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管道焊缝超声检测扫查器机械装置研究

刘坤  
【摘要】:在核电工业的安全运营中,核容器及管道焊缝的役前和在役检测至关重要,其巨大的工作量及其恶劣的工作环境要求检测装置需具备结构简单、安装方便、稳定性好且质量轻等特点。本课题设计的系列大型设备与管道焊缝超声自动检查设备,采用永磁体轮式机构实现其在圆柱形筒体壁面的吸附和圆周移动功能,附加安装专用扫查模块可实现多种壁貌的自动扫查功能。 本文根据该设备的实际工作要求和工作环境,选择了合适的吸附方式和传动方案,分别设计了适用于各种扫查壁貌的扫查器总体方案设计,详细介绍了扫查器本体、扫查臂等各模块的设计,扫查器本体装配不同的扫查臂从而实现超声探头的各种轨迹的扫查运动。 然后本文以直管环焊缝扫查器为对象,研究了扫查器的静态稳定性问题:首先建立世界坐标系、管道坐标系、扫查器物体坐标系,引入管道倾角和扫查器在管道圆周的任意圆周角两个参数,将扫查器重力转化成扫查器物体坐标系各轴的分量,从而研究扫查器运行中任意空间位姿状态下各种失稳状况,给出相应的数学模型;接着将扫查器的失稳分析问题转化为扫查器为保持稳定所需要的磁轮许用吸附力的计算问题,并对各种磁轮许用吸附力的模型进行了数值模拟;最后详细分析了扫查器的各种失稳形式及原因,提出了各种针对性的解决措施,建立了扫查器稳定性与磁轮吸附力的定量关系,并取得许用磁轮吸附力的计算结果,为磁轮结构设计提供了依据。 接着介绍了静态永磁体磁路的一些基本概念,根据磁路设计的一般规律和扫查器的设计要求,计算出磁轮结构的基本尺寸,在ANSYS软件中对磁轮进行了一系列的静磁场仿真,进一步完善磁轮结构设计。并从提高扫查器运行安全性和防腐考虑,选用橡胶封装磁轮。 最后本文分析了匀速圆周运动条件下扫查器的驱动平衡模型,得到磁轮最大摩擦力矩,为选择扫查器的驱动电机提供依据。 本项目设计的管道焊缝超声检测扫查器结构简单,性能可靠,通用性好;本文研究方法和结果具有一定通用性,可供同类型设计作为参考。


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