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1、太原理工大学现代科技学院 开题报告 太原理工大学现代科技学院毕业设计（论文）开题报告题 目： 高空固定缆道除垢,清理装置设计 专业班级： 机电2班 姓 名： 学 号： 指导教师： 2015年 4月 8日1.课题名称： 高空固定缆道除垢,清理设置计设2.课题研究背景20世纪70年代,随着水文系统技术新活动的开展,水文测验设施,设备去得很大的进步,水文缆道测流被逐渐推广，成为最主要测流方法之一，不同跨度、跨数、手动、电动的水文测流缆道在水文测站广泛使用，代替了测船、缆车及其他测流方式。由于水文测流缆道设在野外，极易锈损，特别是随着近年来酸雨的增多，给缆道运行带来极大安全隐患，；缆索加油保养成为了保
2、护缆索的关键。水文缆道测验规范（SL443-2009）:中养护涂油部分规定：“主索应每1年，工作索每年不应少于2次”。但据调查，在实际工作中，多次水文测站队缆索每年上油保养一年一次火两年一次，甚至长期不保养，导致在洪水测报中出现缆索损断事故。3.课题研究意义：（1）提高了缆道使用寿命（2）提高了缆道维护的效率（3）解决了人工清洁带来的安全和清洁质量不稳定问题（4）降低了缆道清理的人工成本4.文献查阅概况：高空固定缆道除垢，清理装置设计董建，董立丰，刘津轩摘要: 缆道测流方法是最广泛、最成熟的测流方法。水文测验缆道作为水文测报工作中重要的基本设施之一，随着水文现代化的发展，原始的手摇缆道逐渐实现
3、了自动化，但是测试缆道架高空缆索保养仍靠人工实现，危险性大、作业难度大、遥控自动除垢加油的研制成功，实现了除垢与加油自动同步进行，提高了缆索保养的效率和质量，延长了缆索的使用寿命。5.设计（论文）的主要内容和方案：自动除垢加油器运行时动力依赖内置的电机， 可以通过无线接收装置控制电机的启动、关闭及其正反转， 从而实现操作人员只需在地面操作遥控器控制电机的运行， 达到遥控加油器的目的。具体流程见图示:根据应用现场的实际需求确定主要性能和参数指标如下:(1)操作简便， 节省人力。(2)传统的架空缆索保养， 无论是缆索落地或悬空人力操作， 都要投入大量的人力， 如跨度在400m 左右的缆索需要56
4、个人同时紧张工作一天。(3)使用自动除垢加油器只需12 人3 h 内完成， 同步完成除垢加油。(4) 主要技术参数指标如表图26.缆道清理装置使用注意事项：通过对缆道除垢方面进行大量调研和分析, 总结得出要研制出能成功并且适合高空作业的除垢装置, 必须考虑以下几方面的工况情况:(1)保证遥控器和无线接收器能在操作运行的范围之内(2)如何加热黄油，保证黄油的温度达到最佳涂到缆道上(3)选用什么样的电机来驱动清理装置保证稳点效率工作(4)根据缆道的直径来选取配套的刮垢齿跟换使用7.方案的设计思和总体思路想：7.1.1遥控器的工作原理图发射机单元主要是由编码模块级发射频模块所组成.当按下发射机上的按
5、钮或扳动开关时,编码模块即可繁殖哪个按钮,是在1速或2速位置?并将此按键之数据结合识别码及汉明码给与编码成数控数据后传至发射机频模块之调变器用以调变射频载波,调变器输出的调频信号再经频放大器放大,地通滤波器滤波后送到无线发生发射信号.7.1.2单片机的红外遥控器解码电路图解码器硬件以AT89C51 单片机为核心, 如图5 所示,图中只给出接收红外遥控信号的部分电路。红外遥控信号经过红外接收模块接收后, 解调为遥控信号的编码脉冲由输出端A 输出, 其波形如图3 和图4 所示, 此信号经过反相器74LS04 输出到AT 89C51 的外部中断INT0 输入端。单片机通过运行程序对面外遥控器TC90
6、21 所发出的编码脉冲进行接收和译码。7.1.3单片机程序设计单片机程序主要解决的问题就是如何对接收到的9021 型红外遥控器所发射的信号进行解码, 编码脉冲信号是由引导码、用户码、和功能码等部分组成, 我们只对获取其功能码过程进行分析。在单片机设置中, 将单片机AT89C51 内部定时器/计数器T 0 设为定时方式1 , 定时时间为1 ms ;设外部中断INT 0 为下降沿中断触发方式, 由于在接收时将编码脉冲信号进行反相, 因此, 每当INT0外管脚信号下降沿到来时, 外部中断INT 0 发生中断, 启动定时器T0 , 定时器每次中断定时时间为1 ms 并累加到定时计数器中, 在下一次外部
7、中断INT 0 发生中断时读取定时计数器中的时间, 通过对两个脉冲之间的定时时间的析来对遥控器功能码进行解码如图7.2信号接收器的工作原理本设计中采用PHILIPS公司LPC2000系列ARM处理器为核心, 实现了与绝对式编码器的通信、译码、显示等功能.在接收器内部有控制模块(用于向绝对式编码器发送控制信号)、时钟模块(用于向绝对式编码器发送同步时钟信号)、接收模块(用于接收绝对式编码器发送的数据)、译码模块(用于对绝对式编码器发送的数据进行译码)、显示模块(用于让接收到的绝对式编码器发送的数据在LED显示器上显示出来) 5 .接收器硬件框图如图首先由P0.0和P0.1引脚向编码器发送控制信号
8、(P0.0传送方向控制信号, P0.1传送零位设置信号), 然后由P0.3引脚向编码器发送同步时钟信号(同步时钟信号由ARM内部的定时器产生中断, 然后调用中断子程序在P0.3引脚上输出时钟信号, 时钟信号的周期由定时器设定).在发送同步时钟信号给编码器的同时将此信号输入P0.7(EINT2), 作为接收数据时的时钟信号(由外部中断引脚P0.7(EINT2)引起中断, 调用中断子程序在每个时钟脉冲信号下降沿采样数据传输引脚P0.2).编码器在同步时钟信号的控制下向ARM传送数据(编码器在每个时钟脉冲的上升沿传输一位数据, ARM通过引脚P0.2 接收).ARM接收完数据以后对其进行解码(得到一
9、个由度、分、秒构成的绝对角度位移量), 然后通过GPIO引脚控制LED显示器显示从编码器接收到的数据信息(P0.10 P0.17控制段选码接口, P0.18 P0.24控制位选码接口) 6 .软件流程如图7.3机械结构的选择与确定 方案一：参考电机驱动轮式机器人是韩国Sooslmg机械有限公司研发的炮管自动清洗机器人(韩国专利号：10-20060033030，欧洲专利号：EPl845330AI)。该机器人由80a和80b两个紧贴管壁的轮子旋转驱动整体前进和后退，其中m为驱动电机，通过减速器100减速后驱动80a和80b，同时通过行星转系驱动500绕着中心轴200旋转，在500上装有刷子，并由6
10、10提供清洁油实现对管内壁的清洗。电机驱动轮式机器人这种机器人原理简单，但机构较为复杂，不太适合口径小的火炮使用。对不同的口径适应能力不强方案二：爬行式考虑到炮管擦洗机器人要同时实现炮管内壁擦洗功能和管内前后运动功能，分别通过清洗刷回转运动和机器人本体的步进伸缩机构实现，其总体结构如图l所示。机器人主要由清洗刷、前复合驱动机构、后复合驱动机构和伸缩机构组成。其中，清洗刷安装在前复合驱动机构上，前复合驱动机构和后复合驱动机构结构类似，均可由一个步进电机带动凸轮转动600顶出圆周均匀分布的三组橡胶张紧机构，此步进电机也用来驱动清洗刷来回转动。同时，复合驱动机构外圆周上还有三组与橡胶张紧机构间隔60
11、0均布的支撑轮机构，用来支撑机器人的自重并辅助机器人在炮管内的前后运动。前复合驱动机构和后复合驱动机构中间装有由步进电机2驱动的丝杠螺母机构。其用来实现前复合驱动机构和后复合驱动机构之间的相对前后运动。炮管清洗机器人总体结构基于此基本结构，炮管擦洗机器入在炮管内的工作原理如下：(1)设定机器人的初始运动速度，控制后复合驱动机构上的张紧橡胶块伸出并顶住炮管内壁；前复合驱动机构上的张紧橡胶块收缩，由前复合驱动机构上的三个支撑轮支撑在炮管内壁；(2)控制前复合驱动机构上的清洗刷开始转动。同时步进电机2开始转动，驱动丝杠螺母机构推动整个前复合驱动机构向前运动，实现清洗刷边前进边旋转的复合擦洗运动；(3
12、)在前复合驱动机构向前擦洗一段设定距离后，停止清洗刷的转动；控制前复合驱动机构上的张紧橡胶块伸出并顶在炮管内壁上；控制后复合驱动机构松开其上的张紧橡胶块，让后复合驱动机构上的三个支撑轮支撑在炮管内壁；(4)然后，再次控制步进电机2按设定方向转动，拖动后复合驱动机构向前移动一段设定距离后，控制机器人的后复合驱动机构上的张紧橡胶块伸出并顶在炮管内壁上，而前复合驱动机构上的张紧橡胶块收缩。机器人又恢复到初始状态可以重复进行下一段距离的炮管内壁擦洗。如上所述，采用步进式前后运动和回转运动相结合的复合擦洗方式，可对炮管内壁火药残留物进行有效擦洗。符合驱动结构三维结构炮管擦洗机器人机械结构可分为复合驱动机
13、构和直线驱动机构。其中，复合驱动机构要求实现两个功能：配合步进驱动机构实现步进式前后运动的功能和驱动擦洗刷回转实现擦洗炮管内壁的功能。其主要由橡胶块、顶杆、弹簧、凸轮以及棘轮等组成，凸轮通过轴承与电机轴相连，棘轮通过键与电机轴相连，当凸轮旋转到其轮廓最高点与顶杆接触时，顶起橡胶块并顶住炮管内壁，复合驱动机构与炮管内壁相对同定；这时再反向旋转棘轮。反转到其上的凸起部分与凸轮内孔凸起部分相接触，然后再反转直到其凸起部分与凸轮内孔凸起部分又重新接触为止，这样棘轮往复旋转，带动清洗刷进行同样的往复回转运动，来对炮管内壁进行擦洗。机器人的直线驱动机构主要由步进电机2、丝杠螺母和导杆构成，如图3所示。其中
14、，丝杠螺母固定连接在后复合驱动模块上，当步进电机2驱动丝杠回转，会驱动丝杠螺母并使得机器人前后两部分相互分开或者靠拢，在复合驱动机构橡胶块伸缩运动的配合下可以实现步进式前后运动。基于上述结构，开发的炮管擦洗机器人样机及复合驱动机构如图直线驱动机构的三维结构这种机器人进给结构也较为复杂，且不易控制方案三: 菅径自适应式管道机器人下图为上海交通大学研制的管径自适应管道机器人。该机器人由成120度的三组平行四边形转腿机构驱动川，该三组轮腿紧贴管壁，在实现驱动机器人运动的同时能根据管道内径变化进行自动调整，目前该机器人已用于煤气管道的探测和维护管径自适应式机器人这种进给方式相比第一种提高了对不同管径的
15、适应能力，但结构上更为复杂。不易实现方案四：无线贴壁螺旋式机器人下图为比利时布鲁塞尔自由大学根据东京工业大学航空机械系的研究成果所研制的无线贴壁螺旋机器人。该机器人由前后两部分组成，中间通过万向节连接。前部分为驱动单元，由三个互成120度的支撑脚组成，每个支撑脚上各有一个具有倾斜角的轮子。后部分为支撑部分，通过中间的电机驱动使前部分在管内旋转，从而带动机器人运动。前部分轮子的倾斜角可咀随着阻力大小的改变而改变，当机器人的负载较大时，轮子的倾斜角将产生变化，从而减小行走速度增加推进力。机器人的前端可阻转载清洗刷，实现对管道的清洗贴壁螺旋式机器人这种机构较为简单，易于在狭小的地方实现同时可以在不调节电机转速的情况下，通过调节轮子倾斜的角度调节进给速度。通过对比，觉定采用此方案。7.4方案改进：本设计中的装置，与固定缆有所区别，固定缆可以采用套入的方式，即将装置套在固定缆上，这样有效的保证支撑。只需在这个基础上解决清洗，前进等功能。本设计中参考上述
