管道除垢機器人的系統設計

摘要：隨著社會的發展和科學技術的進步，機器人對人們的日常工作和生活產生了很大的影響。作為特殊機器人的重要分支，管線機器人可以在復雜而可變更的管線環境中工作，因此倍受關注。經過幾年的深入研究，科技取得了前所未有的發展，但總體應用水平還很低。因此，關于管道機器人技術的研究具有重要的科學意義和廣泛的經濟發展前景。管道內壁的縮放存在大的硬度，復雜的外觀，高速再縮放速度等問題，并且很難去除灰輸送管線的尺度。關于灰管道枯竭問題，國內外進行了相關研究，形成了各種管道清洗工法，但存在缺點。

關鍵詞：除垢;管道機器人;高壓水射

引言

管道正常工作在縮放后受到影響。其結果是，灰排出系統的消耗功率增大，泵輸出下降，灰漿和灰水不能正常排出，影響發電廠的運轉。具體的沖擊過程導致在管內壁堆積尺度層，減少管道內徑，減少有效流動面積，增加管內灰分水的流動阻力。為了節約水資源，有必要將發電站的灰排放系統內的灰分水通過返回管進行再利用，運送到現場。當管子中有縮放時，色標層使變速泵的葉輪卡住，不能正常工作。嚴重的情況下，鍋爐下部的灰、渣流管和流道噴嘴被切斷，導致生產事故。同時，灰輸送管線內壁的縮放存在大硬度，復雜外觀，高速再縮放速度等問題，這個問題非常困難。

1 高壓水射流除垢技術的優勢

高壓水噴氣式水流是一種非常集中的能量。噴氣式飛機撞擊材料表面，完成臟污的破碎和剝離。在加工工序中，作為介質吸收水，有很多其他方法沒有的優點。首先，高壓水噴射清洗不會損傷清洗材料的表面。根據所清洗的材料的強度和硬度以及所清洗的標度層的強度和硬度，選擇合理的噴氣加工參數（主要是工作壓力、流動、目標距離等）后，高壓水噴射可以消除色標層而不會損傷清洗過的物體。

第二，高壓噴射器清洗具有高效率的特性。當高速噴氣式飛機撞擊材料時，材料在接觸后幾微秒被剝離。在清洗面積大的情況下，可以使用多個噴嘴來實現表面清洗。

最重要的是高壓水噴射清洗是無污染的特性。高壓水噴氣式飛機使用加入了石英砂等研磨劑的純水或水作為工作介質。廢液可以在不污染環境的情況下再生分離，具有沒有化學清洗法的優點。

目前已經應用或測試的防縮放和descaling技術的許多類型。根據它們的去除方法，它們大致可以分為化學方法和物理方法，但是這些方法的焦點是相同的：只要定標機制中斷了灰管定標的鏈周期的任何鏈接可以防止灰管的縮放。基本上有三個特別的想法。其一采取措施加速CaCO3的生成速率，使其在進入管道前結垢;其二采取措施推遲CaCO3的生成，使其通過管道之后結垢;其三不阻止管內形成結垢，采取一系列措施，使灰垢失去附壁能力，與灰一起被沖出管外。

本文所使用的高壓水噴射水流法是第三角度的構思，即，不會避免在管道內進行定標，但通過一系列防定標措施，其壁附著能力消失，并且很容易擠出管道。這個方案可以有效地避免環境污染的缺陷，管道腐蝕和化學去鹽方法的效率降低，并且可以實現煤灰輸送管道內壁的高效和清潔的去灰。

2管道除垢機器人主要部件結構設計

2.1機器人整體結構方案

管道除垢機器人利用了管內機器人技術和高壓水噴射剝離技術的優點。機器人拉高壓水管將噴槍運到解鎖管上，最大限度利用機器人行走和管線監控的優點，對環境污染、管道腐蝕、效率高、速度高、類似于高壓水噴射枯竭的優點。節水節約能源，低成本和高笛卡爾質量，實現了管道的高品質，高效和無污染的枯竭，可以有效地清潔地面和埋設管道。

管道除垢的機器人由機械殼、步行輪、往返旋轉式噴槍、照相機等構成。機殼外側以半徑方向120度間隔分布著3組步行車輪，2個步行車輪在軸方向水平分布。為了滿足管徑變化和旋轉直徑變化條件下的作業需求，設計了一種徑向調整裝置，用于步行車輪支撐體與機器人主體之間的連接。步行輪分為驅動輪和從動輪，共6組分為3組，間隔120度分布在機器人殼的外側。驅動輪通過減速機由DC馬達驅動。

機器人殼上配置有蝸輪齒輪減速馬達和不完全齒輪系統。減速器與馬達連接，輸出軸通過結合與不完全齒輪系統的輸入軸連接，齒輪系統的輸出軸與高壓噴槍連接。不完全齒輪系統能把馬達的連續旋轉運動變換成180嗎？旋轉運動通過驅動噴槍實現往復旋轉，避免了強制旋轉噴槍密封的問題。往復運動的槍位于機器人的前端，由主軸驅動。噴槍的兩端設有噴嘴，通過滑動套管與噴槍連接，可進行徑向調整。相機位于機器人正面的上部，可水平旋轉。底座可以拆卸，配備了防水罩。為了在機器人上記錄機器人的位置，可以根據需要在機器人上安裝位移傳感器。

2.2驅動電機選型

主動輪由電機驅動，基本要求為大扭矩、低轉速直流電機，工作電壓為DC12V，在滿足性能指標同時兼顧經濟性的情況下，選擇體積較小類型的電機。

經比較，主動輪驅動電機選擇渦輪蝸桿減速電機，主要考慮其具有輸出扭矩大、結構緊湊機體小、安裝方便等優點。

經查設計手冊以及咨詢生產廠家，選定位深圳某公司生產的D59型，主要工作參數為：

電壓U1：DC12V;

功率P1：50W;

轉速m：10r/min。

2.3不完全齒輪設計

根據機器人的工作要求，不完全的齒輪系統縱向配置在機器人的空腔中，其輸出軸位于機器人的前端，與主體的中心同軸。齒輪系統的輸入軸與電動機的輸出軸連接。然后，輸出軸從機器人主體的前部的蓋延伸，驅動噴槍。布局方案在圖2中示出。

受機器人腔體較小空間限制，齒輪系統采用平行、等距布置3根軸，各軸上安裝完全齒輪或不完全齒輪的設計方案。具體方案是，齒輪系統外殼為一個橫截面與機器人機體相同的齒輪箱，齒輪箱上前端面與機器人殼體前端面連接，后端面與電動機驅動電機直連。齒輪箱內平行、等距布置I軸、Ⅱ軸、Ⅲ軸，其中I軸安裝半齒輪I、半齒輪Ⅱ，Ⅱ軸安裝齒輪Ⅲ、齒輪IⅣ，Ⅲ軸安裝齒輪V、齒輪Ⅵ，安裝時半齒輪齒輪I、Ⅱ中心線呈60？交錯。嚙合關系為：半齒輪I與齒輪Ⅲ、半齒輪Ⅱ與齒輪VI、齒輪IV與齒輪V相互嚙合。具體方案如圖3所示。

2.4噴頭結構設計

噴嘴由噴嘴及其他部件構成，具有旋轉、饋電、多光束等功能。噴嘴在整體的水噴射裝置中起著重要的作用。噴嘴分為固定噴嘴、強制旋轉噴嘴、二維旋轉噴嘴、三維旋轉噴嘴、真空噴嘴和水切噴嘴。

機器人采用了雙重噴嘴，在獨立噴嘴上安裝了兩個噴嘴。這種固定形式通常被稱為單個孔噴嘴。

工程應用程序的共同連接方法是，噴嘴主體的一端通過U-PIN快速連接器與高壓膠管直接連接。這種連接方法具有連接，分解和安全性高的優點，但缺點是大容量和緊湊的結構。這個方式不能適用于這個產品。

橡膠軟管和噴嘴主體預計通過管線連接來連接。這種方法具有緊湊的結構和少量的最大優點。但是，機器人噴嘴主體和橡膠軟管的連接和分解并不頻繁，不方便的分解問題并不顯著。

一般來說，噴嘴機構的設計中考慮的主要因素主要包括以下幾點：與材料、尺寸、加工技術等設計特性相結合，噴嘴機構的設計要求主要包括：二）滿足結構強度要求。密封要求4緊湊結構和經濟要求具體設計方案如圖4所示。

3結論

管道機器人屬于特殊機器人的分支。在結構上，它是一種可以沿著管線內表面穩定移動的機械電子裝置。

根據管線污垢的特性和失諧狀態，開發了一種具有德斯林致動器的電纜管線機器人，目的是非破壞性脫鹽灰輸送管線。這種方法具有腐蝕、污染、成本低、勞動強度低、速度快、效率低的優點。為了解決灰排放管道的去垢問題，有實際意義和經濟價值。另外，本文討論的管道脫落機器人系統具有廣泛的參考值。在改進了幾個結構和功能之后，可以應用于其他類似的領域。

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作者簡介：湯方麗（出生年月-1987—1）女，漢族，遼寧省朝陽人，現就職沈陽科技學院，講師，研究生，研究方向：過程設備設計。