亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        管道機器人清淤裝置設(shè)計與動力特性研究

        2018-08-28 06:45:20,,,
        機械與電子 2018年8期
        關(guān)鍵詞:清淤扇形運動學(xué)

        ,,,

        (沈陽建筑大學(xué)機械工程學(xué)院,遼寧 沈陽 110168)

        0 引言

        城市管道的擁堵將直接導(dǎo)致城市排水困難進而引發(fā)內(nèi)澇和污水溢出等許多影響生活和環(huán)境的重大問題[1-2]。目前的清淤方式有高壓水槍法[2]、絞車法[3]、化學(xué)法[4]等;但上述清淤方法都有自身的局限性,而采用管道清淤機器人進行清淤可以克服上述不足,也是建設(shè)現(xiàn)代化城市和加強環(huán)保的需要,從而引起科研人員的廣泛關(guān)注[5-6]。

        目前,國內(nèi)外對清淤裝置的研究很少,缺少對管道復(fù)雜性的考慮,嵇鵬程[6]、崔曦元[7]、Nguyen[8]等設(shè)計的清淤裝置可實現(xiàn)強力切削。上述清淤裝置在一定程度上解決了管道清淤的一些問題;但其清淤裝置簡單,清淤功能單一,無法實現(xiàn)過載保護和管道自適應(yīng)能力。因此設(shè)計了一種可以應(yīng)用于復(fù)雜工況的清淤機器人,并對其清淤裝置進行動力特性分析,用以研究其清淤作業(yè)的穩(wěn)定性與可行性。

        該清淤盤為旋轉(zhuǎn)彈簧質(zhì)量系統(tǒng),對該系統(tǒng)進行動力特性研究。郝兵等利用特征線法對彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)進行了計算[9];陳強等為了分析移動載荷作用下梁的動態(tài)響應(yīng)問題,建立了移動振動質(zhì)量系統(tǒng)作用下梁的動力學(xué)模型[10];劉占芳等為探討在離心振動復(fù)合環(huán)境下的動力學(xué)行為,建立了旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的動力學(xué)方程[11]。對清淤裝置進行了設(shè)計和基于旋轉(zhuǎn)運動下的彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)的動力特性研究,結(jié)果表明,該裝置滿足清淤作業(yè)要求,運動穩(wěn)定。

        1 清淤裝置及工作原理

        1.1 清淤裝置

        管道清淤機器人由清淤部分、輪式行走部分、步進部分組成,如圖1。輪式行走部分和步進部分屬于前進部分,為清淤裝置提供前進動力;清淤部分旋轉(zhuǎn)運動進行清淤作業(yè)。該清淤裝置由支撐裝置和清淤盤組成,見圖2。

        圖1 管道清淤器人整機結(jié)構(gòu)

        1.2 清淤裝置工作原理

        污泥的黏度隨著攪拌轉(zhuǎn)速的增大而快速降低,在攪拌轉(zhuǎn)速達到20~100 r/min時污泥的黏度急劇下降達到平衡,污泥的黏度下降率達到94%,并趨于一個穩(wěn)定值(極限黏度)[12]。依據(jù)該結(jié)論,確定清淤盤的轉(zhuǎn)速為20~100 r/min。根據(jù)排污管道污水的流速范圍,確定清淤裝置前進方向的速度為0~2.5 m/s。表1為清淤機器人工作的實際工況參數(shù)。

        清淤裝置工作原理為:清淤盤隨主軸一起沿著管道軸線轉(zhuǎn)動,前進裝置推動清淤裝置沿著管道軸線平動,支撐裝置承受來自清淤盤的徑向和軸向力,如此清淤盤的合成運動為螺旋式前進運動,在該運動下清淤裝置采取刮削—攪拌—過濾—推進—自流沖刷的清淤方式。在清淤過程中,刮刀將管壁上的附著物刮掉,并將污泥攪拌至推移狀態(tài);而后隨著機器的前進和水流的作用使得滿足直徑的污泥顆??赏ㄟ^過濾網(wǎng),而不滿足的顆粒和雜物可由清淤盤推進到下一個檢查井處為止,并通過吸污車等其他方式在檢查井處取走污泥;過濾后的污水可通過排水管道的自流進行沖刷,將滿足推移質(zhì)的雜物沖走。

        圖2 清淤裝置半剖圖

        該裝置可獲得高速和大推力的前進動力,具有復(fù)合式清淤功能,整體結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)管道自適應(yīng)性和過載保護功能,可完成復(fù)雜的清淤任務(wù)。根據(jù)工況參數(shù)設(shè)定清淤裝置的工作能力參數(shù),見表2。

        表1 清淤裝置的工況參數(shù)

        表2 清淤裝置的工作能力參數(shù)

        2 清淤盤運動分析

        對清淤裝置進行運動學(xué)分析,研究其清淤狀態(tài)下的運動狀態(tài)和過程,分析該運動對清淤作業(yè)的可行性,并通過運動仿真和曲線擬合確定扇形盤運動規(guī)律,為動力學(xué)分析提供參考。

        2.1 運動學(xué)模型的建立

        建立坐標(biāo)系O-xyz,清淤盤的運動是沿著Oz的平動和繞著Oz的轉(zhuǎn)動,運動簡圖如圖3,其中r為扇形盤質(zhì)心距旋轉(zhuǎn)中心的距離。

        圖3 清淤盤螺旋運動簡圖

        在時間t內(nèi)清淤盤沿著Oz平動位移矢量為S1,繞著Oz轉(zhuǎn)動的位移矢量為S2。取一扇形盤作為研究對象,其在管道內(nèi)的坐標(biāo)矢量方程為:

        S=S1+S2=Sx+Sy+Sz

        (1)

        對(1)式進行矢量分解并轉(zhuǎn)化為矩陣形式有:

        (2)

        螺旋運動的合成速度可表示為V=V1+V2=Vx+Vy+Vz,V2=ωt,有:

        (3)

        式(3)是清淤盤質(zhì)心點的速度方程。

        螺旋運動的合成加速度可表示為a=ax+ay+az,有:

        (4)

        由此可根據(jù)清淤裝置上任意一質(zhì)點的初始位姿即可求得映射的位姿。

        應(yīng)用MATLAB軟件對Sx的位移、速度和加速度的運動進行仿真,將其與下文中ADAMS軟件的運動仿真曲線進行對比,以驗證數(shù)學(xué)建模的正確性,擬合曲線如圖4。

        圖4 扇形盤質(zhì)心在Y方向的運動擬合曲線

        2.2 運動學(xué)仿真分析

        將三維模型導(dǎo)入到ADAMS當(dāng)中,設(shè)置驅(qū)動,對清淤盤進行運動學(xué)仿真分析,仿真參數(shù)設(shè)置見表3,為了更清晰的表示真實情況下的運動狀態(tài),運動仿真考慮滑道內(nèi)彈簧的作用,得到扇形盤質(zhì)心的運動學(xué)仿真曲線如圖5。

        表3 清淤裝置運動仿真設(shè)置

        圖5 扇形盤質(zhì)心旋轉(zhuǎn)仿真曲線

        圖6 扇形盤質(zhì)心合成的運動曲線

        仿真結(jié)果分析:

        ①由圖4、圖5,扇形盤質(zhì)心基于MATLAB運動曲線與基于ADAMS的運動仿真曲線一致,驗證了運動學(xué)數(shù)學(xué)建模的正確性。

        ②由圖5,位移與速度曲線周期性均勻變化,而加速度呈周期性不規(guī)則變化,這是由于扇形盤與基盤滑道之間由彈簧支撐,仿真時考慮了真實狀態(tài)下彈簧的作用,在運動過程中對加速度產(chǎn)生影響。

        ③如圖6,位移呈線性增加,曲線平滑;速度圍繞3.162 5 m/s呈周期性均勻波動,且在最高點和最低點處速度變化明顯;加速度曲線貼近0 mm/s2不均勻波動。

        運動學(xué)分析確定了扇形盤在管道內(nèi)的運動為螺旋前進運動,清淤盤的運動狀態(tài)平穩(wěn),滿足四位一體清淤作業(yè)的運動要求。

        3 清淤盤動力特性分析

        清淤盤在實際工作中會受到自身重力、彈簧力、未知的慣性力和切削阻力的影響,所以為研究清淤盤實際工作的運動可行性和穩(wěn)定性,從正、反兩個方面對清淤盤進行動力特性研究,一是在主軸輸入轉(zhuǎn)矩的前提下得到清淤盤的運動狀態(tài)和受力關(guān)系;二是在給定驅(qū)動的前提下得到運動狀態(tài)和受力關(guān)系。在運動學(xué)的基礎(chǔ)上,通過動力特性的研究可以更準(zhǔn)確的分析運動與受力的關(guān)系,為電動機、彈簧的選取提供合理的依據(jù),清淤盤動力學(xué)簡圖如圖7。

        圖7 彈簧-質(zhì)量動力系統(tǒng)簡圖

        3.1 動力學(xué)建模

        (5)

        m為扇形清淤盤的質(zhì)量;c為彈性系統(tǒng)阻尼,c=0;k為彈簧剛度系數(shù),k=10 N/mm;F為彈簧彈力矢量,始終沿著滑道指向背離圓心方向;G為質(zhì)點重力矢量,始終指向軸負方向;f為質(zhì)點慣性力,f=mω2r,始終沿著滑道指向背離圓心方向;θ為旋轉(zhuǎn)角度,設(shè)質(zhì)心為A,則θ=∠AOx;200 mm≤x≤250 mm,200 mm≤y≤250 mm。

        式(5)表示扇形盤在旋轉(zhuǎn)時任意位姿的運動及受力狀態(tài)。

        3.2 清淤盤動力學(xué)正問題仿真分析

        動力學(xué)正解分析即是在輸入驅(qū)動力、阻力及彈簧預(yù)壓力的條件下,研究清淤盤的運動狀態(tài)和彈簧引起的碰撞力狀態(tài),進而判斷其工作穩(wěn)定性和可行性。對清淤盤進行動力學(xué)仿真,根據(jù)表2設(shè)置仿真參數(shù),見表4。

        表4 動力學(xué)仿真設(shè)置

        仿真結(jié)果分析:

        ①由圖8,運動狀態(tài)與運動學(xué)仿真分析結(jié)果一致。

        ②由圖9,碰撞力圍繞25 N波動,隨著轉(zhuǎn)速的增加,碰撞力曲線會發(fā)生突變,最大碰撞力接近100 N。

        圖8 扇形盤質(zhì)心在Y方向的運動曲線

        ③由圖10,在運動初期彈簧力有一瞬間達到了接近200 N,但運動穩(wěn)定后彈簧力圍繞35 N小幅度的變動;彈簧的變形有一瞬間接近15 mm,穩(wěn)定后圍繞0 mm小幅度波動。

        動力學(xué)正問題分析確定了清淤盤的運動狀態(tài)與運動學(xué)仿真一致,得到彈簧的受力與振動幅度和滑塊的碰撞力的數(shù)值范圍,為動力學(xué)逆問題研究提供參考。

        圖9 扇形盤與螺塞在Y方向的碰撞力及位移曲線

        圖10 彈簧受力及位移曲線

        3.3 清淤盤動力學(xué)逆問題仿真分析

        動力學(xué)逆解分析即是研究在輸入確定的旋轉(zhuǎn)速度,得到清淤盤的運動狀態(tài)和主軸轉(zhuǎn)矩,以及彈簧引起的碰撞力,用以驗證該裝置運動可行性,確定驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)矩。仿真設(shè)置驅(qū)動轉(zhuǎn)速為100 r/min,推進速度2.5 m/s,阻力為0,其他設(shè)置同表4。仿真曲線如圖11~圖13。

        仿真結(jié)果分析:

        ①由圖11,滑塊與螺塞的碰撞力圍繞25 N周期性波動,最大值為65 N;滑塊位移圍繞0 mm上下波動,最大值為4.5 mm。

        ②由圖12,彈簧位移圍繞0 mm不均勻波動,最大值為5 mm;彈簧力圍繞35 N不均勻波動,最大值為75 N。

        ③由圖13,在阻力為0的前提下,為達到預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速,主軸轉(zhuǎn)矩在0 N·m范圍內(nèi)不規(guī)則波動,最大值接近25 N·m。

        動力學(xué)逆問題分析了在給定驅(qū)動時得到驅(qū)動所需的轉(zhuǎn)矩,彈簧振動幅度與受力,以及碰撞力數(shù)值,與動力學(xué)正問題形成對比驗證,說明彈簧的吸收能量的作用,其運動狀態(tài)穩(wěn)定,滿足清淤作業(yè)運動要求,并為驅(qū)動電機和彈簧的選擇和結(jié)構(gòu)的強度校核提供參考。

        圖11 扇形盤與螺塞在Y方向的碰撞力及位移曲線

        圖12 彈簧受力及位移曲線

        圖13 驅(qū)動轉(zhuǎn)矩曲線

        4 結(jié)束語

        基于SolidWorks和ADAMS建立了管道清淤裝置的虛擬樣機模型,對其進行機構(gòu)原理和動力特性分析得出如下結(jié)論:

        ①清淤方式為刮削—攪拌—過濾—推進四位一體,清淤功能多樣靈活,具有過載保護功能,可適應(yīng)管道復(fù)雜的淤積工況,完成復(fù)雜清淤作業(yè)任務(wù)。

        ②動力學(xué)分析驗證了清淤運動的合理性;彈性振動幅度小,曲線光滑運動平穩(wěn),對清淤作業(yè)沒有影響;其動態(tài)特性良好,滿足清淤裝置清淤作業(yè)運動的可行性和穩(wěn)定性,為管道清淤裝置的深入研究提供參考。

        猜你喜歡
        清淤扇形運動學(xué)
        市政道路軟基清淤回填施工技術(shù)實踐與探討
        各種各樣的扇形
        基于MATLAB的6R機器人逆運動學(xué)求解分析
        基于D-H法的5-DOF串并聯(lián)機床運動學(xué)分析
        探源拓思融會貫通
        ———《扇形的認(rèn)識》教學(xué)廖
        復(fù)扇形指標(biāo)集上的分布混沌
        基于運動學(xué)原理的LBI解模糊算法
        雙足機器人運動學(xué)分析與仿真
        力士德清淤挖掘機
        板集煤礦主井井筒快速清淤施工技術(shù)
        河南科技(2014年7期)2014-02-27 14:11:06
        亚洲狠狠婷婷综合久久| 国产91精品在线观看| 中国一级特黄真人片久久| 亚洲中文字幕无码av| 国产真实乱人偷精品人妻| 国产色噜噜| 九九日本黄色精品视频| 亚洲一区二区三区偷拍厕所| 97精品久久久久中文字幕 | 亚洲人成亚洲精品| 免费一级国产大片| 成人自拍偷拍视频在线观看| 国产又大又黑又粗免费视频| 久久久久麻豆v国产精华液好用吗 欧美性猛交xxxx乱大交丰满 | 久久蜜臀av一区三区| 好大好爽我要高潮在线观看| 污污内射在线观看一区二区少妇 | 欧美大成色www永久网站婷| 人妻少妇偷人精品无码| 超短裙老师在线观看一区| 洲色熟女图激情另类图区| 国产精品亚洲一区二区三区在线 | 热re99久久精品国产99热| 久久久久久久国产精品电影| 视频区一区二在线观看| 精品无人码麻豆乱码1区2区| 白嫩少妇激情无码| 看全色黄大色大片免费久久久| 国产毛片av一区二区| 亚洲男人av天堂午夜在| 国产精品18久久久久久不卡中国| 亚洲一区二区三区av天堂| 2018天天躁夜夜躁狠狠躁| 国产福利姬喷水福利在线观看| 国产裸体AV久无码无遮挡| 国产一区二区三区我不卡| 国产操逼视频| 国产情侣一区在线| 亚洲一区二区三区成人网| 人妻少妇中文字幕乱码| 97超在线视频免费|