自适应支撑式管道检测机器人的通过性设计

针对电力和石油天然气领域中直径为250～350mm管道的检测需求,设计自适应支撑式管道检测机器人,研究其在无障碍弯管与环形台阶障碍管环境下的管道通过性。首先分析管道特点,结合丝杠螺母和弹簧机构设计具有变径自适应能力的机器人行走机构;其次,建立机器人弯管运动学模型及环形台阶障碍动力学模型,进行管内运动的几何约束分析、速度协调分析和动力学分析;然后,在ADAMS中建立虚拟样机仿真平台,对机器人在弯管和环形台阶处的通过性进行仿真研究;最后,搭建机器人管道通过性试验平台进行实验验证。研究结果表明:在无障碍管和障碍管环境下,机器人运行平稳,能顺利通过;在通过弯管时,采用速度协调模型,可减少电机力矩和降低能量消耗;在跨越环形台阶障碍时,机器人电机力矩随台阶高度增大而增加,可通过不高于15 mm的环形台阶障碍。     

履带式管道机器人的自适应模糊控制

介绍了自适应履带式管道机器人的基本运动机构，分析了其在管内的运动状态，研究了对机器人在直管与大曲率半径弯管内移动时的运动模糊控制方式。根据大量的实验结果分析改变管道机器人运动环境，如不同管道直径、不同管道弯曲半径等，对机器人运动状态的影响。运用相关原理研制了具有一定管内运动环境自适应能力的履带式管道机器人模型样机及其运动控制系统。     

自动避障三轮管道机器人设计

管道机器人作为一种有效的探测设备,可以深入人类无法到达的狭小空间内执行勘查任务。轮式机器人具有结构简单、运动连续平稳、速度快、可靠性高等诸多优点,因此开发了基于STC系列单片机的三轮轮式结构管道机器人。应用红外传感器电路实现有效避障功能;加入角度传感器模块,确保机器人可以在管道最底端平稳行进;采用脉宽调制技术驱动直流电机,通过改变占空比来控制机器人运动。设计的轮式管道机器人实物具有体积小、可裁剪性强、便捷等特点,能够完成管道内探测、数据收集等功能。     

管道机器人弯管运动转体原因分析

为避免管道机器人弯管内运行时发生转体现象而影响管内任务的执行,对机器人转体的原因进行了深入研究.以建立的管道机器人弯管运行的位姿模型为基础,对机器人的受力状况进行了分析,建立了机器人过弯时的转体力矩模型.通过对转体力矩的分析,揭示了管道机器人弯管运行时发生转体的根本原因,并指出了管道机器人弯管运行的最佳姿态角.理论计算表明:当机器人以最佳姿态角运行时,机器人转体力矩几乎为0,不发生转体;当机器人以其他姿态角运行时,将出现一个不为0的转体力矩,该力矩使机器人向平衡姿态角方向转体,直至机器人姿态稳定为止.在实际应用时,使机器人在平衡姿态角运行为最佳.仿真结果与理论计算基本一致,该研究为人弯管内的姿态稳定运行提供了一定的理论依据.     

狭窄空间管道外壁检测机器人结构设计

为实现替代人工方法检测过热器管道外壁的目的，本文基于对爬管爬壁机器人的结构原理的分析，考虑到过热器管道空间狭窄形状复杂，设计了一种环抱式管道检测机器人。本文阐述了狭窄空间管道外壁检测机器人工作原理，设计了机器人的机械结构，分析了机器人手臂和手指的夹持力，分析了机器人的爬管升降力，并利用有限元仿真分析对其进行验证。研究结果表明：该结构设计合理，满足所需运行条件要求。     

弯管结构塑性极限上限分析的有限元方法

在管线系统中 ,弯管是一种关键的部件 ,对其进行塑性极限分析具有重要的工程意义。根据塑性极限上限定理 ,采用数学规划方法 ,建立了弯管结构塑性极限上限分析的有限元数学规划格式 ,给出了相应的优化迭代算法 ,克服了目标函数非线性非光滑所导致的数值计算困难。采用一种改进的弯管单元并利用该数值方法分析了弯管结构的塑性极限承载能力。计算结果表明 ,该方法具有数值稳定性好、精度高和收敛快等优点     

不同曲率支管弯管对T型管湍流混合下热疲劳的影响

为了探究不同曲率支管弯管对T型管冷热流体混合下热疲劳的影响,分别对支管上游曲率为0.006、0.01、0.02这3种弯管结构的T型管内冷热流体的混合过程进行大涡模拟（LES）,将计算得到的瞬时温度和压力载荷动态地加载到固体域进行流固耦合计算,得到管道的热应力分布情况;再利用雨流计数方法对获得的波动热应力进行统计学分析,根据线性疲劳损伤累计准则进行热疲劳评估,得到管道的无量纲累计疲劳损伤率。将各个结构的无量纲时均温度、无量纲均方根温度和无量纲热疲劳损伤率等进行对比,数值结果表明：3种结构的温度和应力的分布和波动相似;随着曲率的增大,温度波动变得剧烈,而相贯区热应力集中逐渐减弱,同时其无量纲累计疲劳损伤率呈降低趋势。     

大口径预制直埋供热管摩擦系数的研究

通过对运行中的DN800，DN700，DN600等直径的供热直埋管道的工程测试，获得了大口径直埋供热管和回填砂的摩擦系数及其变化规律。该结果可以作为集中供热管网直埋敷设设计中摩擦力、锚固段应力、弯管应力、固定支架推力、过渡段长度、补偿器补偿量等的设计计算依据。     

新型流动调节器波纹管结构参数优化

对波纹管的气液两相流进行了数值模拟,分析了波纹管对分层流的流动调节作用,验证了数值模型的准确性,通过弯曲中心角、弯曲半径和管道内径比、弯管数目的敏感性分析,对波纹管的结构参数进行优化。结果表明,波纹管能够将分层流调节为非分层流,流动调节效果显著;弯曲中心角增大,流动调节作用增强,弯曲中心角的合理范围为90°~130°,取90°或120°便于加工建议采用;增加弯曲半径或者减小弯管内径,能够增加弯曲半径和管道内径比,增强流动调节作用,弯曲半径增加,波纹管尺寸增大,投资升高,建议采用减小弯管内径的方法;随着弯管数目的增加,波纹管的流动调节效果增强,应综合考虑安装空间、投资成本,适当选取弯管数目。     

新型仿生介入机器人推进方式

生物管腔中运行的微型机器人驱动机理研究是当前机器人研究的一个热点．为研究适合于充满液体的生物管腔的微型管道介入机器人，基于精子的运动原理，提出一种机器人游动推进方案，建立了游动机器人动力学模型，对该推进方式进行了仿真分析计算．为证明该推进方案的可行性，制作了一个大尺度的机器人实验样机模型．实验表明：实验的结果符合理论的规律，从而证明理论的正确，该推进方式是可行的．