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水下机器人坐管作业机构设计与分析*

更新时间:2016-07-05

0 引 言

深海采矿扬矿管和海底油气输运管道在其服役过程中需要长时间经受管内流体冲蚀、海水腐蚀以及海底洋流的作用,随着作业时间的累积其作业的安全性必将不断下降。基于海底环境的特殊性,海底管道维护的条件也极其苛刻,对其检测、维修的难度大。一旦发生事故,将引起作业设备和作业工时的重大损失,并对周围海洋环境造成污染[1-4]。随着我国海底管道保有量和使用年限的增加,其在役检测和修复成为一个现实课题[5]

近年来,水下机器人技术得到了快速发展,在深海矿产资源探采领域亦逐步应用[6]。通过水下机器人进行管外作业是海底管道检修的重要方法,目前国内已有的水下作业机器人由于缺乏可以贴合管道外壁进行沿管道检修作业的专用工具,无法直接用于海底管道的检修作业。设计、开发一种用于水下作业机器人的沿管道检修作业专用工具,对于降低海底管道检测和修复作业成本、保障海底管道的长时间安全服役意义重大。

(2)河湖生态空间受挤压。河湖是城市生态空间的核心元素,是水生态文明建设的重要载体。但批复的城市总规一般是扩张性规划,河湖生态空间将受到挤压。在此背景下,应考虑如何优化空间结构,确保河湖面积不减少、功能不减弱、生态环境质量稳步改善。

1 坐管机构选型与设计

1.1 坐管机构选型

目前国内外对于沿管行走装置的研究中,坐管行走机构根据其运动形式主要分为如下4种[7]

(1) 气动蠕动式行走装置。该装置采用蠕动方式完成前进和后退,行走的动力来自于气缸。结构简单、控制方便,但行走速度受到限制。考虑到步进行走方式不便于海底管道的连续探测检查作业,另外由于海底管道在水下环境工作,海水的压力会使空气压缩严重,因此该方式不适用海底管道的检修。

(2) 关节式管道行走装置。该装置通过其两端的手爪交替抓紧管道实现沿管道的行走,通过各关节处的协调旋转还可以实现沿管道的翻转和扭转行走。能顺利通过弯管和T型管等特殊管段,但其结构复杂,可靠性低,因此不适用于对作业效率和可靠度具有较高要求的海底管道作业。

各位代表,刚才三个小组的代表都已经把每个组的论文汇报得非常详细而且精到,我这个学术总结其实是多余的,因为原来会议的议程上有这么一项,所以我尽量说得简单一些。这次会议提交的论文有47篇,后来会上又补了几篇,另外有11篇是存目的,存目的大部分论文也都在会上宣讲并且基本成文,这样共计有近60篇论文,应该说会议的材料是非常丰富的。

(4) 轮式管道行走装置。该装置通过轮子的转动实现沿管道前进,类似汽车的行进方式。该装置结构简单且控制方便,适宜在平滑的管道上行走,但在弯管和不规则管道上行走时容易发生运动干涉。由于海底管道一般很少出现变外径以及大角度转弯,且海底管道平铺在海底,基本没有需要攀爬的管段。因此选择轮式行走方式作为坐管和沿管道行走的机构形式。

(1) 对管道外机器人沿管行走装置的主要类型进行了对比和分析,最终选用了轮式行走方式作为水下机器人坐管机构的行走方式,在此基础上对坐管机构的连接、搭载和行走支撑结构进行了设计。

1.2 坐管机构设计

设计的坐管机构主要包括用于连接水下机器人本体的卡箍、用于搭载作业工具的框架以及用于贴管壁行走的支撑轮,如图1所示。其材料采用耐海水腐蚀能力比较强同时重量轻的高强度树脂材料。

图1 坐管机构

坐管机构与水下机器人本体的连接效果如图2所示。系统浮心在上,重心在下,在海流等外力干扰下发生偏转后,通过重力和浮力产生的力矩作用可以自动恢复竖直状态,保证行进过程中不发生倾倒。同时,整个系统重量略大于浮力,沿管行进过程中通过富余重力的作用提供坐管的附着力,使坐管机构紧贴管壁。

图2 坐管机构与水下机器人本体的连接效果

2 坐管机构结构强度分析

计算得出的变形情况如图5所示。从图5中可以看出,坐管框架的最大变形为1.35 mm,发生在上层框架的中间位置,变形量不会导致结构的干涉。

图3 坐管框架强度分析有限元模型

(2) 采用有限元方法对坐管机构在工作载荷下的应力与变形情况进行了分析,结果表明坐管框架的最大等效应力发生在上层框架两端的连接处,其大小在许可范围内,最大变形发生在上层框架的中间位置,变形量不会导致结构的干涉。

对设计的坐管机构进行应力和变形分析。在Solidworks软件的Simulation模块中建立分析模型,将坐管处视为固定约束,建立的模型见图3。

图4 应力分析结果

图5 变形分析结

3 结 论

构建以人为本的护理管理理念,可以为患者打造一个人性化、系统化的护理服务,满足患者精神需要和生理需要,这样不仅能有效的降低患者抵触情绪,还能建立良好的护患关系,提高患者对治疗的依从性,另外,妇产科接触的患者均为女性,其心理本身就比较脆弱,经不起疾病的打击,同时分娩给产妇带来的疼痛感也较高,因此针对于妇产科的患者,更应注重其内心主管感受,及时消除患者不良情绪,确保患者的舒适感,可保证患者的治疗效果,以及产妇的顺利分娩[5]。

该研究采用生命周期评价方法和生命周期成本结合的方法分别分析沼气池全生命周期的环境影响和经济效益,在如何取得农村户用沼气在经济性与环保性上的“双赢”方面进行了一些尝试性的工作,还有许多问题有待于进一步探索研究。

考虑10 kg的搭载重量,动载荷按照静载荷的2倍考虑,假定此载荷均匀分布在搭载框架上,计算得出的应力情况如图4所示。从图4中可以看出,坐管框架的最大等效应力为27.2 MPa,发生在上层框架两端的连接处,小于材料的拉伸强度35 MPa和弯曲强度67 MPa,结构强度符合要求。

长期以来,文化建设都是按照文化涉及的具体要素来做计划和安排的,包括场馆建设、院团建设、经费投入、队伍建设、项目落实等等,因而文化建设总是被看作是文化部门自己的事情,文化的发展也仅仅是文化要素的改进和提升。在文化建设的创新实践中,广州逐步认识到文化建设不能囿于狭义的文化理解来开展,而要从城市发展所需要的文化功能提升来作系统考量和整体布局。进入21世纪尤其为了举办第十届亚运会和首届亚残运会,广州文化建设开始进入以提升城市文化形象为核心的全面布局和系统推进新阶段。

(3) 本文研究的坐管作业机构可为海底管道的检修提供一种作业工具的参考方案,对于降低海底管道检测作业成本、保障海底管道的长时间安全服役具有重要意义。

参考文献

[3]葛 彤,虞苏芳,连 琏,等.浅海管线检测维修潜水器控制系统自航模试验[J].海洋工程,2005,23(2):49-55.

[2]王忠巍,曹其新,栾 楠,等.海底管道检测机器人智能控制器的研制[J].高技术通讯,2008,18(2):142-146.

(3) 并联式管道行走装置。该装置包括若干组腿,通过给每组腿输入相应的指令,可以实现其沿着管道行走。其结构简单,但控制较为复杂,同时步进行走方式不便于海底管道的连续探测检查作业。

[1]张剑波,袁超红.海底管道检测与维修技术[J].石油矿场机械,2005,34(5):6-10.

[4]陈 军.海底管道检测机器人技术的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2005.

[5]江 锦.几种典型海底管道修复技术[A].中国海洋工程学会.第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上)[C]//中国海洋工程学会:2011.

高血压脑出血是一类比较常见的脑血管疾病,近年来,随着高血压人群数量的增多,高血压脑出血的发生率也呈上升趋势[1] 。此病通常病死率高、致残率高。近年来医学诊疗水平在不断进步,已经对高血压脑出血的致死率起到了一定的遏制作用,但是术后并发症却严重影响了患者的康复进程和生活质量。因此,为寻求有效的护理方式,我院对收治的80例高血压脑出血患者进行分组观察研究,现将研究结果报道如下。

[6]王荣耀,高宇清,臧 龙,等.深海探矿机器人现状与发展趋势[J].采矿技术,2017,17(5):69-72.

患者放疗行CT定位,图像定义为CT1,勾画靶区定义为GTV1、CTV1、PTV1。设计放疗计划时根据靶区的大小、形态及与周围组织器官的位置关系合理地布置照射野的数目、方向和大小,调整射野参数。制定全程适形放疗计划,总剂量57~65 Gy,定义为Plan 0。在放疗中剂量达37~41 Gy时的计划定义为Plan1,重新CT扫描,图像定义为CT2,根据CT2图像重设放疗计划定义为Plan2,剂量为23~17 Gy。到实际治疗的拟合放疗计划Plan1+2及拟合叠加的剂量体积参数[6]。

[7]罗 洁.管道攀爬机器人结构设计及行走动力特性分析[D].武汉:武汉科技大学,2015.

王荣耀,高宇清,廖逍钊
《采矿技术》 2018年第1期
《采矿技术》2018年第1期文献

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