膨氣動(dòng)穿孔機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)含SW三維及13張CAD圖
膨氣動(dòng)穿孔機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)含SW三維及13張CAD圖,氣動(dòng),穿孔機(jī),傳動(dòng)系統(tǒng),設(shè)計(jì),sw,三維,13,cad
附錄1:外文譯文
穿刺泥漿機(jī)器人推進(jìn)沖擊性能研究
摘要
穿刺式泥漿機(jī)器人是一種可以在地球上自行行走的非開(kāi)挖裝置。在泥漿下主要可鋪設(shè)PE PPEPEVC光纖電纜,具有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展價(jià)值。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外非開(kāi)挖技術(shù)中可控氣動(dòng)沖擊矛沖擊結(jié)構(gòu)的研究,設(shè)計(jì)了穿刺泥漿機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置。敘述了設(shè)備的機(jī)械特性和工作原理,建立了器件三維模型,完成了器件虛擬裝配。這個(gè)推導(dǎo)了驅(qū)動(dòng)裝置的參數(shù)方程,分析了主要參數(shù)對(duì)輸出能力的影響。根據(jù)分析結(jié)果,對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的沖擊能力進(jìn)行了測(cè)試,驗(yàn)證了沖擊能力的理論結(jié)果。測(cè)試結(jié)果表明,該驅(qū)動(dòng)裝置能夠滿足穿刺功率的需要。本文可為穿孔泥漿機(jī)器人總體設(shè)計(jì)提供參考。
關(guān)鍵詞:鑿泥機(jī)器人 非開(kāi)挖技術(shù) 驅(qū)動(dòng)裝置 測(cè)試能力
一、 引言
隨著城市的快速發(fā)展,從1970年初開(kāi)始,非開(kāi)挖技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于地面鋪設(shè)管道。在一點(diǎn)點(diǎn)的情況下該技術(shù)可以檢測(cè)、檢查、修理、更新和鋪設(shè)各種地下管道或電纜等。目前非開(kāi)挖技術(shù)主要包括(1, 2)鋪砌技術(shù),如定向鉆進(jìn)、沖擊摩阻、易管法、水平螺旋鉆進(jìn)、管夯等,以及各種非開(kāi)挖管道修復(fù)檢測(cè)技術(shù)。其中氣動(dòng)沖擊磨具是一種非常普及的設(shè)備,它具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、投資少等特點(diǎn)。它的發(fā)展已有幾十年的歷史,莫斯科已在1960設(shè)計(jì)了無(wú)閥氣動(dòng)沖擊器。后來(lái),美國(guó)維爾梅爾公司的德國(guó)人Tracro Tealk相繼開(kāi)發(fā)出相同的產(chǎn)品。2000德國(guó)日照TracoTealk公司生產(chǎn)的定向撞擊鼴鼠是所有產(chǎn)品的最佳代表。其工作原理(如圖1)是由左側(cè)工人反饋沖擊錘的姿態(tài)參數(shù)。如果需要調(diào)整先進(jìn)的軌跡,正確的工人轉(zhuǎn)向定向管,將扭矩傳遞到轉(zhuǎn)向裝置,將頭部帶動(dòng)成一定角度,實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)軌跡。往復(fù)運(yùn)動(dòng)的輸出功率,創(chuàng)造了先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)力,完成了鉆孔施工,為沖擊力的特性提供了參考。
二、 驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)與虛擬裝配
本文借鑒了沖擊控制的特點(diǎn)(3, 4),根據(jù)穿刺泥漿機(jī)器人的工作原理,提出了機(jī)器人驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)思想,并對(duì)其工作能力進(jìn)行了分析?,F(xiàn)在,讓我們來(lái)介紹一下它的理論。
組裝、配氣桿芯、氣體分配極座、氣瓶背蓋、氣管道連接件等。其中,沖擊活塞總成3沖擊活塞、4回路部分和6活塞環(huán)部分。這個(gè)在沖擊活塞上開(kāi)有從前后空腔連接的氣孔。沖擊活塞的運(yùn)動(dòng)由氣隙與氣體分配極芯的配合反饋控制。為了避免活塞與缸內(nèi)壁的剛性接觸,減小摩擦力,連接部分使活塞保持浮箱。依靠自身的彈性,活塞環(huán)部分的作用防止氣體的釋放。驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)力來(lái)自連接9個(gè)氣體管道連接部件的空氣壓縮機(jī)。結(jié)果表明,該驅(qū)動(dòng)裝置具有裝置簡(jiǎn)單、零件少、質(zhì)量高、反彈功率小的特點(diǎn)。
驅(qū)動(dòng)裝置分為每個(gè)部分和虛擬部分。驅(qū)動(dòng)裝置的裝配〔5〕如圖3所示。新約結(jié)果表明,各部件總成不受干擾。
三、 傳動(dòng)裝置的工作原理
驅(qū)動(dòng)裝置活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)沖擊,其工作過(guò)程分為超前沖擊和回溯沖擊。
3.1級(jí)沖擊過(guò)程
在圖2中,活塞狀態(tài)處于開(kāi)始階段。沖擊過(guò)程。根據(jù)氣體動(dòng)力學(xué)過(guò)程工作時(shí),活塞的提前沖擊過(guò)程被分為恒加速度、變加速和減速?zèng)_擊。
恒定加速度活塞移動(dòng)位移 S1
活塞由壓縮空氣P0加速燃?xì)夤艿肋B接部分9通過(guò)燃?xì)夤艿繢至后氣腔(B)。隨著活塞的運(yùn)動(dòng),前氣體氣瓶?jī)?nèi)的空腔(A)從前孔中排出?;钊c氣瓶間隙,活塞(C)氣隙,間隙在氣體分配極芯和活塞孔之間,氣體分配極座的氣孔、氣體罐蓋與氣體管道之間的間隙連接到外部。氣隙與氣腔(B)之間的氣體密封采用氣體分配極CORE5的迷宮密封,因此氣腔(A)中的空氣壓力是恒定的,氣體腔(B)中的空氣壓力為P0=0.7~0.8 MPa。這里活塞運(yùn)動(dòng)是恒定加速度,活塞位移是S1。
2、變速活塞運(yùn)動(dòng)位移是S2
在移動(dòng)S1后,活塞孔(C)的氣體被完全密封。采用氣體分配磁極鐵心。氣腔(B)中的空氣壓力仍為P0,氣腔(A)中的空氣由極(C)密封。在這里,氣體腔(A)中的空氣被壓縮并被認(rèn)為是絕熱過(guò)程,因?yàn)闀r(shí)間很短。同時(shí),活塞運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻力,活塞運(yùn)動(dòng)加速變化,S2活塞速度達(dá)到最大值。
3、減速?zèng)_擊
在移動(dòng)S2后,活塞孔(C)被氣體取消。分配極核心與氣體空腔(B)連接。在這里,氣體管道(P0)中的空氣P0從氣腔(B)、通過(guò)活塞孔(C)、氣體管道和管道進(jìn)入氣體腔(A)。由于氣腔直徑(A)大于氣腔(B),氣腔(A)的作用力優(yōu)于氣腔(B),因此活塞運(yùn)動(dòng)為減速?zèng)_擊,活塞位移為S3。最后,活塞以一定的速度沖擊氣瓶前部,提前沖擊過(guò)程結(jié)束,總活塞位移為s= s1+s2+s3。
3.2回溯沖擊過(guò)程
相反,回溯沖擊過(guò)程可以被認(rèn)為是逆推進(jìn)提前沖擊過(guò)程,并分離成反向恒定加速度變化。加速和減速?zèng)_擊氣體罐后蓋。相關(guān)回程活塞位移也是。因此,從活塞運(yùn)動(dòng)開(kāi)始,基于活塞沖擊氣瓶的前后蓋,以一定的頻率和速度建立振動(dòng)本身。通過(guò)調(diào)整氣孔(C)和氣體分配極芯的起始位置,可以控制機(jī)器人在地球中前進(jìn)和回退的速度和方向。
四、主要參數(shù)對(duì)輸出能力的影響
從主參數(shù)到輸出的影響因素性能(如沖擊功、沖擊頻率等)驅(qū)動(dòng)裝置包括空氣壓力(P0)、活塞質(zhì)量(M)、每相位移(稱為氣體分配)。參數(shù)S1、S2、S3)。根據(jù)主要參數(shù)作為基本數(shù)據(jù),導(dǎo)出了驅(qū)動(dòng)裝置的參數(shù)和輸出能力方程。然后通過(guò)僅改變參數(shù)的分析,分析了主要參數(shù)對(duì)輸出能力的影響。氣體腔(A,B)的氣壓與活塞位移之間的關(guān)系如圖4所示。例如超前沖擊過(guò)程、驅(qū)動(dòng)裝置上建立的參數(shù)動(dòng)態(tài)方程如下。
驅(qū)動(dòng)裝置的沖擊功(E)為公式(1):
E= mv2 / 2 (1)
其中:沖擊活塞質(zhì)量,kg 。確定了沖擊裝置基本參數(shù)后的V活塞沖擊速度、M/S,活塞質(zhì)量與機(jī)械尺寸有關(guān),沖擊速度是空氣壓縮功。作為恒定加速度(位移為圖1的S1),空氣氣腔壓力(B)為P0,氣腔內(nèi)氣壓(A)為P1,活塞摩擦為常數(shù)F,故存在下界表達(dá)式:
t1=2s1a1 (3)
v1=2s1a1 (4)
其中:
在S1、M/S的S1、S/V1速度、位移S1相、A/S2 T1時(shí)間的加速加 s速
氣腔直徑D(b),氣腔直徑m(a),m為變加速(位移為圖4的S2);
從氣腔(B)中的空氣做功,從空氣中做功,氣體空腔(A)為負(fù),對(duì)于空氣絕熱過(guò)程,有 PVK=const,k為絕熱系數(shù)。所以有下面的公式:
其中:
PS腔內(nèi)氣體壓力(A)為位移S,MPa
兆帕 ;
氣腔中的V1初體積(A),M3 ;
活塞位移作為位移S的加速度,M2/S ;
K絕熱系數(shù),通常k=1.41 ;
K常 k = 1 . 4 1
公式(9)是從公式(5)、(6)、(7)中導(dǎo)出的。
起始條件是:T0=0,S0=0,V0=V1;
末端位移是:S1=S2,因此速度V2和時(shí)間T2;
可以在位移S2中進(jìn)行計(jì)算。
當(dāng)減速?zèng)_擊時(shí)(位移為圖4的S3),在氣腔(A,B)中存在壓縮空氣P0。所以活塞是driven通過(guò)氣體腔A和B之間的分散作用來(lái)驅(qū)動(dòng)氣體罐前蓋,因此存在下述表達(dá)式。
其中:
A3加速位移S3相,M/S2 ;
V3活塞沖擊速度,M/S ;
T3位移時(shí)間S3,S 。
相關(guān)超前影響時(shí)間Tc= T1+T2+T3。由
相同理論,回溯沖擊時(shí)間TB和速度V1
已經(jīng)計(jì)算出來(lái)了。
活塞運(yùn)動(dòng)周期T=Tc+Tb及相關(guān)頻率p=1/t?;厮輿_擊的起始速度由公式(13)定義。
其中:活塞撞擊后的V速度,M/S ;
沖擊機(jī)械的前進(jìn)速度,M/S ;
所有機(jī)器質(zhì)量均不包括活塞,千克 ;
e更新系數(shù),用于竊取偷竊,e=0.56 。
通過(guò)MATLAB編程,提出了驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)態(tài)仿真,其計(jì)算框架為:圖5。計(jì)算結(jié)果如圖6、7、8所示,VC是提前沖擊速度,VD是回溯沖擊速度。通過(guò)分析圖6可知,隨著S1的增大,沖擊功E和沖擊速度VC也隨之增大,頻率P和回程速度VD減小。這表明位移S1在恒定加速度下對(duì)沖擊功和沖擊速度產(chǎn)生了郵件效應(yīng)。
通過(guò)分析圖7可知,隨著S2的增加,沖擊功E和沖擊速度VC仍增大,但比S1的影響更為明顯。隨著加速度的減小,運(yùn)動(dòng)時(shí)間增加,頻率P也減小。通常,可以提高S2以提高輸出能力。
反之,在減速?zèng)_擊過(guò)程中,影響可使活塞沖擊速度減小,回程速度增大。通過(guò)分析圖8可知,隨著S3的增加,沖擊功E、沖擊速度VC和頻率P減小,回溯速度Vd增大。很明顯,S3是回溯速度的決定因素。因此,在一定的沖擊速度和工作條件下,適當(dāng)增加S3有利于提高裝置的振動(dòng)性。
四、 能力測(cè)試實(shí)驗(yàn)
建立的測(cè)量系統(tǒng)包括沖擊裝置,力傳感器,發(fā)射機(jī),電源,示波器、單片機(jī)采樣系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(如圖9)和沖擊力直接測(cè)試。主要性能參數(shù)的測(cè)試結(jié)果如圖10所示。
圖10中的沖擊功E由公式(15)定義。
其中:
沖擊力的測(cè)定時(shí)間S ; F1沖擊力測(cè)量 ,N。
學(xué)術(shù)價(jià)值與實(shí)驗(yàn)價(jià)值的比較空氣供氣壓力對(duì)沖擊能力的影響圖10。隨著供氣壓力的增加,沖擊功、沖擊速度和沖擊頻率均增大。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果與學(xué)術(shù)價(jià)值非常接近學(xué)術(shù)價(jià)值與實(shí)驗(yàn)價(jià)值的對(duì)比。
五、 結(jié)論
通過(guò)對(duì)配合裝置旋轉(zhuǎn)裙的設(shè)計(jì)和研究,得出如下結(jié)論:
1) 裝配設(shè)計(jì)
表明兩個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)配合裝置的裙部方案可以滿足水下航行器通道的工作空間,不存在干涉現(xiàn)象,并且結(jié)構(gòu)分析可知,該裝置的從動(dòng)部分保持一定的運(yùn)動(dòng); 2)壓縮的有限元模型
配套設(shè)備的阻力殼可作為基礎(chǔ)選材,優(yōu)化設(shè)計(jì)可解決基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)問(wèn)題;
根據(jù)兩關(guān)節(jié)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、旋轉(zhuǎn)分析了裙部運(yùn)動(dòng)規(guī)律,導(dǎo)出了運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。該方程可為控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
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氣動(dòng)
穿孔機(jī)
傳動(dòng)系統(tǒng)
設(shè)計(jì)
sw
三維
13
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膨氣動(dòng)穿孔機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)含SW三維及13張CAD圖,氣動(dòng),穿孔機(jī),傳動(dòng)系統(tǒng),設(shè)計(jì),sw,三維,13,cad
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