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管道封堵机器人减速制动系统控制响应分析
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作者 唐洋 皮云森 +1 位作者 王强 王国荣 《振动与冲击》 北大核心 2025年第9期179-187,共9页
为控制管道封堵机器人快速、精准完成减速制动,进一步提高管道维抢修作业的工作效率。创新设计了一种管道封堵机器人减速制动液压控制系统,并搭建了系统试验装置验证其可行性。建立了机器人管内流体模型以及动力学模型,提出了一种恒减... 为控制管道封堵机器人快速、精准完成减速制动,进一步提高管道维抢修作业的工作效率。创新设计了一种管道封堵机器人减速制动液压控制系统,并搭建了系统试验装置验证其可行性。建立了机器人管内流体模型以及动力学模型,提出了一种恒减速非线性动力学联合仿真模型,揭示了初速度、制动距离等重要参数对机器人减速制动过程中动态控制稳定性的影响规律。结果表明:设计的液压控制系统减速制动效果良好;随着机器人初速度减小,系统稳态误差越小,减速制动距离误差在0.3~0.5 m,定位误差和稳态误差均较小;不同减速制动距离下,加速度最大超调量为-3.54 m/s~2,增加减速制动距离可有效降低定位误差。该研究对管道封堵机器人研究具有重要的指导意义。 展开更多
关键词 管道封堵机器人 减速制动 液压系统 联合仿真 控制稳定性
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管道封堵机器人控制特性响应分析与实验研究
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作者 唐洋 皮云森 +1 位作者 周明海 王远 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期960-969,共10页
为了提高管道封堵机器人在管道维抢修的效率与精度,设计了一种管道封堵机器人封堵液压控制系统,通过仿真分析,评估了该控制系统的响应特性.搭建了封堵液压控制实验装置,研究了封堵过程中橡胶筒轴向位移的变化,以及不同输出流量对封堵速... 为了提高管道封堵机器人在管道维抢修的效率与精度,设计了一种管道封堵机器人封堵液压控制系统,通过仿真分析,评估了该控制系统的响应特性.搭建了封堵液压控制实验装置,研究了封堵过程中橡胶筒轴向位移的变化,以及不同输出流量对封堵速度的影响.结果表明,所设计的液压控制系统能够确保机器人各个执行机构协调运作,避免相互干涉,液压缸的位移、流量及速度与理论设计值相符.当橡胶筒变形轴向位移达到61.55 mm时,控制系统能够实现10 MPa的油气压力封堵.液压系统流量对封堵速度影响显著,流量越大,封堵速度越快. 展开更多
关键词 管道封堵机器人 封堵 液压控制系统 橡胶筒变形 封堵速度
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管道封堵机器人的大变形橡胶筒静态密封特性仿真与试验研究
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作者 唐洋 王远 +4 位作者 李泽良 孙鹏 刘祥 王强 吴聚 《摩擦学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1034-1045,共12页
在管道封堵机器人中大变形橡胶筒是实现密封的核心部件,其在使用中常出现密封失效和撕裂失效等问题.为了明晰上述原因和解决问题,本文中研究了不同橡胶材料以及不同橡胶筒轴向长度、径向长度和倾斜边角等结构参数对管道封堵机器人的静... 在管道封堵机器人中大变形橡胶筒是实现密封的核心部件,其在使用中常出现密封失效和撕裂失效等问题.为了明晰上述原因和解决问题,本文中研究了不同橡胶材料以及不同橡胶筒轴向长度、径向长度和倾斜边角等结构参数对管道封堵机器人的静态密封特性影响.基于橡胶材料的高弹性和大变形特性,进行了橡胶筒的多阶段变形力学分析.对橡胶材料进行单轴拉伸压缩试验,得到橡胶材料的本构关系参数.建立管道封堵机器人橡胶筒密封特性分析的有限元计算模型,通过多因素分析方法,获得橡胶筒关键结构参数的最优方案.并设计了室内试验来进一步确定最优橡胶筒材料.研究结果表明集中在橡胶筒肩部的应力直接影响橡胶筒的形变损伤.经过橡胶筒的密封效果对比分析后得出最优的橡胶筒结构为轴向长度180 mm、径向厚度55 mm、倾斜边角28°,橡胶材料硬度为85 HA. 展开更多
关键词 管道封堵机器人 橡胶筒 拉伸压缩试验 接触应力 密封特性试验
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管道封堵机器人的卡瓦承压性能与管壁损伤特性仿真与试验研究
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作者 唐洋 张吴镝 +1 位作者 张玉林 王远 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第22期2758-2771,共14页
管道封堵机器人卡瓦在减速与坐封过程中易出现坐封失效和管壁损伤等问题。针对卡瓦在减速与坐封过程中出现的犁沟效应和硬接触现象,分析了卡瓦减速与坐封受力情况和管壁损伤因素;建立了卡瓦减速与坐封过程的有限元仿真模型,分析了卡瓦... 管道封堵机器人卡瓦在减速与坐封过程中易出现坐封失效和管壁损伤等问题。针对卡瓦在减速与坐封过程中出现的犁沟效应和硬接触现象,分析了卡瓦减速与坐封受力情况和管壁损伤因素;建立了卡瓦减速与坐封过程的有限元仿真模型,分析了卡瓦牙顶角、牙倾角、牙齿数等结构参数变化对其承压性能和管壁损伤特性的影响规律;采用多因素正交试验分析方法,获得了牙顶角、牙倾角、牙齿数关键结构参数组合最优的4种卡瓦;设计并搭建了卡瓦减速与坐封过程模拟实验,加工了4种最优组合结构参数卡瓦实物,完成了卡瓦减速坐封过程中与管壁摩擦的实验测试。通过仿真与实验所得卡瓦承压性能和管壁损伤程度结果对比分析,优选出卡瓦的最优结构参数组合为:牙顶角θ=65°,牙倾角γ=60°,牙齿数m=18。 展开更多
关键词 管道封堵机器人 卡瓦 承压特性 管壁损伤 结构参数优化
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油气管道封堵机器人封堵过程的振动预测 被引量:2
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作者 苗兴园 赵弘 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第13期36-49,共14页
以管道封堵机器人(pipeline isolation plugging robot,PIPR)为载体的管道维抢修技术是保障管道安全运输的重要手段。针对封堵作业时PIPR的冲击振动现象,分别从运动过程和封堵操作两个方面对其进行振动分析,建立基于双向流固耦合的PIPR... 以管道封堵机器人(pipeline isolation plugging robot,PIPR)为载体的管道维抢修技术是保障管道安全运输的重要手段。针对封堵作业时PIPR的冲击振动现象,分别从运动过程和封堵操作两个方面对其进行振动分析,建立基于双向流固耦合的PIPR动力学模型,对运动过程中PIPR的轴向、径向和俯仰振动进行仿真分析;进行PIPR不同扰流模型的封堵试验,观察不同模型封堵过程流场变化,并以封堵过程的压力梯度衡量PIPR振动情况;提出改进海鸥算法(improved seagull optimization algorithm,ISOA)优化核极限学习机(kernel extreme learning machine,KELM)法,分别建立不同扰流模型的压力梯度代理模型,以实现PIPR的振动预测。结果表明,提出的代理模型可实现不同扰流模型封堵过程压力梯度的准确预测。这对于保障封堵作业的稳定性具有指导意义。 展开更多
关键词 管道封堵机器人(PIPR) 冲击振动 扰流模型 改进海鸥算法(ISOA) 核极限学习机(KELM)
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管道智能封堵机器人牵引调速与制动装置研究
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作者 唐洋 皮云森 +1 位作者 刘祥 王国荣 《工程科学与技术》 北大核心 2025年第3期11-20,共10页
为快速封堵油气管道破损段并实现不停输抢修,本文设计了一种管道智能封堵机器人直流截止阀式牵引调速与制动装置,可使管道智能封堵机器人快速、精准到达封堵管段并有效减速。基于管道智能封堵机器人管内运动模型和调速机理分析,确定了... 为快速封堵油气管道破损段并实现不停输抢修,本文设计了一种管道智能封堵机器人直流截止阀式牵引调速与制动装置,可使管道智能封堵机器人快速、精准到达封堵管段并有效减速。基于管道智能封堵机器人管内运动模型和调速机理分析,确定了调速特性影响因素。采用有限元数值模拟方法对不同结构参数的调速阀进行流场特性分析,得到了调速阀轴向长度、内径和泄流孔开孔长度对装置泄流后压降的影响规律,确定了最优结构参数,即调速阀轴向长度为96.6 mm,内径为169.7 mm,泄流孔开孔长度为92.8 mm;开展了节流压降的原理实验来进一步验证牵引调速与制动装置结构设计的合理性及调速可靠性。结果表明:所设计的管道智能封堵机器人牵引调速与制动装置的调速与制动效果受调速阀结构和形状的影响较大。当调速阀的开度减小时,装置后方射流的流量增大,流速加快,可以在管道内壁射出高速流束,清除管道内壁的污物,同时减小管道智能封堵机器人的阻力。反之,当调速阀的开度增大时,装置前后的压差减小,在开度为1.0时,装置前后压差最小,可以达到最大的减速效果。管道智能封堵机器人对管道可实现良好的冲刷效果,并可以获得良好的调速性能,进而实现最大减速效果并成功完成封堵任务。 展开更多
关键词 管道智能封堵机器人 牵引调速与制动装置 调速特性 调速阀
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管道智能封堵机器人减速运动控制响应分析
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作者 王珊珊 江政国 《石油机械》 北大核心 2025年第6期12-21,共10页
管道智能封堵机器人(Pipeline Intelligent Plugging Robot,PIPR)是管道12小时快速维抢作业不可或缺的高端装备,实现高效、稳定减速是其封堵作业成功的关键。针对依靠节流调速实现减速和定位的RIPR减速距离控制不够理想的问题,设计了其... 管道智能封堵机器人(Pipeline Intelligent Plugging Robot,PIPR)是管道12小时快速维抢作业不可或缺的高端装备,实现高效、稳定减速是其封堵作业成功的关键。针对依靠节流调速实现减速和定位的RIPR减速距离控制不够理想的问题,设计了其液压控制系统,并建立基于模糊PID控制的伺服PIRP恒定减速非线性动力学模型。采用数值模拟方法对该液压控制系统进行机-液联合仿真,研究了控制系统重要参数对PIRP减速过程中动态控制稳定性的影响规律。研究结果表明:随着初始速度增加,PIRP的质心加速度呈逐渐增大的趋势,最大超调量为-3.4 m/s^(2),减速过程控制时间多在30 s内,定位精度多在5%以内;增加期望减速距离可有效降低定位误差;蓄能器容积应至少大于0.25 L;蓄能器个数对于系统影响较小。研究结果可为PIRP的研制提供参考。 展开更多
关键词 管道智能封堵机器人 动力学响应 模糊PID 减速控制
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