管道运输是原油的主要运输方式,输油干线已遍布大江南北,且里程数仍在逐年增加。输油管道内部产生的污垢会造成管道通流面积下降,提高输油阻力,加快管道腐蚀,引发安全事故。输油管道内污垢的去除一直是行业内的一大难题。目前对于输油管道中的污垢,多采用清管器除垢技术,但这种除垢方式只能去除软垢,无法有效去除硬垢。而其它效果较好的除垢方式大多只对短距离管线有效,无法用于长输油管道。为了有效清除长输油管道内的各种污垢,本文主要设计了一种流体电力混合驱动,机械方式除垢的长输油管道除垢机器人。由于该机器人以铣削方式去除硬垢,所以本文也对铣削参数与硬垢去除效能的关系进行了试验研究。详细研究内容如下:首先,综合分析了机器人的设计与功能要求,提出了管道除垢机器人的总体方案,并对管道机器人的外形尺寸约束进行了分析。在此基础上对机器人的各个单元中的机构进行了详细的分析与设计,包括端面转阀式泄流机构、曲柄滑块式变径机构、凸轮调速机构的设计以及刀架机构的初步设计。建立了机器人整体的三维模型。然后,进行了铣削参数与硬垢去除效能关系的试验研究。根据试验目的,确定了试验的评价指标,在此基础上完成了试验台的功能分析并设计搭建了试验台。讨论研究实验室制备硬垢的方案并成功制备了用以试验的硬垢。进行了除垢效能随铣削参数变化的单因素试验与正交试验,对试验结果进行分析后,选择了刀架机构的工作参数。基于试验研究确定的刀架机构工作参数,利用梯度下降法,求出了使刀架机构中周转轮系占用空间最小的齿轮组合。利用ADAMS对刀架机构的动态特性进行了仿真,验证刀架机构设计的正确性,并为有限元分析提供边界条件。利用ANSYS对刀架机构的关键零部件进行了分析,结果表明刀架机构的强度满足要求。最后,利用ADAMS对管道除垢机器人的弯管通过性进行仿真,验证了机器人的结构合理性。利用Fluent对管道除垢机器人的流体驱动特性进行仿真分析,得到管道除垢机器人运行时的流场分布情况与流体驱动特性曲线,为后续的相关研究提供了参考。