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用于隧道巡检机器人的轻型液压升降台设计开题报告

 2020-02-10 10:02  

1. 研究目的与意义(文献综述)

伴随着人类活动范围的不断扩大,许多相关任务的需求和工作环境已经不适合人类自身来完成,这就为相应的机器人技术的发展提供了一个良好的平台。例如在工程隧道中的相关工作就隐藏着诸多危险,人为操作有着很高的风险,且隧道中的工作环境相对较差,于人而言,机器人能对不同环境情况做出精确识别、分析,进而准确地实施相关的操作。所以说,移动式机器人在工程隧道工作中有着无法比拟的先天优势。在隧道工作机器人中,液压升降台又是十分重要的装置。通过液压升降台对于机器装置高度的调节,机器人作业部位才能更好地实现无人作业。凭借液压升降台灵活的高度调节,机器人才能适应隧道中多变的环境。对于机器手的无人作业而言,其机器手终端的定位是十分重要的。这也就要求要求液压升降台在升降到指定高度后能保持相对平稳,从而保持机器手终端平台的稳定。

本文主要的研究内容就是用于隧道巡检机器人的轻型液压升降台设计,主要需要完成的任务包括完成轻型液压升降台的结构设计、完成升降台液压系统设计。其中需要解决的主要问题有适用于隧道工作的升降台结构类型及相关尺寸的确定、如何保持液压升降台平稳的问题、液压系统回路设计及相关元件选型的问题等。

升降台是一种垂直起落设备,由于一般采取液压驱动的方式,所以也被称之为液压升降台。它主要用于工作层间货物运送、大型设备装配时部件举升以及高空维修等。从最初的设计到现在各种类型的涌现,液压升降台有着很长的发展历史,随着时代的发展,升降台的类型也越来越多,按照升降台的移动方式可分为:固定式、车载式以及自行式。而按照升降台的结构来看,液压升降台有以下几种类型:剪叉式升降台、导轨式升降台、铝合金式升降台、套缸式升降台、曲臂式高空作业车。

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2. 研究的基本内容与方案

本设计的基本内容是用于隧道巡检机器人的轻型液压升降台设计,包括完成轻型液压升降台结构方案设计与论证、完成升降台结构详细设计、完成升降台液压系统设计及相关计算和选型。该设备工作环境为公路工程隧道,升降高度在4.5米至5米之间,升降台所承受的负载为50公斤机器手装置。液压升降台所要实现的目标功能为平台抬升并维持在任意高度,且在整个过程中能有效防止平台偏摆晃动。

首先在结构方面,基于轻便灵活、受力简单等优点,该轻型液压升降台选定为剪叉式液压升降台。因为最高为5米的高度要求,所以液压升降台结构为多层剪叉式。针对平台在绞架展开过程中的偏摆晃动,现初步设定的结构为类伸缩导杆结构,其不受力,仅发挥导向作用。因高度要求,该结构采用多级伸缩的形式,连接底座和平台中心,防止平台相对底座的位置变化,从而保持平台上的机器手终端位置基本不变。初步设定绞架尺寸,并通过三维绘图软件绘制整个装置初步的三维图,确保在尺寸设计上无干涉存在。然后通过已定的平台负载,对绞架进行受力分析,并用强度理论进行校核,在校核的过程中调节绞架尺寸以满足负载要求,最后确定尺寸。

然后是液压系统的设计。首先对负载进行分析,通过计算确定各液压执行元件的负载大小和方向,再在负载分析的基础上进行液压系统设计。拟定液压系统包括了确定系统类型、选择系统回路和最后组成系统回路。对于剪叉式升降台液压系统来讲, 其应用场合决定了能够实现匀速上升、随意停止、快速下降和能量回收等功能, 同时要求其结构尽量简单、便于维护和运行过程中速度平稳且易于控制。根据油液循环不同,系统分为开环系统和闭环系统。虽然开环系统精度不如闭环系统高,但是结构相对简单,控制成本较低。闭环系统结构复杂,适用于系统对控制精度要求高的场合。针对本设计的适用场合,本设计选择控制方式更为可靠简单,成本较低的开环系统。

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3. 研究计划与安排

02.18-03.25:文献检索和方案设计,提交开题报告

03.26-04.20:系统设计计算,提交文献检索摘要

04.21-05.04:图纸设计及绘制

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]马国恺.剪叉式液压升降台优化及技术改造[j].起重运输机械,2017(0 1):105-109.

[2]谭鹏. 基于amesim的剪叉式液压升降台的分析与研究[d].青岛科技大学,2017.

[3]周国力,杨国宏.基于电液比例控制的液压支架搬运技术研究[j].电气传动自动化,2016,38(04):25-28.

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