高压水喷射装置对自来水管道清洗机器人运动性能影响研究

摘要

水是生命的源泉，是人类赖以生存和发展的不可缺少的最重要的物质资源之一。城市居民日常生活也离不开自来水，自来水供给绝大多数采用管道运输技术。然而，供水管道因长久运行，会出现腐蚀、外泄、沉积物等，严重影响居民用水安全。因此，这也一定程度上促进着管道清洗技术的发展。本文针对城市大口径自来水管道沉积物清洗问题，提出了一种新型自来水管道清洗机器人，采用高压水射流清洗技术。在设计完成机器人基础上，采用理论分析与仿真分析结合的方法，完成了高压水喷射装置对自来水管道清洗机器人运动性能影响研究。具体研究工作如下：
　　首先，给出了管道清洗机器人系统总体设计方案，并借助三维设计软件SolidWorks，完成了管道清洗机器人整体结构装配设计。其次，通过分析机器人载体牵引力输出及越障原理，建立了压紧机构力学模型和机器人载体典型障碍的力学模型，完成了管道清洗机器人运动性能研究。然后，研究了高压水射流清洗作用机理，找到影响高压水喷射装置的关键相关参数，完成了这些参数设计及优化。基于多刚体动力学、机械振动学理论，研究了高压水喷射装置对机器人整体运动性能的影响，建立了管道清洗机器人系统的多刚体力学模型及简化二自由度有阻尼振动模型。最后，基于多体动力学软件ADAMS，建立了管道清洗机器人仿真实验平台。基于仿真实验平台，验证了所设计机器人载体的可行性，验证了高压水喷嘴装置相关参数设计的可靠性。并得知机器人的振动，质量分布及高压水喷射装置的高速旋转，对机器人运动性能都有很大程度影响。合理布置机器人整体结构布局，使得机器人尽可能满足质量分布系数ε=1，取管内姿态角φ=0°，是提高运动性能的有效措施；要实现机器人载体和高压水喷射装置协同稳定工作，必须在机器人载体运行到稳定设定速度后，再低速启动高压水喷射旋转臂，同时必须保证足够的张紧弹簧预紧力。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 管道清洗机器人国内外研究现状

1.3 本论文研究的主要内容

第2章 管道清洗机器人系统总体设计

2.1 管道清洗系统总体方案设计

2.2 管道清洗机器人载体设计

2.3 本章小结

第3章 管道清洗机器人载体运动性能分析与仿真

3.1 机器人载体牵引力分析

3.2 机器人载体越障能力分析

3.3 机器人载体运动性能仿真

3.4 本章小结

第4章 高压水喷射装置相关参数设计与优化

4.1 自来水管壁沉积物性质

4.2 高压水射流清洗作用机理

4.3 高压水喷射装置相关参数设计

4.4 本章小结

第5章 高压水喷射装置对机器人运动性能影响研究

5.1 机器人系统运动性能分析

5.2 机器人系统振动仿真

5.3 机器人系统运动性能仿真

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢