Research and simulation of key bending parameters of suitable diameter oil and gas pipeline cleaning robots

DAI Yaonan; HE Xinhu; LIU Ke; YANG Peiyan; ZHANG Jiakang; ZHENG Xiaotao; GONG Cheng

doi:DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.06.019

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Research and simulation of key bending parameters of suitable diameter oil and gas pipeline cleaning robots

Development·Application | 更新时间：2025-06-18

- Research and simulation of key bending parameters of suitable diameter oil and gas pipeline cleaning robots
- Journal of Mechanical Transmission Vol. 49, Issue 6, Pages: 145-152(2025)
- 作者机构：
  
  武汉工程大学机电工程学院湖北省绿色化工装备工程技术研究中心，武汉 430205
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.06.019
  CLC：
- Received：14 February 2024，
  
  Revised：25 March 2024，
  
  Published：15 June 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
戴耀南，贺新虎，刘可，等. 可适径油气管道清洁机器人过弯关键参数研究及仿真［J］. 机械传动，2025，49（6）：145-152.

DAI Yaonan，HE Xinhu，LIU Ke，et al. Research and simulation of key bending parameters of suitable diameter oil and gas pipeline cleaning robots［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（6）：145-152.
戴耀南，贺新虎，刘可，等. 可适径油气管道清洁机器人过弯关键参数研究及仿真［J］. 机械传动，2025，49（6）：145-152. DOI： DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.06.019.

DAI Yaonan，HE Xinhu，LIU Ke，et al. Research and simulation of key bending parameters of suitable diameter oil and gas pipeline cleaning robots［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（6）：145-152. DOI： DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.06.019.

摘要

目的

为提高油气管道清洁机器人的管内（变径、过弯）通过能力，提出了一种多节式自适应轮式管道清洁机器人。

方法

该机器人采用两段式结构设计，以减小机器人的转弯半径；通过直线导轨和伸缩式轮组结合形成的伸缩式行走机构设计，实现在一定范围内对不同管径的自适应运动。为确保清洁机器人在管道内运行的稳定性，利用Adams软件对管道清洁机器人的运动过程进行模拟，并对其运动参数进行分析，得到了机器人在通过弯管和变径管道时的速度和轮转矩的变化规律。

结果

机器人在驶进90°弯管时，速度会短暂地激增至1 146.9 mm/s，驶出时，则会迅速下降到220 mm/s；在连续变径管道中，机器人速度保持在520 mm/s左右，驱动电动机转矩随着管径减小而增加至42.5 N·m。仿真数据表明了理论分析的准确性和结构设计的合理性。通过试验测试，所得规律与仿真结果规律一致，进一步验证了管道清洁机器人设计的合理性。

Abstract

Objective

To improve the internal (variable diameter

bending) passage ability of oil and gas pipeline cleaning robots

a multi-segment adaptive wheel-type pipeline cleaning robot was proposed.

Methods

The robot was designed with a two-segment structural configuration to reduce its turning radius. An extendable and retractable walking mechanism

formed by integrating a linear guide rail with a telescopic wheel assembly

was employed to enable adaptive movement within a certain range of pipe diameters. To ensure the operational stability of the cleaning robot inside pipelines

the motion process of the pipeline cleaning robot was simulated using Adams software

and its motion parameters were analyzed. The variation patterns of the robot’s speed and wheel torque when passing through elbow pipes and pipes with varying diameters were thereby obtained.

Results

The speed of the robot will briefly increase to 1 146.9 mm/s when entering a 90° bend

and then decrease rapidly to 220 mm/s when exiting. In the continuous variable diameter pipe

the speed of the robot is maintained at about 520 mm/s

and the driving motor torque increases to 42.5 N·m with the decrease of the pipe diameter. The simulation data shows the correctness of the theoretical analysis and the rationality of the structural design. The tets results are consistent with the simulation results

further verifying the rationality of the pipeline cleaning robot design.

关键词

Keywords

references

DAO U ， SAJID Z ， KHAN F ， et al . Modeling and analysis of internal corrosion induced failure of oil and gas pipelines ［J］. Reliability Engineering & System Safety ， 2023 ， 234 ： 109170 .

WANG Z H ， XU Y F ， KHAN N ， et al . Effects of the surfactant，polymer，and crude oil properties on the formation and stabilization of oil-based foam liquid films：insights from the microscale ［J］. Journal of Molecular Liquids ， 2023 ， 373 ： 121194 .

WU L Y ， LIANG W ， SHA D L . Cross-domain feature selection and diagnosis of oil and gas pipeline defects based on transfer learning ［J］. Engineering Failure Analysis ， 2023 ， 143 ： 106876 .

赵鑫波，易先中，易军，等 . 复杂腐蚀缺陷对管道损伤失效的特性研究［J］. 机床与液压， 2023 ， 51 （ 18 ）： 197 - 204 .

ZHAO Xinbo ， YI Xianzhong ， YI Jun ， et al . Study on the characteristics of complex corrosion defects on pipeline damage and failure ［J］. Machine Tool & Hydraulics ， 2023 ， 51 （ 18 ）： 197 - 204 .

NSIAH F ， TULASHIE S K ， MIYITTAH M ， et al . Impact assessment of high-risk analytes in produced water from oil and gas industry ［J］. Marine Pollution Bulletin ， 2023 ， 191 ： 114921 .

KAHNAMOUEI J T ， MOALLEM M . A comprehensive review of in-pipe robots ［J］. Ocean Engineering ， 2023 ， 277 ： 114260 .

刘洪斌，冀楠 . 蠕动式管道机器人结构设计与运动特性分析［J］. 哈尔滨工程大学学报， 2022 ， 43 （ 8 ）： 1169 - 1177 .

LIU Hongbin ， JI Nan . Structural design and motion characteristics analysis of peristaltic pipeline robots ［J］. Journal of Harbin Engineering University ， 2022 ， 43 （ 8 ）： 1169 - 1177 .

王辰忠，王挺，刘君，等 . 差动式自适应管道机器人的设计与运动分析研究［J］. 机电工程， 2016 ， 33 （ 4 ）： 395 - 400 .

WANG Chenzhong ， WANG Ting ， LIU Jun ， et al . Design and motion analysis of differential-drive adaptive in-pipe robot ［J］. Journal of Mechanical & Electrical Engineering ， 2016 ， 33 （ 4 ）： 395 - 400 .

王伟，赵少魁 . 管道机器人的研究现状及其展望［J］. 兵工自动化， 2019 ， 38 （ 12 ）： 24 - 30 .

WANG Wei ， ZHAO Shaokui . Development situation and key technologies of the pipeline robot ［J］. Ordnance Industry Automation ， 2019 ， 38 （ 12 ）： 24 - 30 .

甄久军，马涛，王晓勇 . 一种基于集成阀控制的管道机器人设计［J］. 机床与液压， 2022 ， 50 （ 17 ）： 57 - 60 .

ZHEN Jiujun ， MA Tao ， WANG Xiaoyong . Design of a pipeline robot based on the integrated valve control ［J］. Machine Tool & Hydraulics ， 2022 ， 50 （ 17 ）： 57 - 60 .

ZHAO J G ， WANG J ， LIU Q Y ， et al . A review of mechanical model，structure，and prospect for long-distance pipeline pig and robot ［J］. Robotica ， 2022 ， 40 （ 12 ）： 4271 - 4307 .

王晓磊，尹博文，李晓丹 . 多节式管道机器人转弯过程的稳定性分析与仿真［J］. 机械传动， 2023 ， 47 （ 6 ）： 94 - 99 .

WANG Xiaolei ， YIN Bowen ， LI Xiaodan . Stability analysis and simulation of multi-section pipeline robots in the turning process ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2023 ， 47 （ 6 ）： 94 - 99 .

楼飞，关静，沈巍，等 . 多节式螺旋双驱动可变径管道机器人设计及其运动分析［J］. 现代制造工程， 2021 （ 8 ）： 33 - 39 .

LOU Fei ， GUAN Jing ， SHEN Wei ， et al . Design and motion analysis of double helical drive variable diameter in-pipe robot with multi-section structure ［J］. Modern Manufacturing Engineering ， 2021 （ 8 ）： 33 - 39 .

宋进，张晓龙，李俊杰，等 . 模块化管道清洁机器人设计与通过性分析［J］. 机床与液压， 2023 ， 51 （ 20 ）： 128 - 135 .

SONG Jin ， ZHANG Xiaolong ， LI Junjie ， et al . Design and passability analysis of modular pipeline cleaning robot ［J］. Machine Tool & Hydraulics ， 2023 ， 51 （ 20 ）： 128 - 135 .

胡志明，楼飞，朱振，等 . 基于ABAQUS的多节式螺旋双驱动管道机器人轻量化设计［J］. 机电工程技术， 2022 ， 51 （ 4 ）： 158 - 161，239 .

HU Zhiming ， LOU Fei ， ZHU Zhen ， et al . Lightweight design of multi-section double helical drive in-pipe robot based on ABAQUS ［J］. Mechanical & Electrical Engineering Technology ， 2022 ， 51 （ 4 ）： 158 - 161，239 .

HABIB M R ， RAHAMAN K M ， VADHER A ， et al . A comprehensive review on the development of pipe robot ［M］// Intelligent Communication Technologies and Virtual Mobile Networks . Singapore ： Springer Nature Singapore ， 2023 ： 219 - 231 .

郭忠峰，陈少鹏，毛柳伟，等 . 主动变径管道机器人结构设计及其ADAMS仿真研究［J］. 机床与液压， 2019 ， 47 （ 15 ）： 21 - 23 .

GUO Zhongfeng ， CHEN Shaopeng ， MAO Liuwei ， et al . Research on structure design and ADAMS simulation of active variable diameter pipeline robot ［J］. Machine Tool & Hydraulics ， 2019 ， 47 （ 15 ）： 21 - 23 .

MIAO X Y ， ZHAO H ， SONG F L ， et al . Dynamic characteristics and motion control of pipeline robot under deformation excitation in subsea pipeline ［J］. Ocean Engineering ， 2022 ， 266 ： 112790 .

Views

344

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Optimization design of unloading mechanism for intelligent cleaning robots based on Adams

A metamorphic robot suitable for rigid miniature pipelines

Kinematics analysis and simulation of massage robots based on 3-UPS/PPR

Design and Kinematic Performance Analysis of the (2-PUR/UPS) &R Hybrid Cervical Exoskeleton

Related Author

Dai Yaonan

Gong Cheng

LIN Xinqiang

KE Liaoliang

DAN Jiale

MI Baichuan

DAI Jingting

JIA Xiaoli

Related Institution

Fulongma CITIBOT Technology Co., Ltd.

College of Mechanical Engineering, Tianjin University

PetroChina Suining Natural Gas Purification Co., Ltd.

High End Oil and Gas Equipment Intelligent Design and Manufacturing Research Center, China University of Petroleum

College of Mechanical and Transportation Engineering, China University of Petroleum

⁰