一種機械式管道清淤機器人的設計

一種機械式管道清淤機器人的設計沈體強摘要：文章設計了一種機械式管道清淤機器人，主要通過電動缸控制清淤斗升降和翻轉的方式完成清淤工作。介紹了清淤機器人的系統(tǒng)組成和工作原理，確定了主要技術參數(shù)。該機械式管道清淤機器人的研究，開辟了一條解決排水管道淤積堵塞問題的道路。關鍵詞：機械式；管道清淤機器人；設計；研究概述隨著我國城市的建設和人民生活水平的提高，各省市的用水量不斷增加，隨之排水管道的排水量也不斷增加。而人們所排放的生活垃圾、工廠所排放的工業(yè)垃圾以及建筑垃圾等經(jīng)常導致排水管道淤泥沉積，如果不按時清理，必然導致管道堵塞，污水溢流。不僅會污染環(huán)境，還可能妨礙交通運輸?shù)恼＿\行，甚至給人們正常的生活帶來困擾，損害市容市貌，給國家和人民造成巨大的經(jīng)濟損失。我國排水管道的分布非常廣泛，管道內(nèi)部環(huán)境更是復雜多變，所以城市排水管道的清理和維護工作非常棘手。目前，大多數(shù)情況下只能通過人工作業(yè)的方式進行清理，且清理效果不是很有效。然而管道里往往含有一些有毒氣體，給工人的工作帶來了非常大的困難，而且容易對工人的身體健康造成傷害。于是，我們設計了一種機械式管道清淤機器人，能夠安全高效的清理管道淤泥，為城市管道清理工作提供了一種新的解決方法[1]-[3]。清淤機器人的系統(tǒng)組成及工作原理2.1清淤機器人的系統(tǒng)組成機械式管道清淤機器人主要由機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分組成。如圖1所示，機器人的機械系統(tǒng)主要包括清淤斗清淤機構部分和一體化箱體結構。機械式排水管道清淤機器人適用于管徑300mm以上的排水管道，在管道內(nèi)的空間是有限的，因此，機器人的整體結構參數(shù)要盡可能的小并且要保證輸出穩(wěn)定的清淤力［4］。整機結構設計方面要著重考慮清淤機器人在管道中的密封問題，從機械設計的角度提高密封的可靠性，我們采用一體化箱式結構提高機器人的密封性［5］。清淤機器人的總體結構設計采用輪式行走機構，以蓄電池為動力源，以電動缸驅動力控制清淤斗的升降和翻轉。機械式清淤機器人的結構原理，如圖2所示。清淤機器人的清淤機構為了適應管道的復雜環(huán)境，并能夠節(jié)能高效的完成管道的清淤作業(yè)，設計了一種靈活可靠的組合清淤結構［6］。該機構由清淤斗、電動缸、連桿機構組成。清淤機構的三維模型圖，如圖3所示。清淤斗機構可以在管道中完成舉升翻轉的動作，其中清淤斗的舉升和翻轉主要由兩組同步的電動缸來完成，采用電動缸可以很好地實現(xiàn)機構的同步運行，使機構的受力更加均衡，運行平穩(wěn)，連桿機構的各關節(jié)連接處都裝有軸承，減小了機構的磨損［7］。清淤斗機構的舉升裝置可有效保證機器人車體在管道中的暢通運行，提高了清淤機器人的清淤效率，翻轉機構可快速高效的將淤泥倒出，由于管道中環(huán)境復雜，清淤機構各關節(jié)連接處均采用密封裝置，提高了機構的使用壽命。清淤機器人的工作原理機械式清淤機器人適宜于管道中淤泥少于50%的情況，假設管道中的淤泥少于50%，清淤機器人的工作過程可分為四個部分。將清淤機器人從窨井井口投放到工作管道，調整清淤斗機構的舉升裝置，使清淤斗位于一個合適的位置，保證其在空載時不會影響機器人的正常行走。清淤機器人到達工作位置后，工作人員在地上通過監(jiān)控設備觀察管道，調整清淤機器人的舉升翻轉機構，使清淤斗的弧形底部，與管道底部相接觸，啟動清淤機器人的行走驅動系統(tǒng)，視具體情況控制機器人的移動路線，通過拖動清淤斗，將管道內(nèi)的淤泥收入斗中［8］。當淤泥達到清淤斗的最大儲存量時，調整清淤斗的舉升翻轉機構，使清淤斗處于一個合適位置，使其不影響機器人的移動，保證淤泥不會從斗中漏出。當清淤機器人移動至檢查井井口位置時停止，清淤斗的翻轉機構，將淤泥卸在窨井井口附近，然后使用其他裝置把淤泥運出窨井。清淤機器人主要技術參數(shù)的確定自主式清淤機器人的主要技術參數(shù)如下：適用管徑：300?2000mm；口移動速度：2?10m/min；口清淤能力：10kg/次；口最大越障高度：100mm；機械式清淤機器人在管道內(nèi)部清淤作業(yè)，排水管道內(nèi)部空間有限，清淤機器人的總體尺寸受到限制。為了使清淤機器人能夠順利從窨井井口進入工作管道，機器人的總體尺寸不能太大［9］。為了避免清淤機器人的總體尺寸過大而使機器人不能正常進入工作管道而卡在窨井和排水管道的交叉地帶的情況發(fā)生，分析了清淤機器人的結構參數(shù)對機器人的可通過性的影響。當清淤機器人的總體尺寸小于窨井口尺寸時，清淤機器人能夠順利通過窨井而進入工作管道。反之，當清淤機器人的總體尺寸大于窨井口尺寸時，機器人肯定會卡住。于是經(jīng)計算可知，清淤機器人的總體尺寸如下：長約為1200mm，寬約為口400mm，高約為400mm?？诮Y語本文設計了一種機械式管道清淤機