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弹性导轨式管道环焊缝扫查器研究

作　者: 郭瑞
导　师: 王茁
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 环焊缝检测装置扫查器有限元
分类号: TG441.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 49次
引　用: 2次
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内容摘要

近年来,随着油气管线大力建设,管线环焊缝扫查器需求量日益增加,同时,伴随着自动超声检测(AUT)设备研究的深入,其可靠性已经逐步得到公认,正在逐步替代射线探伤仪成为管道焊缝探伤的主要装备。目前,国内AUT设备长期依赖进口,这使得国家的重大能源工程项目受到了很大的制约。因此,本文以国家863项目“深水海管水下回接技术及AUT检验设备国产化技术研究”为背景,对管道环焊缝自动超声检测机械扫查装置进行设计研究。论文主要完成如下工作：通过对国内外焊缝检测装置的深入研究,设计了扫查器的机械本体和控制系统方案。机械本体由弹性导轨、机械载体、探头调整机构、附加部分组成。建立机械装置的静力学模型,推导机械装置处任意位置时惰轮载荷公式及驱动力矩载荷公式,为以后分析设计夹紧机构和驱动机构提供了设计依据。文中对扫查装置的一些关键部件进行了分析与设计。在夹紧、驱动方案上,通过分析研究圆弧包络线惰轮和渐开线包络线惰轮,设计了有利于夹紧导轨的圆弧包络线惰轮。基于脱轨准则和有限元接触分析对惰轮与弹性导轨进行脱轨分析。利用ANSYS软件,对类齿驱动轮和类齿条导轨的摩擦驱动方案进行齿轮齿条接触分析和平面与弧面的接触分析,并与传统经验设计进行了对比,得到了有利于工程设计的技术参数。基于单片机AT89C51设计了机械装置周向驱动的速度伺服控制系统和通讯方案。对周向驱动的速度伺服系统进行数学建模,对其进行仿真实验,在速度闭环控制系统下,验证速度输出准确性、稳定性及动态响应特性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 课题来源及意义  10-11
  1.2 国内外焊缝检测装置的发展  11-15
    1.2.1 国外检测装置研究现状  11-14
    1.2.2 国内检测装置研究现状  14-15
  1.3 几种典型管道设备爬行机构  15-18
  1.4 本文主要研究内容  18-20
第2章焊缝扫查器总体方案  20-25
  2.1 焊缝扫查器性能指标  20
  2.2 扫查器系统总体构成  20-21
  2.3 扫查器机械本体  21-22
  2.4 扫查器控制系统  22-23
  2.5 扫查器检测方案  23-24
  2.6 本章小结  24-25
第3章焊缝扫查器主体结构设计  25-45
  3.1 扫查器载体设计  25-35
    3.1.1 夹紧模块设计  25-27
    3.1.2 驱动模块设计  27-29
    3.1.3 调整模块设计研究  29-35
    3.1.4 辅助模块设计  35
  3.2 弹性导轨设计  35-39
    3.2.1 导轨圈体模块设计  36-37
    3.2.2 导轨接头模块设计  37-38
    3.2.3 扫查器爬越导轨接头过程  38-39
  3.3 超声探头调整机构设计  39-43
    3.3.1 超声探头调整载体模块设计  40
    3.3.2 超声探头轴向驱动调整模块设计  40-42
    3.3.3 超声探头径向浮动调整模块设计  42-43
  3.4 附件部分设计  43-44
  3.5 本章小结  44-45
第4章焊缝扫查器力学与导轨接触分析研究  45-72
  4.1 静力学分析  45-54
    4.1.1 扫查器空间位置  45-46
    4.1.2 静力学分析研究  46-54
  4.2 夹紧惰轮(改惰轮)与导轨的轮对脱轨分析  54-65
    4.2.1 基于轮对接触脱轨准则的分析研究  54-59
    4.2.2 基于ANSYS轮轨接触脱轨分析研究  59-65
  4.3 驱动轮和导轨的有限元接触分析  65-71
    4.3.1 驱动轮轨类齿摩擦传动的齿轮齿条接触分析  66-69
    4.3.2 驱动轮轨类齿摩擦传动的平面与弧面接触分析  69-71
  4.4 本章小结  71-72
第5章焊缝扫查器控制系统设计及仿真  72-83
  5.1 硬件驱动系统设计  72-74
    5.1.1 扫查器周向驱动系统  72-73
    5.1.2 探头轴向调整驱动系统  73
    5.1.3 串行通讯电路的设计  73-74
  5.2 扫查器控制系统建模  74-78
    5.2.1 电机驱动负载建模  74-76
    5.2.2 减速传递部分建模  76-78
    5.2.3 电机驱动负载模型  78
  5.3 速度伺服系统的仿真分析  78-82
    5.3.1 PID控制器  78-79
    5.3.2 系统参数的确定  79-81
    5.3.3 PID控制系统仿真分析  81-82
  5.4 本章小结  82-83
结论  83-85
参考文献  85-90
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  90-91
致谢  91

弹性导轨式管道环焊缝扫查器研究

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