六轮腿支撑式管内螺旋行走机构运动学分析及性能研究

摘要

作为一种常见的运输物料手段，流体输送管道因具有方便、快捷、安全等多种优点，而受到了广泛的重视和使用。同时为了有效地预防破损、裂纹和泄漏的现象发生，需要对管道内部进行检测和维护，这就对管内行走机构的弯管通过性能提出了较高的要求。在诸多的行走方式中，螺旋驱动式的行走机构不但机构紧凑、运行平稳、设计简单、能有效节省成本，而且在管内行进的过程中可以提供较大的牵引力，因此本设计中采用螺旋驱动式作为管内运动的行走方式。但对于一些特殊管道，如直角弯管内的运动情况就会变得非常复杂。本文以管内螺旋行走机构在直角弯管内的运动情况进行了运动学和通过性能分析。
　　本文以管内螺旋行走机构为研究对象，首先对行走机构的各重要组成部分进行了设计和选型，然后对行走机构进行伸缩量的分析和运动学受力分析，得出影响其运动平稳性的因素，其次对行走机构在直角弯管内运动的情况进行几何约束条件分析和通过性能分析，得出影响其弯管通过性能的因素。最终应用SolidWorks建立管内螺旋行走机构三维模型，然后应用ADAMS对影响行走机构在直角弯管内运动的平稳性因素和通过性能因素进行仿真分析研究，验证理论研究的正确性。
　　本文得出的主要结论是，行走机构在弯管内的移动速度和牵引力对其运动平稳性有重要影响，且行走机构在弯管内的移动速度、加速度和曲率半径对其通过性能有重要影响。同时本文还对行走机构通过直角弯管的运动轨迹进行了仿真分析，进一步验证了理论研究的正确性。
　　其次，运用虚拟样机仿真技术对管内螺旋行走机构通过直角弯管的情形进行仿真研究，不仅能直观地观测机构运动情况，同时缩短了产品生产周期，为进一步开发设计同类型的机构提供了研究依据。

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1 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 国内外管内行走机构技术综述

1.3 现有管内螺旋驱动式行走机构介绍

1.4 课题的来源和主要研究内容

2 管内螺旋行走机构设计

2.1 概述

2.2 行走机构构成及结构设计

2.3 管内行走机构行走方式的选取

2.4 可伸缩机构的选取

2.5 保持架调节机构的设计

2.6 弹簧预紧支撑体结构设计

2.7 螺旋行走体结构设计

2.8 小结

3 行走机构运动机理分析

3.1 概述

3.2 行走机构伸缩量分析

3.3 螺旋行走体受力分析

3.4 螺旋行走体机构综合分析

3.5 小结

4 行走机构弯管约束条件及通过性分析

4.1 概述

4.2 行走机构的约束条件分析

4.3 行走机构自由度分析及轨迹方程

4.4 行走机构长径比分析

4.5行走机构对弯管的通过性研究

4.6 小结

5 管内螺旋行走机构虚拟样机仿真

5.1 概述

5.2 管内行走机构主体结构机构简化

5.3 行走机构牵引力仿真

5.4 机构移动速度仿真

5.5 行走机构弯管内运动学综合仿真

5.6 导向轮运动轨迹仿真

5.7 小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢