管道在线检测技术及检测机器人研究

概述了管道检测技术发展现状,介绍了最新检测技术的原理,分析了管道内检测机器人的技术要点,概括介绍了课题组在差压式管内检测机器人周围流场建模与仿真、腐蚀环境下管道钢裂纹群演化的混沌动力学、差压式管内检测机器人的通过性能、管内检测机器人运行速度和姿态分析及运动状态控制、管内检测机器人小型化、小型化管内检测机器人检测精度、小型化管内检测机器人定位精度及管道剩余寿命的预测方法等方面的研究进展,为今后的研究打下了坚实的基础。     

基于螺旋廓线的驱动机构设计

随着管道机器人在工业检测、工业维修、医学等领域的广泛应用,其驱动方式已经成为研究的热点。本文从理论上对步进式螺旋驱动管道机器人的工作环境、工作原理以及受力状况进行了分析,提出了基于螺旋廓线驱动机构的设计方案;根据驱动器的运动力学性能要求设计了从动件的运动规律,既避免了刚性冲击又避免了柔性冲击。     

差压式管道内检测机器人启动过程模拟仿真

基于CFD软件Fluent提供的计算方法,利用动网格技术和UDF(用户自定义函数),对差压式管道内检测机器人启动过程进行了动态模拟.该方法克服了以往静态研究的不足,更直观地反映了不同因素影响下机器人的启动情况.仿真结果表明:管内流体速度、机器人质量、管壁摩擦力、不同流体对机器人的启动过程都有明显影响.可为下一步研究机器...     

弯管稀相气力输送CFD-DEM法数值模拟

利用CFD-DEM方法对稀相气固两相流在带有弯管的气力输送管道内的流动特性数值模拟。通过CFD求解连续气相流场,使用DEM求解离散颗粒相运动及受力,为提高仿真速度,模型忽略了空隙度对气相的影响。仿真结果显示了颗粒在弯管内形成颗粒绳及在垂直管道内颗粒绳分散的过程,并获取了颗粒-颗粒、颗粒-壁面的碰撞信息。对比弯管上下两部分的碰撞情况,颗粒及壁面在弯管下半部分受到的撞击和磨损更严重。通过对气力输送各类工作参数的研究发现,其对管道内气固两相流的流动特性和碰撞情况有着不同程度的影响。气流速度对颗粒绳分散影响甚微,但对弯管内颗粒碰撞强度有明显影响。随着颗粒质量流量的增加,形成的颗粒绳更紧凑、分散速度更慢,并在弯管中形成了阻碍颗粒-壁面碰撞的防护层。弯径比的增加也能加强颗粒绳的紧凑度,减缓颗粒绳的分散速度。     

基于流场特性的管内检测机器人的外形优选研究

管道内检测机器人的结构形状是影响其运动学、动力学特性的关键因素,在机器人设计中占有重要地位。在合理提出一些基本假设后,用二阶迎风差分格式离散管道内检测机器人附近流场的控制方程,并用SIMPLE算法求解,得到了7种不同形状的管道内检测机器人所受的差压驱动力及其周围的流场信息,并对这几种结构的CFD特性作了比较。最后综合空化条件、驱动力、腔内有效体积和加工难度等因素,确定了上游半球形结构为设计形状。     

微小管道机器人机构设计及动力学分析

设计了一种蠕动式微小管道机器人,采用三组直流电机与螺旋传动装置,通过控制三组电机顺序协调动作,实现了机器人的蠕动前进。研究了机器人在竖直管道中驱动负载的情况,以及爪子适应管径变化的力学调节特征。利用ADAMS动力学分析软件,对机构做了运动学和动力学仿真,通过仿真得到了牵引力和移动速度与结构参数之间的关系。仿真表明,机器人可以适应15~20mm的管道,驱动力达到28N,移动速度为6mm/s。     

管道检测机器人的测力定位法理论与方法

介绍并分析了管道检测机器人的定位现状,并针对它们的不足,根据牛顿力学和运动学定律提出了管道机器人的测力定位法.对测力定位法的性能进行了分析,发现误差有时间的累积性,并以时间的二次方递增.指出了它和光电码盘定位法的综合运用将是有效解决长距离输油管道机器人的高精度的独立定位问题的最佳切入点.最后,对测力定位法在整个管道检测机器人的检测、定位中的应用进行了分析,并给出了应用结构流程图.     

螺旋轮式管道检测机器人驱动电动机的控制

分析了螺旋轮式管道检测机器人驱动系统的组成和原理,给出了管道机器人驱动电动机的控制策略,并设计了电动机的控制系统.根据机器人的运动参数分析管道状况,研究了驱动电动机的控制过程,为下一步精确控制管道机器人的驱动电动枳嵌供了参考.     

埋地管道电磁检测技术的研究

由于小口径埋地管道的工作空间狭窄,多通道电磁检测技术在其研究应用面临大量的困难与问题。分析了埋地管道的检测特点和电磁检测原理与装置,对小口径埋地管道的电磁检测方法、检测性能、检测机器人的驱动方式、机器人的越障及控制等进行了研究,提出了该技术有关环节的研究思路、特点和要求,为进一步深入研究提供有益的参考。     

金属磁记忆管道检测机器人的应用研究

阐述了金属磁记忆检测技术的基本原理及磁记忆检测机器人的研究现状,针对存在的问题,基于形态分析法对不同驱动形式的机器人进行优选。提出了一种适用于150mm管径的螺旋轮式机器人驱动系统,对机器人的动力系统和检测单元进行设计,为长输管道磁记忆检测机器人的结构设计和优化提供了有益参考。     

全液压驱动管道机器人公理化设计

随着管道机器人应用领域与任务需求的不断增大,机器人设计中存在的问题日益突出,如输出功能相互耦合、定位精度不高以及复杂环境下可靠性低。针对石油水平井对于管道机器人的特殊应用需求,将公理化设计理论应用到机器人系统设计中,创新设计一种基于挠性支撑结构的全液压驱动管道机器人。概述公理化基本原理与设计过程,对全液压驱动管道机器人进行概念设计,完成设计耦合性分析。确定机器人机械系统与液压系统具体结构组成,并分析其工作机理。应用AMESim软件,对机器人运动原理方案进行仿真分析,结果表明:全液压驱动管道机器人可以实现自动往复运动,牵引力可以达到30 kN,运动速度可以达到0.12 m/s;机器人牵引能力与运动速度可以完成单独调节,从而实现解耦设计。     

机器人操作空间加速度信号应用研究

机器人力控制存在着动力学不稳定性问题，即系统响应速度和稳定性之间的矛盾。在操作空间一级引人加速度正反馈，既能使系统的响应频带变宽，又能提高系统阻尼。这种方法能有效地提高机器人对高刚度环境的适应性，使力控制的动力学不稳定性问题得到明显地缓和；另外本文研究了用加速度积分信号代替位置差分速度信号来消除差分噪声，提高力控制精度方法的应用前景。     

非对称通气空泡多相流场特性研究

通气空泡的非对称介质分布将影响其水动力特性,继而影响空泡稳定控制,目前对其流动特性的认识较为局限.为揭示非对称通气空泡的流动机理,基于循环水洞实验及数值仿真开展了多相流场特性研究.结果 表明:非对称流动导致空泡形成非对称沾湿区,依据流动介质的不同,非对称沾湿区可分为透明气相区、水气混合区及沾湿区.水气混合边界由底端母线...     

转速对动态旋流器流场影响的数值分析

根据计算流体力学方法,对采用不同转速的动态旋流器流场进行数值模拟,深入分析了转速对动态旋流器切向速度、静压以及湍动能的影响。计算采用雷诺应力模型和混合物模型。结果表明:转速对动态旋流器切向速度和静压影响非常大,不但影响其数值大小,对其分布趋势也产生明显影响;转速对动态旋流器湍动能的影响主要集中在旋转栅附近,在转筒后半段转速对湍动能的影响明显弱化,适当提高转速甚至有抑制湍流的作用。     

槽头式野战管线水击波速计算方法研究

按照弹性水击理论,管线内发生水力瞬变时,其水击波速取决于管子的弹性、流体的可压缩性和管子受约束的情况。对于给定的输送介质,焊接式固定输油管线的水击波速是一个常数。而槽头式野战管线采用连接器连接,胶圈密封,这种特殊的连接方式改变了管子整体的弹性摸量,从而使水击波速的常规计算方法不再适用。本文研究了野战管线连接器连接方式时水击波速的影响,实验研究了在受到约束时,橡胶的弹性模量随所受压力的变化而变化的规律,推导出野战管线水击波速平均计算方法,推导的公式表明:与焊接式固定管线不同,野战管线的水击波速随管线内压力的增大而增大。     

Influence of process parameters on physical dimensions of AA6063 aluminium alloy coating on mild steel in friction surfacing

An attempt is made in the present study to obtain the relationships among process parameters and physical dimensions of AA6063 aluminium alloy coating on IS2062 mild steel obtained through friction surfacing and their impact on strength and ductility of the coating. Factorial experimental design technique was used to investigate and select the parameter combination to achieve a coating with adequate strength and ductility. Spindle speed, axial force and table traverse speed were observed to be the most significant factors on physical dimensions. It was observed that the thickness of the coating decreased as the coating width increased. In addition, the width and thickness of the coatings are higher at low and high torques. At intermediate torque values, when the force is high, the width of the coating is high, and its thickness is thin; and when the force is low, the width and thickness are low. The interaction effect between axial force(F)-table traverse speed(Vx) and spindle speed(N)-table traverse speed(Vx) produced an increasing effect on coating width and thickness, but other interactions exhibited decreasing influence. It has also been observed that sound coatings could be obtained in a narrow set of parameter range as the substrate-coating materials are metallurgically incompatible and have a propensity to form brittle intermetallics.     

一种用于机器人力反馈依从控制的计算机体系结构

本文提出了一种用于机器人力反馈依从(Compliance)控制的计算机体系结构—MIMD 型的多微机并行处理系统,并从硬件系统结构和系统软件两方面予以了说明。该系统是为完成一项实际科研任务而设计的,它能有效地实现机器人力/位置混合控制中多任务的并行处理,它的实现将使伺服控制周期缩短到5ms 以下,能满足各种机器人控制任务的需要。