可适径油气管道清洁机器人过弯关键参数研究及仿真

戴耀南; 贺新虎; 刘可; 杨培炎; 张佳康; 郑小涛; 龚程

doi:DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.06.019

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可适径油气管道清洁机器人过弯关键参数研究及仿真

开发应用 | 更新时间：2025-06-18

- 可适径油气管道清洁机器人过弯关键参数研究及仿真
- Research and simulation of key bending parameters of suitable diameter oil and gas pipeline cleaning robots
- 机械传动 2025年49卷第6期页码：145-152
- 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：
  
  戴耀南，男，1993年生，湖北武汉人，博士，讲师；主要研究方向为化工管道机器人；22060302@wit.edu.cn。
  龚程（通信作者），男，1990年生，湖北荆门人，博士，讲师；主要研究方向为高温结构完整性、过程装备研发等；215250751@qq.com。
- 基金信息：
  
  湖北省杰出青年自然科学基金项目(2022CFA059);湖北省自然科学基金项目(2023AFC010);武汉工程大学科学基金项目(K2023056)
- DOI：DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.06.019
  中图分类号：
- 收稿日期：2024-02-14，
  
  修回日期：2024-03-25，
  
  纸质出版日期：2025-06-15
- 稿件说明：
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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

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