SolidWorks专区  |  新闻  |  文库  |  资料  |  案例  |  有问必答  |  视点  |  进阶  |  渠道  |  博客  |  电子周刊 |  视频 |  百味书屋

基于SolidWorks的管道除垢机器人设计与实现

发表时间: 2014/7/23 作者: 焦圣喜*阚一凡*赵远新 来源: 万方数据
文章针对我国燃煤电厂排灰管道结垢状况,设计一种旋转刀具式管道除垢机器人。利用SolidWorks2012建立了该管道机器人三维数字模型,并进行了干涉分析和初步的仿真分析。在三维机械结构模型基础上生成工程图纸,并据此制作了第一代样机实体,搭建了以DSP和单片机为控制核心的运动控制系统,实现了对管道机器人的初期运动控制。
 

    2011年我国电力结构数据统计显示:我国电力结构中火电比例约占78%,火电厂灰渣排放以水力排放为主。水力排灰管道的垢层以碳酸盐为主,其中夹杂有难溶物,灰垢坚硬而牢固地附着于排灰管道内壁,致使灰水管道流通面积减少,管内灰水流动阻力增大,除灰系统能耗增加,直接影响机组的安全运行和企业的生产效益。国内外各研究机构对灰水管道垢层的清洗技术进行了许多研究,目前应用最广的方法是化学除垢法,即用酸类化学剂进行溶解除垢。该方法在施工过程中易损坏管线,污染环境,且成本较高,其他如炉烟法、人工振击、高频电磁场等除垢方法亦有各自的应用局限性与不足之处。针对我国燃煤电厂排灰管道的特点,研发可用于燃煤电厂输灰管道和回水管道除垢的旋转刀具式自主移动机器人可以达到对管路结垢进行无污染、低成本、高效快捷除垢的目的。

1 管道机器人工作原理

    除垢管道机器人系统结构如图1所示,系统由除垢机器人本体、系统外控制设备和电缆绞车等组成。机器人本体通过行走机构实现进给的运动控制,旋转刀具实现对附着在管壁内侧垢层的切削,通过具有一定压力的冲灰水流将垢质冲出管道;电缆绞车实现对机器人的缆线供电及供线,并通过缆线实现对机器人的通信;外控设备和上位机操作系统,通过上位机实现对系统的统一控制,由简单易控的操作界面来实现,外控设备通过电源转换器、控制器电路板及人机交互设备等,实现各部分控制功。

管道机器人整体示意图

图1 管道机器人整体示意图

2 SolidWorks环境下机器人设计

    (1)管道机器人设计方案

    首先构建三维数字化模型,在建模成功的基础上进行实体样机的研制与开发。在管道机器人研制初级阶段,不管从科研成本还是从设计周期考虑,设计管道机器人数字化模型是必要的,对机器人的结构合理性与运动控制进行仿真分析,最后将成熟的设计数据用于物理样机的开发制作,其方案如图2所示。

机器人设计开发方案

图2 机器人设计开发方案

    (2)零部件设计及装配模型

    使用三维制图软件SolidWorks进行管道机器人数字模型设计,SolidWorks软件是机械行业内应用较广的三维实体造型软件。行走轮系的驱动由链条传动实现,其装配图如图3所示;通过设计单蜗杆带动3个120°分布的蜗轮实现单驱动电机对3个链轮的驱动,采用GearTeax2012设计蜗轮蜗杆传动机构,其设计如图4、图5所示。

链轮装配效果

图3 链轮装配效果

涡轮和蜗杆装配效果

图4 涡轮和蜗杆装配效果

GearTeax2012蜗轮蜗杆建模参数设置

图5 GearTeax2012蜗轮蜗杆建模参数设置

    (3)整机仿真效果及实体样机制作

    在完成管道机器人各个零部件建模基础上,按照各零部件之间的传动关系进行装配。设计的蜗杆头数为1,蜗轮齿数为28,蜗杆转动的电机转速从0匀加速到100r/min,即输出轴角速度0到600(°)/s匀加速变化,按照传动比关系,蜗轮角速度计算值为21.43。管道机器人内部有两部直流电机,其中行进电机配合蜗轮蜗杆副和链条传动机构构成行进驱动系统,变径电机结合丝杠螺母副和平行连杆机构共同组成变径调节系统。管道机器人整机装配图及工作示意图如图6-7所示。根据管道除垢机器人机械结构设计和三维数字化模型数据,结合现有实验加工条件,制作了第一代管道机器人物理样机,实物如图8。

装配完成后的机器人模型

图6 装配完成后的机器人模型

管道中的机器人三维模型

图7 管道中的机器人三维模型

机器人实体载体部分

图8 机器人实体载体部分

 




责任编辑:程玥