管内恒力清刷机构及其动力学分析.PDF

中国科技论文在线 第 22 卷第 3 期 机器人　ROBO T V o l. 22,N o. 3 2000 年 5 月 　M ay, 2000 文章编号: (2000) 管内恒力清刷机构及其动力学分析 邓宗全　 姜生元　 李瑰贤　 陈　明　 李　斌　 宋月娥 ( 哈尔滨工业大学机械工程系　15000 1) 摘　要: 本文提出了一种可实现恒摩擦力矩的管内清刷机构, 并分别对该机构进行了静力学分 析和动力学建模与分析, 为该种机构结构参数设计提供了理论依据. 关键词: 管内机器人; 除锈清刷机构; 动力学分析 中图分类号: 　T P 24　　　　文献标识码: 　B 1　引言 在管内防腐喷涂补口作业中, 为使防腐涂料与管壁粘合牢固以提高防腐效果, 在喷涂作业 之前必须对管内壁进行除锈清刷处理. 清刷机构的结构参数和静、动力学特性是影响作业质量 的关键因素, 因此对其进行静力学和动力学的定量分析得出最优结构和运动参数, 对提高除锈 作业质量和管道使用寿命具有重要意义. 在此基础上, 我们开发了一种具有恒力特性的管内清 刷机构, 已经用于上海浦东国际机场航空输油管线的管内补 口机器人上. 使用表明, 该机构具 有结构简单、运行可靠、易于控制、清刷效果好等优点. 2　清刷机构工作原理及其静力学分析 2. 1　清刷机构组成及工作原理 根据管道防腐工艺要求, 防腐喷涂前管道 内壁必须进行除锈清刷处理. 管道直径小于 273 时, 一般采用一体式结构, 即由电机直接带动刷盘进行除锈处理; 管道直径大于 mm 273 时, 由于结构尺寸较大一般采用组合式结构. 对于 530 管道, 我们研制了一种组 mm mm 合式恒力离心清刷机构, 其结构如图 1 所示. 工作原理为: 电机带动回转臂 5 转动, 并依次带动 连杆 2 和刷轮 3 绕机器人轴心转动, 在离心惯性力作用下连杆和刷轮被甩开, 使刷轮压在管道 内壁 1 上, 弹簧 4 将反向拉动刷轮使其离开管壁. 当调节电机转速和弹簧刚度以及各杆长度 时, 可以调节作用在管道内壁上的正压力, 以调整除锈清刷作业效果. 为提高刷轮的使用寿命和除锈效果, 刷轮圆周上各点参加工作的机会必须相等. 为此我们 在刷轮轴处设计了一恒摩擦力矩锁紧机构, 其结构如图2 所示, 在机器人拖带清刷机构进入管 道之前, 调整螺母 6 的位置从而调定刷轮 2 和摩擦片间的正压力 , 假设接触处的正压力分布 Q 均匀, 则刷轮转动所需的力矩为M f , 可由下式计算: ( r3 - r3 ) 2 2 1 M f = Q 2 2 ( 1) 3 ( r2 - r1) 　　其中: ——摩擦系数; Q ——弹簧压力; r1 ——摩擦片内径; r2 ——摩擦片外径. 可见, 当系 基金项 目: 国家 863 计划智能机器人主题资助项 目. 收稿 日期: 1999- 06- 20