高空固定纜道除垢,清理裝置設計

高空固定纜道除垢,清理裝置設計,高空,固定,除垢,清理,清算,裝置,設計 太原理工大學現(xiàn)代科技學院 開題報告 太原理工大學現(xiàn)代科技學院 畢業(yè)設計（論文）開題報告 題 目： 高空固定纜道除垢,清理裝置設計 專業(yè)班級： 機電2班 姓 名： 郭亞東 學 號： 2011100162 指導教師： 成建平 2015年 4月 8日 1.課題名稱： 高空固定纜道除垢,清理設置計設 2.課題研究背景 20世紀70年代,隨著水文系統(tǒng)技術(shù)新活動的開展,水文測驗設施,設備去得很大的進步,水文纜道測流被逐漸推廣，成為最主要測流方法之一，不同跨度、跨數(shù)、手動、電動的水文測流纜道在水文測站廣泛使用，代替了測船、纜車及其他測流方式。由于水文測流纜道設在野外，極易銹損，特別是隨著近年來酸雨的增多，給纜道運行帶來極大安全隱患，；纜索加油保養(yǎng)成為了保護纜索的關鍵?！端睦|道測驗規(guī)范》（SL443-2009）:中養(yǎng)護涂油部分規(guī)定：“主索應每1年，工作索每年不應少于2次……”。但據(jù)調(diào)查，在實際工作中，多次水文測站隊纜索每年上油保養(yǎng)一年一次火兩年一次，甚至長期不保養(yǎng)，導致在洪水測報中出現(xiàn)纜索損斷事故。 3.課題研究意義： （1）提高了纜道使用壽命 （2）提高了纜道維護的效率 （3）解決了人工清潔帶來的安全和清潔質(zhì)量不穩(wěn)定問題 （4）降低了纜道清理的人工成本 4.文獻查閱概況： 高空固定纜道除垢，清理裝置設計 董建，董立豐，劉津軒 摘要: 纜道測流方法是最廣泛、最成熟的測流方法。水文測驗纜道作為水文測報工作中重要的基本設施之一，隨著水文現(xiàn)代化的發(fā)展，原始的手搖纜道逐漸實現(xiàn)了自動化，但是測試纜道架高空纜索保養(yǎng)仍靠人工實現(xiàn)，危險性大、作業(yè)難度大、遙控自動除垢加油的研制成功，實現(xiàn)了除垢與加油自動同步進行，提高了纜索保養(yǎng)的效率和質(zhì)量，延長了纜索的使用壽命。 5.設計（論文）的主要內(nèi)容和方案： 自動除垢加油器運行時動力依賴內(nèi)置的電機， 可以通過無線接收裝置控制電機的啟動、關閉及其正反轉(zhuǎn)， 從而實現(xiàn)操作人員只需在地面操作遙控器控制電機的運行， 達到遙控加油器的目的。具體流程見圖示: 根據(jù)應用現(xiàn)場的實際需求確定主要性能和參數(shù)指標如下: (1)操作簡便， 節(jié)省人力。 (2)傳統(tǒng)的架空纜索保養(yǎng)， 無論是纜索落地或懸空人力操作， 都要投入大量的人力， 如跨度在400m 左右的纜索需要5~6 個人同時緊張工作一天。 (3)使用自動除垢加油器只需1~2 人3 h 內(nèi)完成， 同步完成除垢加油。 (4) 主要技術(shù)參數(shù)指標如表圖2 6.纜道清理裝置使用注意事項： 通過對纜道除垢方面進行大量調(diào)研和分析, 總結(jié)得出要研制出能成功并且適合高空作業(yè)的除垢裝置, 必須考慮以下幾方面的工況情況: (1)保證遙控器和無線接收器能在操作運行的范圍之內(nèi) (2)如何加熱黃油，保證黃油的溫度達到最佳涂到纜道上 (3)選用什么樣的電機來驅(qū)動清理裝置保證穩(wěn)點效率工作 (4)根據(jù)纜道的直徑來選取配套的刮垢齒跟換使用 7.方案的設計思和總體思路想： 7.1.1遙控器的工作原理圖 發(fā)射機單元主要是由編碼模塊級發(fā)射頻模塊所組成.當按下發(fā)射機上的按鈕或扳動開關時,編碼模塊即可繁殖哪個按鈕,是在1速或2速位置?并將此按鍵之數(shù)據(jù)結(jié)合識別碼及漢明碼給與編碼成數(shù)控數(shù)據(jù)后傳至發(fā)射機頻模塊之調(diào)變器用以調(diào)變射頻載波,調(diào)變器輸出的調(diào)頻信號再經(jīng)頻放大器放大,地通濾波器濾波后送到無線發(fā)生發(fā)射信號. 7.1.2單片機的紅外遙控器解碼電路圖 解碼器硬件以AT89C51 單片機為核心, 如圖5 所示,圖中只給出接收紅外遙控信號的部分電路。紅外遙控信號經(jīng)過紅外接收模塊接收后, 解調(diào)為遙控信號的編碼脈沖由輸出端A 輸出, 其波形如圖3 和圖4 所示, 此信號經(jīng)過反相器74LS04 輸出到AT 89C51 的外部中斷INT0 輸入端。單片機通過運行程序?qū)γ嫱膺b控器TC9021 所發(fā)出的編碼脈沖進行接收和譯碼。 7.1.3　單片機程序設計 單片機程序主要解決的問題就是如何對接收到的9021 型紅外遙控器所發(fā)射的信號進行解碼, 編碼脈沖信號是由引導碼、用戶碼、和功能碼等部分組成, 我們只對獲取其功能碼過程進行分析。在單片機設置中, 將單片機AT89C51 內(nèi)部定時器/計數(shù)器T 0 設為定時方式1 , 定時時間為1 ms ;設外部中斷INT 0 為下降沿中斷觸發(fā)方式, 由于在接收時將編碼脈沖信號進行反相, 因此, 每當INT0外管腳信號下降沿到來時, 外部中斷INT 0 發(fā)生中斷, 啟動定時器T0 , 定時器每次中斷定時時間為1 ms 并累加到定時計數(shù)器中, 在下一次外部中斷INT 0 發(fā)生中斷時讀取定時計數(shù)器中的時間, 通過對兩個脈沖之間的定時時間的析來對遙控器功能碼進行解碼如圖 7.2信號接收器的工作原理 本設計中采用PHILIPS公司LPC2000系列ARM處理器為核心, 實現(xiàn)了與絕對式編碼器的通信、譯碼、顯示等功能.在接收器內(nèi)部有控制模塊(用于向絕對式編碼器發(fā)送控制信號)、時鐘模塊(用于向絕對式編碼器發(fā)送同步時鐘信號)、接收模塊(用于接收絕對式編碼器發(fā)送的數(shù)據(jù))、譯碼模塊(用于對絕對式編碼器發(fā)送的數(shù)據(jù)進行譯碼)、顯示模塊(用于讓接收到的絕對式編碼器發(fā)送的數(shù)據(jù)在LED顯示器上顯示出來)[ 5] .接收器硬件框圖如圖 首先由P0.0和P0.1引腳向編碼器發(fā)送控制信號(P0.0傳送方向控制信號, P0.1傳送零位設置信號), 然后由P0.3引腳向編碼器發(fā)送同步時鐘信號(同步時鐘信號由ARM內(nèi)部的定時器產(chǎn)生中斷, 然后調(diào)用中斷子程序在P0.3引腳上輸出時鐘信號, 時鐘信號的周期由定時器設定).在發(fā)送同步時鐘信號給編碼器的同時將此信號輸入P0.7(EINT2), 作為接收數(shù)據(jù)時的時鐘信號(由外部中斷引腳P0.7(EINT2)引起中斷, 調(diào)用中斷子程序在每個時鐘脈沖信號下降沿采樣數(shù)據(jù)傳輸引腳P0.2).編碼器在同步時鐘信號的控制下向ARM傳送數(shù)據(jù)(編碼器在每個時鐘脈沖的上升沿傳輸一位數(shù)據(jù), ARM通過引腳P0.2 接收).ARM接收完數(shù)據(jù)以后對其進行解碼(得到一個由度、分、秒構(gòu)成的絕對角度位移量), 然后通過GPIO 引腳控制LED顯示器顯示從編碼器接收到的數(shù)據(jù)信息(P0.10 ～ P0.17控制段選碼接口, P0.18 ～ P0.24控制位選碼接口)[ 6] .軟件流程如圖 7.3機械結(jié)構(gòu)的選擇與確定 方案一：參考電機驅(qū)動輪式機器人 是韓國Sooslmg機械有限公司研發(fā)的炮管自動清洗機器人(韓國專利號：10-2006．0033030，歐洲專利號：EPl845330AI)。該機器人由80a和80b兩個緊貼管壁的輪子旋轉(zhuǎn)驅(qū)動整體前進和后退，其中m為驅(qū)動電機，通過減速器100減速后驅(qū)動80a和80b，同時通過行星轉(zhuǎn)系驅(qū)動500繞著中心軸200旋轉(zhuǎn)，在500上裝有刷子，并由610提供清潔油實現(xiàn)對管內(nèi)壁的清洗。 電機驅(qū)動輪式機器人 這種機器人原理簡單，但機構(gòu)較為復雜，不太適合口徑小的火炮使用。對不同的口徑適應能力不強 方案二：爬行式 考慮到炮管擦洗機器人要同時實現(xiàn)炮管內(nèi)壁擦洗功能和管內(nèi)前后運動功能，分別通過清洗刷回轉(zhuǎn)運動和機器人本體的步進伸縮機構(gòu)實現(xiàn)，其總體結(jié)構(gòu)如圖l所示。機器人主要由清洗刷、前復合驅(qū)動機構(gòu)、后復合驅(qū)動機構(gòu)和伸縮機構(gòu)組成。其中，清洗刷安裝在前復合驅(qū)動機構(gòu)上，前復合驅(qū)動機構(gòu)和后復合驅(qū)動機構(gòu)結(jié)構(gòu)類似，均可由一個步進電機帶動凸輪轉(zhuǎn)動600頂出圓周均勻分布的三組橡膠張緊機構(gòu)，此步進電機也用來驅(qū)動清洗刷來回轉(zhuǎn)動。同時，復合驅(qū)動機構(gòu)外圓周上還有三組與橡膠張緊機構(gòu)間隔600均布的支撐輪機構(gòu)，用來支撐機器人的自重并輔助機器人在炮管內(nèi)的前后運動。前復合驅(qū)動機構(gòu)和后復合驅(qū)動機構(gòu)中間裝有由步進電機2驅(qū)動的絲杠螺母機構(gòu)。其用來實現(xiàn)前復合驅(qū)動機構(gòu)和后復合驅(qū)動機構(gòu)之間的相對前后運動。 炮管清洗機器人總體結(jié)構(gòu) 基于此基本結(jié)構(gòu)，炮管擦洗機器入在炮管內(nèi)的工作原理如下： (1)設定機器人的初始運動速度，控制后復合驅(qū)動機構(gòu)上的張緊橡膠塊伸出并頂住炮管內(nèi)壁；前復合驅(qū)動機構(gòu)上的張緊橡膠塊收縮，由前復合驅(qū)動機構(gòu)上的三個支撐輪支撐在炮管內(nèi)壁； (2)控制前復合驅(qū)動機構(gòu)上的清洗刷開始轉(zhuǎn)動。同時步進電機2開始轉(zhuǎn)動，驅(qū)動絲杠螺母機構(gòu)推動整個前復合驅(qū)動機構(gòu)向前運動，實現(xiàn)清洗刷邊前進邊旋轉(zhuǎn)的復合擦洗運動； (3)在前復合驅(qū)動機構(gòu)向前擦洗一段設定距離后，停止清洗刷的轉(zhuǎn)動；控制前復合驅(qū)動機構(gòu)上的張緊橡膠塊伸出并頂在炮管內(nèi)壁上；控制后復合驅(qū)動機構(gòu)松開其上的張緊橡膠塊，讓后復合驅(qū)動機構(gòu)上的三個支撐輪支撐在炮管內(nèi)壁； (4)然后，再次控制步進電機2按設定方向轉(zhuǎn)動，拖動后復合驅(qū)動機構(gòu)向前移動一段設定距離后，控制機器人的后復合驅(qū)動機構(gòu)上的張緊橡膠塊伸出并頂在炮管內(nèi)壁上，而前復合驅(qū)動機構(gòu)上的張緊橡膠塊收縮。機器人又恢復到初始狀態(tài)可以重復進行下一段距離的炮管內(nèi)壁擦洗。如上所述，采用步進式前后運動和回轉(zhuǎn)運動相結(jié)合的復合擦洗方式，可對炮管內(nèi)壁火藥殘留物進行有效擦洗。 符合驅(qū)動結(jié)構(gòu)三維結(jié)構(gòu) 炮管擦洗機器人機械結(jié)構(gòu)可分為復合驅(qū)動機構(gòu)和直線驅(qū)動機構(gòu)。其中，復合驅(qū)動機構(gòu)要求實現(xiàn)兩個功能：配合步進驅(qū)動機構(gòu)實現(xiàn)步進式前后運動的功能和驅(qū)動擦洗刷回轉(zhuǎn)實現(xiàn)擦洗炮管內(nèi)壁的功能。其主要由橡膠塊、頂桿、彈簧、凸輪以及棘輪等組成，凸輪通過軸承與電機軸相連，棘輪通過鍵與電機軸相連，當凸輪旋轉(zhuǎn)到其輪廓最高點與頂桿接觸時，頂起橡膠塊并頂住炮管內(nèi)壁，復合驅(qū)動機構(gòu)與炮管內(nèi)壁相對同定；這時再反向旋轉(zhuǎn)棘輪。反轉(zhuǎn)到其上的凸起部分與凸輪內(nèi)孔凸起部分相接觸，然后再反轉(zhuǎn)直到其凸起部分與凸輪內(nèi)孔凸起部分又重新接觸為止，這樣棘輪往復旋轉(zhuǎn)，帶動清洗刷進行同樣的往復回轉(zhuǎn)運動，來對炮管內(nèi)壁進行擦洗。機器人的直線驅(qū)動機構(gòu)主要由步進電機2、絲杠螺母和導桿構(gòu)成，如圖3所示。其中，絲杠螺母固定連接在后復合驅(qū)動模塊上，當步進電機2驅(qū)動絲杠回轉(zhuǎn)，會驅(qū)動絲杠螺母并使得機器人前后兩部分相互分開或者靠攏，在復合驅(qū)動機構(gòu)橡膠塊伸縮運動的配合下可以實現(xiàn)步進式前后運動?；谏鲜鼋Y(jié)構(gòu)，開發(fā)的炮管擦洗機器人樣機及復合驅(qū)動機構(gòu)如圖 直線驅(qū)動機構(gòu)的三維結(jié)構(gòu) 這種機器人進給結(jié)構(gòu)也較為復雜，且不易控制 方案三: 菅徑自適應式管道機器人 下圖為上海交通大學研制的管徑自適應管道機器人。該機器人由成120度的三組平行四邊形轉(zhuǎn)腿機構(gòu)驅(qū)動川，該三組輪腿緊貼管壁，在實現(xiàn)驅(qū)動機器人運動的同時能根據(jù)管道內(nèi)徑變化進行自動調(diào)整，目前該機器人已用于煤氣管道的探測和維護． 管徑自適應式機器人 這種進給方式相比第一種提高了對不同管徑的適應能力，但結(jié)構(gòu)上更為復雜。不易實現(xiàn) 方案四：無線貼壁螺旋式機器人 下圖為比利時布魯塞爾自由大學根據(jù)東京工業(yè)大學航空機械系的研究成果所研制的無線貼壁螺旋機器人。該機器人由前后兩部分組成，中間通過萬向節(jié)連接。前部分為驅(qū)動單元，由三個互成120度的支撐腳組成，每個支撐腳上各有一個具有傾斜角的輪子。后部分為支撐部分，通過中間的電機驅(qū)動使前部分在管內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而帶動機器人運動。前部分輪子的傾斜角可咀隨著阻力大小的改變而改變，當機器人的負載較大時，輪子的傾斜角將產(chǎn)生變化，從而減小行走速度增加推進力。機器人的前端可阻轉(zhuǎn)載清洗刷，實現(xiàn)對管道的清洗． 貼壁螺旋式機器人 這種機構(gòu)較為簡單，易于在狹小的地方實現(xiàn)同時可以在不調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的情況下，通過調(diào)節(jié)輪子傾斜的角度調(diào)節(jié)進給速度。通過對比，覺定采用此方案。 7.4方案改進： 本設計中的裝置，與固定纜有所區(qū)別，固定纜可以采用套入的方式，即將裝置套在固定纜上，這樣有效的保證支撐。只需在這個基礎上解決清洗，前進等功能。本設計中參考上述機構(gòu)的傳動結(jié)構(gòu)，加以改進。利用固定纜自身的結(jié)構(gòu)特點來保證裝置的移動。具體方案如下： 7.5高空固定纜道除垢清理裝置設計及可行性論證： 由上述方案，對裝置的結(jié)構(gòu)進行初步設計，結(jié)構(gòu)下圖 7.6刷洗結(jié)構(gòu)設計 清洗部分是軟材質(zhì)，其套在纜索上面，旋轉(zhuǎn)可以對纜索進行清洗 7.5.1驅(qū)動機構(gòu)結(jié)構(gòu) 上下輪鎖緊鎖鏈，摩擦前進 7.5.2減速器設計選用： 減速部分初定為使用行星減速器， 該減速器具有結(jié)構(gòu)簡單，輸出扭矩大，可以多級使用，有較大減速比的特點，經(jīng)查閱資料的出下表 某廠行星減速器參數(shù) 減速器級數(shù) 可選減速比（范圍內(nèi)可定做） 一級 1:3,1:4,1:5,1:8,1:10 二級 1：12（訂貨）1：16（訂貨）1:15,1:20,1:25,1:32,1:40,1:64 三級 60 80 100 120 160 200 256 320 512 7.6電機選用： 表ZZD2 直流電機技術(shù)數(shù)據(jù) 型號 電壓 （V） 電壓（V） 電壓（V） 功率 （W） 轉(zhuǎn)速 （r/min） 勵磁 電杻 勵磁 電杻 ZZD2-01 串勵 110 7.0 500 3000 ZZD2-02 串勵 220 3.5 500 3000 ZZD2-03 它勵 32 0.76 11.5 250 2300±100 ZZD2-04 串勵 32 12 250 2100±100 ZZD2-05 并勵 220 0.116 2.0 300 3000±100 表ZZD2 直流電機技術(shù)數(shù)據(jù)（續(xù)） 轉(zhuǎn)矩 （N·m） 工作方式 外圍尺寸 總長 外徑 軸徑 1.588 1min 219.5 85 14 1.588 1min 219.5 85 14 1.039 持續(xù)率50﹪ 219.5 85 14 1.137 持續(xù)率50﹪ 219.5 85 14 0.926 連續(xù) 219.5 85 14 由上表可以看出，現(xiàn)有電機完全可滿足設計要求，同時，經(jīng)過減速器也可以得到合適的轉(zhuǎn)速。此設計方案可以實現(xiàn)。 8.設計（論文）提交形式 （1）外文資料及中文翻譯各一份（字數(shù)要求10000印刷符號） （2）畢業(yè)設計（論文）開題報告一份 （3）裝配圖一套（約2-3張A0圖紙） （4）設計計算說明書一份 9.進度安排 第四周 查找有關外文資料并翻譯成中文 第五周 查閱資料并撰寫開題報告 第六周 基本參數(shù)計算 第七周 零部件和總體結(jié)構(gòu)設計 第八周 畢業(yè)實習，完成實習報告 第九周 零部件和總體結(jié)構(gòu)設計 第十周 刷洗部分設計計算 第十一周 驅(qū)動部分設計計算 第十二周 電機設計計算 第十三周 計算機繪圖，編寫設計說明書 第十四周 計算機繪圖，編寫設計說明書 第十五周 審查和修改圖紙及整理畢業(yè)設計說明書 第十六周 準備畢業(yè)答辯答辯 第十七周 畢業(yè)答辯 10. 指導教師意見 簽名： 年 月 日