力和行进速度有截然不同的影响规律;其中管道行走机构的驱动力与驱动轮螺旋角和直径均呈同方向变化;而行走机构的行进速度却随着螺旋角的增大而减小,随着驱动轮直径的增大呈现出先增大后减小的趋势。通过分析得出管道行走机构驱动轮的螺旋倾角和直径的最佳参数。

六轮支撑式弯管机器人运动轨迹研究

针对管道机器人特性,以六轮支撑式弯管机器人在弯管内的数学模型为基础,使用Solid Works软件构建了弯管机器人模型,在Motion运动仿真环境中分析了弯管通过性,绘制了弯管内的运动轨迹曲线。仿真分析结果表明,只要满足几何约束条件和运动约束条件,六轮支撑式弯管机器人就能够顺利通过弯管,结论验证了该设计的合理性,为管道机器人的应用研究提供了数据支持。

自锁式管道内封堵装置结构与封堵性能分析

为了改进现有囊式带压封堵技术的防滑动效果差的缺点,提出了1种利用连杆机构与螺纹自锁实施止动的自锁式管道内封堵装置。探讨这种自锁式封堵与传统封堵的结构与性能,分别建立了波纹封堵气囊模型和光滑封堵气囊模型,并通过有限元仿真及实验分析,得出2种封堵气囊在0~0.35 MPa的充压条件下实施封堵的不同效应。结果表明:波纹封堵气囊的封堵压力比传统光滑封堵气囊的封堵压力高出约0.5 MPa,大大提升了管道内封堵装置的封堵能力,并且波纹气囊的形变主要分散在波纹中间,有利于缓解集中形变对气囊的破坏作用,最终提高了封堵实施的稳定性。该装置结构的性能分析可为应急救援装备的研制提供参考依据。

六轮支撑式管道机器人弯管通过性仿真分析

针对管道机器人对弯管自适应性差的问题,建立弯管机器人虚拟样机装置模型,采用弹簧预紧支撑机构的有源调节方式,增强对管径变化的适应性。在Motion运动仿真环境下进行弯管约束条件下的仿真分析。通过对支撑轮上的速度曲线以及弹簧支撑机构线性位移曲线的分析,证明该机器人在弯管内移动的运动平稳性和可行性。通过比较不同条件下的试验结果,得出在弯管内稳定行走的影响因素。

基于弹簧刚度的直线筛动态特性分析

提出了一种便携式振动筛分装置,根据拉格朗日动力学理论,推导出了筛网振动的一般数学模型。引入了相对灵敏度概念,利用控制变量法分析直线筛振动高度和扭转角度对弹簧刚度的相对灵敏度。基于Solid Works和MATLAB软件的联合仿真,找到了此系统中弹簧刚度的有效取值范围;基于Solid Works和ADAMS软件的联合仿真,实现了筛网的变直线运动。通过调节弹簧刚度,实现了振动系统中相对不动点向出料口方向的移动,使筛网在入口处的振幅提高了约14%,从侧面验证了此筛分装置的可靠性,达到了设计和仿真的预期要求。

新型液囊外封堵装置性能分析

流程工业中危险化学物料在储运过程中的泄漏事故频发,对漏点快速有效的处理处置至关重要。针对大型管道与储罐焊缝等复杂曲面区域的泄漏工况,提出一种采用磁力安装定位,以连杆推进机构提供动力,通过环形腔体内部液体的流动特性适应复杂曲面的封堵工况,可对封堵工况进行实时监测和自动修正的新型液囊外封堵装置。对其相应封堵模型的有限元分析表明,该封堵装置通过导流可有效降低封堵操作过程中由于泄漏流体压力引起封堵设备安装阻力,对泄漏流体进行有效的回收,减少物料流失。环形液囊结构将推进机构加载在钢性壳体的集中载荷,转化为流体内部压力以垂直于封堵面的法向方向均匀的加载在密封垫圈的外侧,改善密封垫圈的受载环境,使封堵面的压力均匀分布,有效避免了垫圈局部应力集中现象,对凹凸起伏的不规则曲面有很强的自适应性能。相对于气囊封堵具有机构简单、易操作、成本低、无需配套充气设备的特点,在温度的变化的工况具有更强的适应能力。

筛网倾斜式筛分装置物料运动轨迹研究

目前筛分设备大多笨重,价格较高而且不宜携带,缺乏专门针对物料制样的筛分设备。针对现存问题,设计一种用于制样的筛网倾斜式小型筛分装置,以单颗粒筛分理论为基础,对物料在筛网上的运动轨迹进行了数学推导。借用多体动力学软件ADAMS对物料在给定条件下的运动轨迹进行了仿真。通过研究发现,在筛面直径100 mm,电机转速960r/s,倾斜角度5°的实验条件下,物料从倾斜筛面高处落下后,可以在激振力作用下回到倾斜筛面高处,重复利用倾斜筛面进行筛分,达到预期设计目的。该研究成果可以弥补现有装置的不足,为后续相关研究提供参考。

新型永磁定位自适应气囊外封堵装置设计

随着流程工业的发展,危险化学物料在储运过程中的泄漏事故频发,对漏点实施快速有效的处理处置至关重要。基于大型管道和储罐焊缝处复杂曲面区域的泄漏难以封堵的难题,提出一种采用永磁机构快速定位,并结合自适应气囊和导流泄压通道的快速封堵装置,实现了大曲率半径复杂曲面漏点的自适应应急封堵。通过分别建立柔性气囊封堵方法和常规顶压式封堵方法的有限元模型,对两种方法在大型储罐焊缝处漏点周围密封接触面的压力分布情况进行仿真分析。结果表明:采用柔性气囊封堵方法实施应急封堵处理时,在漏点周围形成较理想的均压接触区域,可以有效减少常规顶压封堵方法中橡胶因局部形变而导致的应力集中现象,具有较好的曲面封堵自适应性能,增强了应急封堵的稳定性与可靠性。

管道内封堵气囊的结构设计与优化

橡胶气囊在管道内封堵器中具有十分重要的作用,为了改善其整体性能,从气囊的工作原理和工作环境出发,建立橡胶气囊的三维模型。基于ANSYS有限元仿真软件,将结构静力学分析、接触分析及试验设计相结合,对橡胶气囊的结构加以改进。通过试验对比分析改进前后气囊封堵压力的变化情况,发现改进后气囊封堵压力提高了50.1%,可达1.126 MPa。试验结果与ANSYS仿真结果基本一致,证明了有限元模型分析结果的准确性。该设计为管道内封堵器的优化设计提供了新思路,且有利于管道内封堵装置可靠性评价体系的构建。