凝汽器在线除垢机器人投送装置研究

摘要

凝汽器是工业领域广泛应用的冷却和换热设备，凝汽器的工作状态对于整个系统的冷却和作业具有至关重要的作用，然而凝汽器中水垢的产生会严重影响凝汽器的换热效果，极大程度地降低系统的工作效率。目前凝汽器主要的清洗方式有离线清洗和在线清洗两大类，其中离线清洗严重影响生产效率且耗费巨大，而以物理清洗和化学清洗剂为代表的在线清洗方式不但清洗成本高，而且会大大降低凝汽器的使用寿命。因此解决凝汽器水垢清洗问题具有重要的经济效益。
　　针对上述问题，本课题对凝汽器在线除垢机器人技术展开深入研究，设计可重复使用的凝汽器在线除垢机器人投送装置，自主完成对凝汽器管道清洗机器人的投送与回收，辅助管内清洗机器人高效地完成对凝汽器换热管的清洗工作。本论文遵循从总体方案到具体设计的思想，完成凝汽器在线投送装置的各组件结构设计与器件选型，最后进行投送装置和送丝机构的动力学分析。
　　首先，根据国内外凝汽器在线清洗技术的研究现状，对比分析各种清洗方式的利弊，对凝汽器在线除垢机器人投送装置进行深入研究，完成了投送装置总体方案设计；对投送装置的移动方式展开研究，确定了极坐标式移动机械臂结构方案，并完成了投送装置的支撑与定位结构方案设计；对投送装置的送丝和回收方式展开研究，确定了送丝机、排线机以及绞车的结构设计方案。
　　其次，对投送装置的送丝机和绞车进行详细的结构设计，完成了相关机构的结构设计、驱动电机和钢丝绳选型；确定了移动机械臂基于浮力材料和重力平衡方式的水中重力补偿方式，为机械臂动力学分析奠定基础；完成了极坐标式移动机械臂的丝杠设计和驱动电机选型，进行了基于SimMechanics的移动机械臂的动力学建模与仿真研究。
　　然后，对除垢机器人投送装置的密封技术进行研究，对不同的部件的密封方式进行设计与选择，同时完成了投送装置的压力补偿设计；建立了投送装置移动机械臂的运动学和动力学模型，并进行了动力学仿真研究。
　　最后，建立了基于ADAMS的凝汽器在线清洗机器人投送装置的虚拟样机，并进行了基于MATLAB与ADAMS的联合动力学仿真；研究送丝机、绞车和排线机在工作工程中的运动速度、位置以及受力情况，同时完成了投送装置行走原理及其在行走过程中的关节运动与受力分析，实现了对在线除垢机器人投送装置的功能验证。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源与目的意义

1.2 凝汽器结构以及原理

1.3 凝汽器清洗技术的研究现状

1.4 凝汽器除垢机器人研究进展

1.5 论文的主要内容和工作

第2章 凝汽器除垢机器人投送装置总体方案设计

2.1 引言

2.2 投送装置整体结构布局

2.3 投送装置送丝方案设计

2.4 投送装置机械臂方案设计

2.5 投送装置支撑与定位方案设计

2.6 小结

第3章 投送装置关键部件结构与选型

3.1 引言

3.2 送丝机与绞车结构设计

3.3 浮力材料的选择和重力补偿方式

3.4 机械臂力学模型与器件选择

3.5 基于SimMechanics的投送装置机械臂建模及仿真

3.6基于Simulink的机械臂伺服系统仿真

3.7小结

第4章 投送装置水下密封与运动模型建立

4.1引言

4.2除垢机器人投送装置水下密封

4.3 压力补偿

4.4投送装置运动学与动力学模型建立及仿真

4.5 小结

第5章 除垢机器人投送装置MATLAB与ADAMS联合动力学仿真

5.1引言

5.2 除垢机器人投送装置虚拟样机建立

5.3送丝过程动力学仿真

5.4除垢机器人投送装置联合仿真

5.5小结

结论

参考文献

致谢