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。