管內(nèi)恒力清刷機構及其動力學分析new

《管內(nèi)恒力清刷機構及其動力學分析new》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、第uu卷第v期機器人ΡΟΒΟΤ?2ˉquuo2qvusss年x月¤?ousss文章編號}tssu2swwykussslsv2suuw2sy管內(nèi)恒力清刷機構及其動力學分析α鄧宗全姜生元李瑰賢陳明李斌宋月娥k哈爾濱工業(yè)大學機械工程系txssstl摘要}本文提出了一種可實現(xiàn)恒摩擦力矩的管內(nèi)清刷機構o并分別對該機構進行了靜力學分析和動力學建模與分析o為該種機構結構參數(shù)設計提供了理論依據(jù)q關鍵詞}管內(nèi)機器人~除銹清刷機構~動力學分析中圖分類號}×°uw文獻標識碼}1引言在管內(nèi)防腐噴涂補口作業(yè)中o為使防腐涂料與管壁粘合牢固以提高防腐效果o在噴涂作業(yè)之前必須

2、對管內(nèi)壁進行除銹清刷處理q清刷機構的結構參數(shù)和靜!動力學特性是影響作業(yè)質(zhì)量的關鍵因素o因此對其進行靜力學和動力學的定量分析得出最優(yōu)結構和運動參數(shù)o對提高除銹作業(yè)質(zhì)量和管道使用壽命具有重要意義q在此基礎上o我們開發(fā)了一種具有恒力特性的管內(nèi)清刷機構o已經(jīng)用于上海浦東國際機場航空輸油管線的管內(nèi)補口機器人上q使用表明o該機構具有結構簡單!運行可靠!易于控制!清刷效果好等優(yōu)點q2清刷機構工作原理及其靜力學分析2q1清刷機構組成及工作原理根據(jù)管道防腐工藝要求o防腐噴涂前管道內(nèi)壁必須進行除銹清刷處理q管道直徑小于uzv°°時o一般采用一體式結構o即由電機直接

3、帶動刷盤進行除銹處理~管道直徑大于uzv°°時o由于結構尺寸較大一般采用組合式結構q對于5xvs°°管道o我們研制了一種組合式恒力離心清刷機構o其結構如圖t所示q工作原理為}電機帶動回轉(zhuǎn)臂x轉(zhuǎn)動o并依次帶動連桿u和刷輪v繞機器人軸心轉(zhuǎn)動o在離心慣性力作用下連桿和刷輪被甩開o使刷輪壓在管道內(nèi)壁t上o彈簧w將反向拉動刷輪使其離開管壁q當調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速和彈簧剛度以及各桿長度時o可以調(diào)節(jié)作用在管道內(nèi)壁上的正壓力o以調(diào)整除銹清刷作業(yè)效果q為提高刷輪的使用壽命和除銹效果o刷輪圓周上各點參加工作的機會必須相等q為此我們在刷輪軸處設計了一恒摩擦力矩鎖緊機構o其結

4、構如圖u所示o在機器人拖帶清刷機構進入管道之前o調(diào)整螺母y的位置從而調(diào)定刷輪u和摩擦片間的正壓力Θo假設接觸處的正壓力分布均勻o則刷輪轉(zhuǎn)動所需的力矩為Μφo可由下式計算}vvukρupρtlΜφΛΘuuktlvkρupρtl其中}Λ))摩擦系數(shù)~Θ))彈簧壓力~ρt))摩擦片內(nèi)徑~ρu))摩擦片外徑q可見o當系α基金項目}國家{yv計劃智能機器人主題資助項目q收稿日期}t

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7、psypus第uu卷第v期鄧宗全等}管內(nèi)恒力清刷機構及其動力學分析uuxtq管壁uq連桿vq刷輪wq拉簧xq回轉(zhuǎn)臂tq連桿uq刷輪vq摩擦片wq預壓彈簧xq壓板yq軟軸z

8、q鎖緊螺母圖t清刷機構系統(tǒng)組成圖u恒摩擦力矩刷輪結構簡圖統(tǒng)結構和物理參數(shù)確定后o刷輪轉(zhuǎn)動所需的力矩也就為一定值o故稱其為恒力矩機構q2q2清刷機構靜力學分析清刷機構在管內(nèi)工作時o由于離心慣性力的作用刷輪被甩開壓在管壁上o系統(tǒng)轉(zhuǎn)速越高管壁與刷輪之間的壓力越大q當轉(zhuǎn)速較小時o由于管壁給它的摩擦力矩小于預設的Μφo刷輪無自轉(zhuǎn)o處于單邊工作狀態(tài)o稱為欠臨界工作狀態(tài)~轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大o管壁給刷輪的摩擦力矩剛好等于預設的Μφo此時刷輪剛好可以繞自身軸線轉(zhuǎn)動o由于阻尼的存在又不能在管壁上純滾o稱為臨界工作狀態(tài)~當轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大時o由于管壁給刷輪的壓力所能提供的摩擦

9、力矩已遠遠大于預設的Μφo刷輪在管壁上作純滾動o不能產(chǎn)生清刷作用o稱為過臨界工作狀態(tài)q可見系統(tǒng)的理想工作狀態(tài)應該是臨界工作狀態(tài)q所以o已知預設摩擦力矩和結構參數(shù)后o可以通過靜力學分析的辦法確定合理的工作轉(zhuǎn)速o使系統(tǒng)在臨界狀態(tài)下工作q圖v清刷機構靜力學分析簡圖系統(tǒng)穩(wěn)定工作時o根據(jù)達朗伯原理o所有主動力!離心慣性力和約束反力將處于平衡狀態(tài)q系統(tǒng)的受力狀態(tài)如圖v所示o并假設機器人軸線與管道同心o各桿件為均質(zhì)等截面桿q由于轉(zhuǎn)速較高時慣性力已遠遠大于重力o故在平衡方程中忽略重力的作用qΦγuΛt??±ΑnΦγvΛu??±ΒkΦηnΝlΛu??±ΒnΦφk

10、Λu|2?ΒnρlkuluuΦφΜφùρoΦγuμuΛuuΞoΦγvμvΛvvΞoφηΚηΚΔ解得uuy機器人usss年x月ΜφΜφkΚηΚΔnlΛu??±ΒnΛu|2?ΒnΜφρΛρΞΛkvlμuΛuuΛt??±ΑnμvΛvvΛu??±Β式中}Κη為彈簧剛度系數(shù)~ΚΔ為彈簧的變形量~Ξ為電機轉(zhuǎn)動角速度~ρ為刷輪有效半徑~Μφ為預設刷輪轉(zhuǎn)動摩擦力矩~Φγιkιtouovl為第ι個旋轉(zhuǎn)質(zhì)量μι的離心慣性力~ΑoΒ為系統(tǒng)結構夾角k由各桿長度確定l~Λ為摩擦系數(shù)q根據(jù)公式kvl可以計算出對應于預設摩擦力矩的臨界工作電機旋轉(zhuǎn)速度稱為ΞΛo若系統(tǒng)的實際旋

11、轉(zhuǎn)速度為ΞΡo則系統(tǒng)工作狀態(tài)判定結果如下}ktlΞΡνΞΛ}欠臨界工作狀態(tài)o刷輪無繞自身軸線運動o可以實現(xiàn)清刷作業(yè)q但是刷輪只是單邊參加工作o磨損不均