膨氣動穿孔機(jī)的傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)含SW三維及13張CAD圖

膨氣動穿孔機(jī)的傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)含SW三維及13張CAD圖,氣動,穿孔機(jī),傳動系統(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。通過對國內(nèi)外非開挖技術(shù)中可控氣動沖擊矛沖擊結(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)動裝置的參數(shù)方程，分析了主要參數(shù)對輸出能力的影響。根據(jù)分析結(jié)果，對驅(qū)動裝置的沖擊能力進(jìn)行了測試，驗(yàn)證了沖擊能力的理論結(jié)果。測試結(jié)果表明，該驅(qū)動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 非開挖技術(shù) 驅(qū)動裝置 測試能力 一、 引言 隨著城市的快速發(fā)展，從1970年初開始，非開挖技術(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、檢查、修理、更新和鋪設(shè)各種地下管道或電纜等。目前非開挖技術(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，以及各種非開挖管道修復(fù)檢測技術(shù)。其中氣動沖擊磨具是一種非常普及的設(shè)備，它具有設(shè)備簡單、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)了無閥氣動沖擊器。后來，美國維爾梅爾公司的德國人Tracro Tealk相繼開發(fā)出相同的產(chǎn)品。2000德國日照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，將頭部帶動成一定角度，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)軌跡。往復(fù)運(yùn)動的輸出功率，創(chuàng)造了先進(jìn)的驅(qū)動力，完成了鉆孔施工，為沖擊力的特性提供了參考。 二、 驅(qū)動裝置的設(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)動裝置的設(shè)計(jì)思想，并對其工作能力進(jìn)行了分析。現(xiàn)在，讓我們來介紹一下它的理論。 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)在沖擊活塞上開有從前后空腔連接的氣孔。沖擊活塞的運(yùn)動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)動裝置的動力來自連接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)動裝置具有裝置簡單、零件少、質(zhì)量高、反彈功率小的特點(diǎn)。 驅(qū)動裝置分為每個(gè)部分和虛擬部分。驅(qū)動裝置的裝配〔5〕如圖3所示。新約結(jié)果表明，各部件總成不受干擾。 三、 傳動裝置的工作原理 驅(qū)動裝置活塞的往復(fù)運(yùn)動沖擊，其工作過程分為超前沖擊和回溯沖擊。 3.1級沖擊過程 在圖2中，活塞狀態(tài)處于開始階段。沖擊過程。根據(jù)氣體動力學(xué)過程工作時(shí)，活塞的提前沖擊過程被分為恒加速度、變加速和減速沖擊。 恒定加速度活塞移動位移 S1 活塞由壓縮空氣P0加速燃?xì)夤艿肋B接部分9通過燃?xì)夤艿繢至后氣腔（B）。隨著活塞的運(yùn)動，前氣體氣瓶內(nèi)的空腔（A）從前孔中排出。活塞與氣瓶間隙，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)動是恒定加速度，活塞位移是S1。 2、變速活塞運(yùn)動位移是S2 在移動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)為是絕熱過程，因?yàn)闀r(shí)間很短。同時(shí)，活塞運(yùn)動產(chǎn)生阻力，活塞運(yùn)動加速變化，S2活塞速度達(dá)到最大值。 3、減速沖擊 在移動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)動為減速沖擊，活塞位移為S3。最后，活塞以一定的速度沖擊氣瓶前部，提前沖擊過程結(jié)束，總活塞位移為s= s1+s2+s3。 3.2回溯沖擊過程 相反，回溯沖擊過程可以被認(rèn)為是逆推進(jìn)提前沖擊過程，并分離成反向恒定加速度變化。加速和減速沖擊氣體罐后蓋。相關(guān)回程活塞位移也是。因此，從活塞運(yùn)動開始，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本身。通過調(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)動裝置的參數(shù)和輸出能力方程。然后通過僅改變參數(shù)的分析，分析了主要參數(shù)對輸出能力的影響。氣體腔（A，B）的氣壓與活塞位移之間的關(guān)系如圖4所示。例如超前沖擊過程、驅(qū)動裝置上建立的參數(shù)動態(tài)方程如下。 驅(qū)動裝置的沖擊功（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)，對于空氣絕熱過程，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)減速沖擊時(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通過氣體腔A和B之間的分散作用來驅(qū)動氣體罐前蓋，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)算出來了。 活塞運(yùn)動周期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MATLAB編程，提出了驅(qū)動裝置的動態(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在恒定加速度下對沖擊功和沖擊速度產(chǎn)生了郵件效應(yīng)。 通過分析圖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，在減速沖擊過程中，影響可使活塞沖擊速度減小，回程速度增大。通過分析圖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性。 四、 能力測試實(shí)驗(yàn) 建立的測量系統(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）和沖擊力直接測試。主要性能參數(shù)的測試結(jié)果如圖10所示。 圖10中的沖擊功E由公式（15）定義。 其中： 沖擊力的測定時(shí)間S ； F1沖擊力測量 ，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)值的對比。 五、 結(jié)論 通過對配合裝置旋轉(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，該裝置的從動部分保持一定的運(yùn)動； 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)問題； 根據(jù)兩關(guān)節(jié)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)、旋轉(zhuǎn)分析了裙部運(yùn)動規(guī)律，導(dǎo)出了運(yùn)動學(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)。