【正文】 動驅(qū)動電動機驅(qū)動力以及履帶與管壁附著力決定。 為了適應不同直徑管道的檢測，管道檢測機器人通常需要具備管徑適應調(diào)整的機架機構(gòu)，即主要有兩個作用：① 在不同直徑的管道中能張開或收縮，改變機器人的外徑尺寸，使機器人能在各種直徑的管道中行走作業(yè)；② 可以提供附加正壓力增加機器人的履帶與管道內(nèi)壁間的壓力，改善機器人的牽引性能，提高管內(nèi)移動檢測距離。 1200 范圍內(nèi)可以探視。決定采用一下型號的電動機：型號： SG27ZYJ；額定功率： 10W 12V DC；額定 轉(zhuǎn)速度： 400rpm；額定轉(zhuǎn)矩： 300Nmm。同時作為履帶機構(gòu)的動力來源，此電動機亦應當達到足夠的功率輸出，否則將必然無法與設計要求匹配。 圖 21 管道探傷機器人三維圖 管道探傷機器人的技術(shù)指標 (依據(jù)現(xiàn)代管道機器人技術(shù) ) 行走速度： minm 自重 : 6kg 凈載重： 11kg 機身尺寸： 351mm?155mm?155mm 自適應管道半徑范圍： 200mm 300mm 越障能力： 2mm 5mm 爬坡能力 ： 150 工作電壓： 12V 一次性行走距離： 2500m 牽引力 : 300N 400N 密封性能： 履帶密封，機架半開放 管道探傷機器人的工作指標 (依據(jù)現(xiàn)代管道機器人技術(shù) ) 工作環(huán)境： 中性液體環(huán)境，液面高度不得高于 30mm 工作溫度 ： 00 500 6 第 3 章 元器件選用 電動機的選用 本設計采用圓周三點限位支架，三個履帶行走構(gòu)件相互獨立，因而需要提供三個相同的電動機分別驅(qū)動各個履帶。 本文研究的主要內(nèi)容 本文根據(jù)直線電機的工作原理及其結(jié)構(gòu)特點，設計了以直流電機為移動動力的管道探傷機器人。 我國從 20 世紀 90 年代初期，開始了管道探傷機器人的研發(fā)工作，國內(nèi)較 早進入該研究領域的有哈爾濱工業(yè)大學、清華大學、上海交通大學、大慶油建公司、中國石油天然氣管道局等單位。由于大量地下、海底管線的維護需要刺激了管道探傷機器人的研究。 管道探傷機器人作為一類特種機器人，正是在這樣的環(huán)境下應運而生，管道探傷機器人的優(yōu)點在于它不僅具有探傷質(zhì)量高、作業(yè)速度快等優(yōu)點，而且使操作檢測人員免受大劑量射線的輻射之苦。一旦管道破損，僅維護搶修的成本巨大，從中泄露的物質(zhì)會對周圍的生態(tài)環(huán)境及人類生命安全造成威脅。 管道探傷機器人設計背景及意義 隨著交通、石油、化工以及城市建設的飛速發(fā)展，管道作為一種經(jīng)濟、高效的物料長距離運輸手段而倍受人們的關注，被廣泛的鋪設于世界各地、陸地、海洋等環(huán)境中。管道不僅能完成一些 特定物料地傳送，而且具有可靠性高、運輸安全、方便。 關鍵詞： 齒輪轉(zhuǎn)動機構(gòu)；履帶；軸。 1 摘 要 管道機器人的運行機構(gòu)主要由減速器、主動輪、從動輪、傳動軸和一些連接件組成。 2 ABSTRACT The running mechanism of pipeline robot is mainly posed of a speed reducer, a driving wheel, a driven wheel, transmission shaft and a plurality of connecting pieces. The overall design of operation mechanism: the resistance operation, the choice of motor, reduction ratio, strength calculation, calculation of gear shaft strength calculation, four bar mechanism design. This design uses SG27ZYJ DC motor as the power source, the motor output shaft and gearbox highspeed shaft through the shaft coupling, reducer through the relatively slow speed output, the output shaft through the driving wheel drives the crawler robot forward or backward in the pipeline. Key words:Gear rotation mechanism。因此，在工業(yè)和生活領域，管道起到了舉足輕重的作用。我國從 20 世紀 70 年代開始油氣管道的大規(guī)模建設，截止到目前 ，國內(nèi)已建油氣管道的總長度約 6萬千米，逐漸形成了區(qū)域的油氣管網(wǎng)供應格局，中國的管道工業(yè)得到了極大的發(fā)展。如果 能夠及時發(fā)現(xiàn)并確定泄漏點，就能有效地減輕泄漏事故造成的損失和危害。因此管道 探傷機器人有著廣闊的應用前景。從 20世紀 70年代起，國內(nèi)外許多研究人員就針對管道探傷機器人提出了大量的設計方案并對其能夠?qū)崿F(xiàn)的功能進行不斷地補充和完善，這些研究成果對管道探傷機器人的技術(shù)改進和應用場合的擴展起到巨大的推動作用。相比較而言，我國的地下管道檢測技術(shù)仍處于起步探索階段，大部分檢測管道腐蝕的技術(shù)都停留在管外 檢測，方法傳統(tǒng)落后。本課題 將在以下兩個方面開展研究工作 （ 1）管道探傷機人機架的研究 機架是主要有四桿機構(gòu)和傳動螺桿以及減速器組成，四桿機構(gòu)保證機器人可以在一定范圍不同直徑的管道內(nèi)均能使用，傳動螺桿保證四桿機構(gòu)能夠達到所需要的位置，減速器保起到緩沖和提 高精度的作用。另外，管徑自適應結(jié)構(gòu)由絲杠螺母傳動，也需要一個電動機作為驅(qū)動，于是整個機器人需要 4 個電動機。 出于零件之間相互通用的設計理念， 4個電機都是統(tǒng)一規(guī)格、同種型號。實物圖如圖 31所示。雙頭白光二級管探照光源。 為了滿足管徑自適應的功能，本次設計采用了基于平行四邊形機構(gòu)的管徑適應調(diào)整機構(gòu)，在由 0120 空間對稱分布的 3組平行四邊形機構(gòu)組成，采用滾珠絲杠螺母調(diào)節(jié)方式，每組平行四邊形機構(gòu)帶有履帶的驅(qū)動裝置示意圖如 42所示。當運動驅(qū)動電動機的驅(qū)動力足夠大時，機器人所能提供的最大牽引力等于附著力。 管道機器人正常行走時，其對稱中心和管道中心軸線基本重合，重力 G在對稱的中心線上面。 通過遠程控制可調(diào)節(jié)電動機輸出扭矩 T 帶動絲杠螺母相對 轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生推動力 F 推動推桿運動，使得各組履帶壓緊貼在管道內(nèi)壁，產(chǎn)生附加的正壓力 P 。 （ 46） 式中 pn 、 d分別為滾珠絲杠的導程 、大徑： u1 為絲杠與螺母之間的摩擦系數(shù)。 10 以符號 eF 表示機器人的提供的牽引力，當運動驅(qū)動電機的驅(qū)動力足夠大的時候，牽引力 eF 為： Fe =（ ? ?? PN ） u2 。 下面是在管徑 R=100mm時的，機架的力學分析的計算。 帶入式 (44), 由 [0,50 ]PN?? ， 可 算 出 所 需 要 的 推 力 F 的范圍為?? NN , 。 由式 (48)可求出管道機器人的牽引力 eF 的范圍為 [85N,110N]。 接觸疲勞強度設計計算 軟齒輪，根據(jù)機械設計 ??3 按接觸疲勞強度設計計算 d1 ? ? ?3 21 12 ?????????? H EHd ZZuukT ? （ 51） （ 1）齒數(shù)比 u=i=。 取小齒輪齒數(shù) 1z ＝ 14；初估小齒輪圓周速度 1v ＝ 。 a）大齒輪齒數(shù) 21z iz? ＝ 2 14＝ 28 取 2z ＝ 28。（直 齒） e）總重合度 ? ? ?? ? ???＝ ； K? ＝ 。 （根據(jù)機械設計 ??3 表 106） （ 6）節(jié)點區(qū)域系數(shù) ? 。 13 ④ 小齒輪接觸應力當量循環(huán)次數(shù) N1e =60n1 jLh 。（根據(jù)機械設計 ??3 圖 1019） 小齒輪許用接觸疲勞應力： ? ?1H? = ? ?min1lim1HHHNSK ? = =720（ N/mm2 ）。 （ 58） 中心距 a? 21d (1+i)=21 ?14?(1+2)=21mm；圓整為 a=21mm。 （ 512） 齒寬 1 0 .8 1 4 1 1 .2 ( )db d m m?? ? ? ?。 （ 2）載荷系數(shù) K 及其他參數(shù)均未變，均無需修正。 （ 2）齒形系數(shù)和應力校正系數(shù)（根據(jù)機械設計 ??3 表 105） 小齒輪齒形系數(shù) 1 ? ，大齒輪齒形系數(shù) 2 ? 。 ③ 彎曲壽命系數(shù) 1eN =?108； 2eN =?108； K 1FN =K 2FN =。 (519) 2F? =nmbdKT112 Y 1Fa Y 2Fa =（ N/mm2 ）。 表 51 一級齒輪組的具體數(shù)據(jù) 項目 單位 小齒輪 大齒輪 中心距 a mm 模數(shù) m mm 1 傳動比 i 2 端面壓力角 t? ()? 20 齒數(shù) z 14 28 齒寬 b mm 12 分度圓直徑 d mm 14 28 齒高 h mm 齒頂圓直徑 ad mm 30 齒根圓直徑 fd mm 節(jié)圓直徑 mm Ⅱ級傳動系齒輪的設計計算 壽 命要求和初步數(shù)據(jù) Ⅱ級圓柱齒輪傳動的傳動扭矩 1 450T N mm??，高速軸轉(zhuǎn)速 n1 =200rpm，傳動比i=2，使用壽命為 30000 小時，工作時有輕度振動。（根據(jù)機械設計 ??3 表 107） （ 3）載荷系數(shù)。 vK ＝ 1。 b）螺旋角 0?? 。 ⑤ 載荷系數(shù) K＝ 。 ④ 小齒輪接觸應力當量循環(huán)次數(shù) N1e =60n1 jLh 。（根據(jù)機械設計 ??3 圖 1019） 小齒輪許用接觸疲勞應力： ? ?1H? = ? ?min1lim1HHHNSK ? = =720 (N/mm2 )。 (528) 中心距 a? 21d (1+i)=21 ?14?（ 1+2） =21mm 圓整為 a=21mm。 (532) 齒寬 b= 1dd? =?14=。 （ 3）直齒圓柱齒輪傳動的幾何尺寸及參數(shù)保持不變。 （ 3）許用彎曲疲勞應力 ? ?F? = ? ?minlimFFNFS K? (536) ① (根據(jù)機械設計 ??3 圖 1020) 小齒輪彎曲疲勞極限應力 2lim 1 280 /F N mm? ? ，大齒輪彎曲疲勞極限應力2lim 2 210 /F N mm? ? 。 (537) ? ?2F? = ? ?min22limFFNFS K? = ? =(N/mm2 )。 根據(jù)上述計算，齒輪數(shù)據(jù)如表 52。 21 第 6章 履帶行走系設計 履帶行走系的初步構(gòu)想圖如圖 61所示。 輪式管道機器人的行走輪可按空間或平面配制．一般取 46輪，其驅(qū)動方式有獨輪或多輪驅(qū)動。因此，本次機械設計采用履帶式行走系的模塊設計?？紤]到在輸油管道中行走，金屬履帶的抗腐蝕性較差，并且對管道的壁面產(chǎn)生一定的損壞，管道機器人的履帶行走系中的履帶部分采用橡膠履帶。同步帶傳動是靠帶上的齒和帶輪的齒相互嚙合來傳動的，因此工作時不會產(chǎn)生滑動，能獲得準確的傳動比。梯形齒中按齒距可分為周節(jié)制，模數(shù)制，特殊節(jié)距制。為了增大履帶的接觸地面的摩擦力，將另一段帶的背面和在帶輪上的 帶的背面用強力膠水粘和。 驗算帶速 v v1 = 100060 11?nd? = Vmax （ 61） 求 V 帶基準長度和中心距 初步選取中心距 1 2 0 1 ( ) 2( )d d a d d? ? ? ?；取 0a ＝ 150mm。