水射流技术石油工程论文提纲

论文题目：换热器管程智能清洗机器人机械系统设计与研究

摘要：换热器在石油、化工、动力和原子能等工业领域应用十分广泛,但使用过程中产生的污垢给社会和企业造成经济损失和安全隐患,传统的清洗方式存在危险性高和效率低等问题。随着国家及清洗行业已认识到污垢存在的危害性、安全清洗和环保的重要性,化工企业对生产经济和清洗效率的逐渐重视,在市场和技术需求上推进了换热器清洗将朝着智能化、多功能化、信息化和绿色化方向发展。本文将机器人技术引入换热器管程的清洗工作中,具有实际意义。在换热器管程的清洗环境下,机器人考虑因素多,设计难度大,目前国内没有用于实际作业的成套完整设备,本文从工程应用角度作了如下具体工作:1.采用模块化思想进行换热器管程清洗机器人的总体方案设计。总结传统清洗方式的弊端和国内外现有清洗技术的优缺点,采用模块化思想,根据清洗环境、清洗需求和工作性能,确定机器人系统方案。从实际清洗的工作角度,提出安全高效的清洗方案。2.机器人的作业功能、设计目标和结构要求。根据机器人的清洗需求和功能分析,基于高压水射流参数,对核心部件传动机构的运动形式和驱动方式进行分析与选型,采用多轴带传动及可调节间距方式,满足通用性设计要求;由整体结构进行定位机构的选型计算,并设计相配合的直线导轨与辅助装置。应用SolidWorks建模,最后完成样机的加工和装配。3.机器人整体有限元分析和关键部件的优化分析。应用ANSYS Workbench对机器人整体进行静力学分析,满足静刚度的要求。对受力关键部件竖直导轨进行优化设计,采用直接优化的筛选算法,在满足强度和刚度的条件下,使之达到轻量化设计的目的。最后对整体进行模态分析,通过仿真计算,对机器人的固有频率与驱动系统的激振频率进行对比与验证。4.机器人的运动学分析和虚拟样机仿真。应用D-H法对机器人建立连杆坐标系及参数表,分析末端执行机构的位置。运用ADAMS对整体进行运动学仿真,模拟工作环境,观察运动状态。建立多轴带传动的虚拟样机模型,分析受力情况,并与设计原理和理论进行分析验证。5.试验研究。制造机器人样机并搭建机器人试验系统,对定位机构和传动机构进行可靠性、稳定性和速度性能试验,验证了部分仿真结果,满足设计要求。

关键词：换热器;高压水射流;多轴带传动;轻量化设计;机器人

学科专业：机械工程（专业学位）

摘要

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第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 换热器污垢常用的清洗技术

1.2.2 管程清洗装置的定位结构研究

1.2.3 管程清洗装置的传动结构研究

1.2.4 国内外研究总结

1.3 论文的主要研究内容

第二章 基于模块化的清洗机器人系统方案设计

2.1 模块化设计概述

2.2 机器人设计性能分析

2.3 机器人总体方案设计

2.3.1 驱动系统设计

2.3.2 传动系统设计

2.4 本章小结

第三章 清洗机器人机械结构设计

3.1 传动机构设计

3.1.1 结构选型与设计

3.1.2 相关零部件计算

3.2 定位机构设计

3.2.1 结构选型与设计

3.2.2 相关零部件计算

3.3 导轨设计

3.3.1 结构选型与设计

3.3.2 相关参数计算

3.4 本章小结

第四章 清洗机器人虚拟样机的有限元分析

4.1 静力学分析有限元法

4.2 ANSYSWorkbench概述

4.3 机器人整体静力学分析

4.4 导轨静力学分析与优化

4.4.1 参数化建模

4.4.2 导轨的动态受力分析

4.4.3 静力学分析

4.4.4 基于直接优化理论的多目标优化设计

4.5 机器人整体模态分析

4.6 本章小结

第五章 清洗机器人运动学分析及虚拟样机仿真

5.1 机器人运动学分析

5.1.1 机器人运动学方程

5.1.2 机器人运动学正解与逆解

5.2 机器人整体运动仿真分析

5.2.1 虚拟样机模型导入

5.2.2 设置约束与驱动

5.2.3 仿真结果后处理

5.3 传动机构运动仿真分析

5.3.1 建立模型及参数设置

5.3.2 仿真结果后处理

5.4 本章小结

第六章 清洗机器人样机试验研究

6.1 清洗机器人的样机制造与系统搭建

6.2 定位机构运动试验

6.3 传动机构运动试验

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

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