自适应功能管道机器人圆柱螺旋弹簧优化设计

为了提高管道机器人自动适应管径变化的能力和在管道中的越障能力,本文对管道机器人中的自动适应元件——圆柱螺旋弹簧进行了优化设计。根据管道机器人自适应管径能力、越障能力及机器人自身结构对于弹簧元件的要求,选用螺旋圆柱压缩弹簧,并对其进行初步设计,建立了弹簧结构优化设计数学模型,运用Matlab优化功能对弹簧进行了优化设计。研究结果表明,优化前弹簧质量为17.1g,优化后的弹簧质量为14.5g,弹簧质量减少了10.0%,满足管道机器人在适应管径变化过程中对弹簧性能和结构的要求,减少了管道机器人由于自身重力在管道中竖直向上爬升的阻力,增强了管道机器人的爬升性能。该研究为以后管道机器人的开发奠定了理论基础。

管道机器人自动适应机构设计与越障分析

为了提高管道机器人自动适应管径变化的能力和在管道中的越障能力,通过建立静力学平衡方程对机器人进行了越障过程的受力分析,根据机器人越障所需对管道内壁提供的正向压力设计了自动适应元件圆柱螺旋弹簧,利用ADAMS对自动适应机构进行了动力学仿真分析,验证了所设计圆柱螺旋弹簧能够满足机器人自动适应管径变化和越障性能要求,并为以后管道机器人的研究奠定了基础。

基于Adams的管道机器人自适应机构优化设计

为了增强履带式管道机器人自适应机构的传力能力,本文优化设计了管道机器人的自适应机构。通过对自适应机构的运动原理进行表述以及对机构进行动力学分析,建立自适应机构的优化设计数学模型。同时,以Adams中参数化建模与优化设计的模块为工具,以对优化目标影响较大的机构参数为优化变量,以机构的结构和运动要求为约束条件,以自适应机构在适应管径过程中对管壁压力最大为目标,对管道机器自适应机构进行优化设计。优化结果表明,优化后自适应机构对管壁压力较优化前提高了11.3%,比较明显的提高了自适应机构传递力的能力,增强了管道机器人爬行能力。该研究为履带式管径自适应管道机器人的后续开发奠定了基础。

自动落纱机结构设计及仿真优化研究

为解决传统落纱机在拔纱过程中容易对纱管和锭子造成破坏的问题,本文设计了一种新型自动落纱机。该设计利用SolidWorks软件建立自动落纱机三维模型,确立各零件的基本尺寸,然后利用ANSYS对落纱机拔管机构轨迹进行优化,得到拔管机构最优参数。同时,基于虚拟样机技术在ADAMS中对自动落纱机进行动力学仿真,获得了主动气缸动力学参数,为选择主动气缸提供了数据依据。仿真结果表明,拔管过程中纱管与锭子最小间隙为0.5mm,有效解决了传统电动落纱机在拔纱过程中存在的问题,而且极大的提高了落纱效率。该研究为自动落纱机的发展提供了更优越的方案,具有较好的应用价值。

基于ADAMS的自动落纱机拔管机构参数化设计

针对传统落纱机存在的效率低、易损伤纱管等缺点,本文设计了一种新型自动落纱机。主气缸驱动由串联式组合机构组成的拔管机构实现拔管功能,在载荷一定的情况下,自动落纱机所需主气缸驱动力的大小与主动摇杆尺寸以及主气缸的安装位置有关。在保证拔管过程不变和不发生干涉的条件下,基于机械系统动力学自动分析,建立参数化模型,并进行优化仿真分析,得到自动落纱机主气缸驱动力最小时主动摇杆尺寸和主气缸的安装位置参数,将优化后的模型重新建模,并导入ADAMS,与原模型仿真数据进行对比。优化结果表明,优化后新的落纱机模型与原模型相比,气缸驱动力的变化趋势类似,运动过程和所实现的功能不变,证明新的结构参数满足设计要求,但优化后的落纱机主气缸驱动力最大值由1 340.64N减小到927.68N,减小了30.80%,有效提高了落纱机传力性能,优化效果显著。该研究在一定程度上节约了能源。

内燃式水平对动空气压缩机的平衡设计

针对传统内燃式空气压缩机工作过程中存在振动和噪声较大并且动不平衡的问题,本文提出了新型的内燃式水平对动空气压缩机。该设计以178F柴油机曲轴系相关参数为基础,通过平衡理论对内燃式水平对动空气压缩机进行了平衡设计,然后在Adams中建立了刚性体模型,施加相应约束并定义新材料与驱动,最后选取3种典型工况(曲轴转速分别为1 500,2 000,2 400r/min)进行动力学仿真,并将仿真结果进行对比研究。研究结果表明,方案1中,随着曲轴平均转速的增大,曲轴自由端轴承支点力的平均值一直增大,而且靠近动力活塞端的轴承支点处受力平均值大约是自由端的1.7倍;方案2中,输出端轴承支点力平均值先减小后增大;曲轴自由端轴承支点处受力平均值与曲轴输出端相同。该研究具有广阔的应用前景。