一種具有變螺距螺線型爬行能力的管道機器車的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及了一種管道機器車，具體涉及的是一種具有變螺距螺線型爬行能力的管道機器車，可應用于繞縫焊管焊縫質量檢測。
【背景技術】
[0002]螺旋形繞縫焊管作為一種特殊類型的管道，在現(xiàn)代工業(yè)、國防建設、航空航天等高新技術產(chǎn)業(yè)以及人們的日常生活中具有日益廣泛地應用。由于焊縫的薄弱性，且焊接成形后在焊口處存在較大應力，加之常處于高溫、高壓和腐蝕性的工作環(huán)境中，螺旋形繞縫焊管在焊縫處易產(chǎn)生裂紋和穿孔等缺陷，需要無損檢測技術對其工作狀況和質量進行檢測與監(jiān)控。并且，隨著管道鋪設的高空化和地下化以及相關設備的大型化，人工方式檢測管道已日益難以滿足這種發(fā)展需求，必須研發(fā)自動化的無損檢測手段。
[0003]針對焊縫的質量監(jiān)控，目前已有超聲TOFD (Time of Flight Diffract1n ) (I)檢測技術這樣行之有效的方法，如圖1所示。然而，要實現(xiàn)自動化的超聲TOFD檢測并非易事，尤其對于螺旋形焊縫，因為超聲TOFD發(fā)射和接受換能器必須分置于焊縫兩側，并必須確保它們中心連線垂直于焊縫中心線，而螺旋形焊縫的中心線隨空間角度的變化而改變。
[0004]目前使用較廣的螺旋焊管焊縫自動化探傷系統(tǒng)由超聲波探傷儀、運輸小車和焊縫跟蹤機構組成。檢測時，鋼管需要放在小車上，通過探測跟蹤系統(tǒng)檢測；小車一邊前進，一邊旋轉鋼管，兩種運動合成螺旋運動。這種結構存在以下問題:
[0005]I)需要大型設備來實現(xiàn)鋼管的螺旋運動。
[0006]2)焊縫的升角固定，一旦角度改變，需要立即調整各種參數(shù)。
[0007]關于吸附方案，爬壁機器人按爬壁機構劃分可以分成6大類:真空吸附型、微針吸附型、抓握型、粘結劑吸附型、靜電力吸附型、以及磁力吸附型。
[0008]其中，磁力吸附型機器人利用電磁鐵或永磁鐵吸附導體面的一種爬璧機器人，由于磁鐵的吸附力比較可靠，建立吸附過程比較穩(wěn)定，而且無需給吸附機構提供額外的能源，所以很多管道機器人都采用這種吸附方式，較為典型的有東京科技大學的Anchor Climber爬壁機器人和蘇黎世大學的Magnebike。本產(chǎn)品采用的便是這種磁力吸附型機的器人，這種吸附方式在鋼鐵管道爬行領域具有巨大的價格優(yōu)勢和穩(wěn)定性優(yōu)勢。
[0009]縱觀目前磁性吸附爬壁機器車的研宄現(xiàn)狀，目前已有的幾種磁性爬行機器人大部分采用磁性履帶或者永磁塊來提供磁性吸附力，并且為了降低重心都采取扁平形狀，如《磁吸附爬壁機器人》(CN104443098A)，《一種永磁吸附爬壁機器人》(CN204223014U0)，《磁吸附式爬壁機器人》(CN204223015U)，這種結構主要運用于鋼制平面或者大曲率的曲面，由于轉向靈活性差以及車身結構限制，難以在小曲率曲面，尤其是管道外爬行難度極大。而爬行小曲率管道的機器，又主要集中在管道內爬行，如《無線遙控自適應管道爬行機器人》(CN201320439757)，而面對數(shù)量龐大的鋼制管道，不僅僅是其內部需要進行檢測，其外部也需要進行嚴密的檢測診斷，尤其是對于剛出廠的繞縫鋼管?！緦嵱眯滦蛢热荨?br>[0010]為了解決【背景技術】中存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種具有變螺距螺線型爬行能力的管道機器車，本實用新型以繞縫焊管焊縫質量檢測為技術背景，利用觸摸屏上位機和基于單片機的控制系統(tǒng)進行控制，具有柔性無級調整螺距能力，可繞管隨動爬行能力的管道機器車；為超聲TOFD檢測技術在不同螺距螺旋形焊縫質量的自動化檢測應用奠定必要的技術和設備基礎。
[0011]本實用新型采用的技術方案是:
[0012]本實用新型的管道機器車為三段式結構，包括前端運動機構、后端運動機構、運動角度調整機構、磁性吸附輪和軸向隨動機構；前端運動機構和后端運動機構結構相同并分別安裝在管道機器車的前段和后段，運動角度調整機構安裝于管道機器車的中段；前端運動機構與運動角度調整機構連接，運動角度調整機構經(jīng)軸向隨動機構與后端運動機構軸向連接，前端運動機構和后端運動機構底部均裝有用于爬行的磁性吸附輪。
[0013]所述的前端運動機構和后端運動機構均包括運動車架、驅動直流減速電機、行進主動同步帶輪、行進從動同步帶輪和驅動軸，運動車架主要由通過角碼相互連接的左側板、頂板、右側板、背側板和底護板組成，驅動直流減速電機固定在運動車架上，驅動直流減速電機的輸出軸水平并與行進主動同步帶輪連接，行進主動同步帶輪經(jīng)行進同步帶與行進從動同步帶輪連接，行進從動同步帶輪與驅動軸的一端同軸固定連接，驅動軸通過驅動軸軸承水平安裝在運動車架底部，驅動軸的另一端上固定套有磁性吸附輪；后端運動機構的行進從動同步帶輪和前端運動機構的行進從動同步帶輪分別安裝在管道機器車兩側。
[0014]所述的運動角度調整機構包括轉向步進電機、轉向架、轉向軸擋板、轉向主動同步帶輪、帶輪張緊機構，轉向架主要由通過角碼相互連接的中頂板、中背側板和中側板組成，轉向步進電機固定在轉向架上，轉向步進電機的輸出軸朝上并與轉向主動同步帶輪同軸安裝，轉向主動同步帶輪經(jīng)轉向同步帶與轉向從動同步帶輪連接，轉向從動同步帶輪與轉向架前端的轉向軸同軸連接，轉向軸向下穿過轉向架和轉向軸擋板后插入到前端運動機構的運動車架中并通過轉向軸擋板固定，轉向軸擋板與前端運動機構的運動車架固定連接，使得轉向軸與運動車架固定連接；轉向架上安裝有用于調整轉向同步帶松緊的帶輪張緊機構。
[0015]所述的轉向軸底端設有凸緣，凸緣直徑小于轉向軸擋板的通孔直徑，凸緣裝在運動車架內。
[0016]所述的帶輪張緊機構包括張緊輪定架、張緊輪動架、張緊輪軸和張緊輪，張緊輪定架固定在轉向架上并位于轉向同步帶側方，張緊輪動架的一端鉸接在張緊輪定架上，張緊輪動架的中間開有弧形槽，弧形槽裝有螺栓和螺母，螺栓穿過弧形槽和張緊輪定架后通過螺母緊固實現(xiàn)張緊輪動架的安裝角度調整；張緊輪動架另一端裝有豎直的張緊輪軸，張緊輪軸上裝有張緊輪，張緊輪與轉向同步帶接觸壓緊。
[0017]所述的磁性吸附輪包括兩片軛鐵、環(huán)形稀土磁鐵，環(huán)形稀土磁鐵和兩片軛鐵均固定套裝在驅動軸上，兩片軛鐵分別固定套裝在環(huán)形稀土磁鐵兩側，軛鐵、環(huán)形稀土磁鐵與驅動軸之間均為過盈配合。
[0018]所述的軸向隨動機構包括隨動軸、隨動軸軸承、隨動軸擋板和隨動軸承外擋板，隨動軸的后端設有凸緣，隨動軸后端的凸緣裝在后端運動機構運動車架的孔內，隨動軸擋板套裝在隨動軸后端凸緣的臺階上固定限位，隨動軸擋板與后端運動機構運動車架固定連接；隨動軸前端通過隨動軸軸承裝在運動角度調整機構轉向架后部的通孔內，隨動軸軸承的內外側面設有用于對其軸向限位的隨動軸承外擋板和隨動軸承內擋板，隨動軸承外擋板和隨動軸承內擋板固定連接到轉向架。
[0019]本實用新型的機械本體采用類自行車的雙輪結構，以“工字”形磁性輪實現(xiàn)與鋼制管道的吸附，并通過直流電機單輪驅動實現(xiàn)機器車的前進與后退運動。同時，采用步進電機調整運動角度，并結合沿車身軸向的隨動扭轉自由度，柔性地達到無級調整螺距的目的。
[0020]本實用新型具有以下有益效果:
[0021]本實用新型機器車能夠在各種小曲率曲面管道表面爬行，并能自適應焊縫進行螺旋線性爬行，在繞縫焊管焊縫質量檢測方面具有特有的優(yōu)勢。
[0022]I)機器車具有工字型磁性輪和柔性隨動能力，可以適應圓形管道螺距的變化，實現(xiàn)變螺距的爬行，應用于變螺距繞縫焊的無損檢測。
[0023]2)在裝載檢測設備實施檢測的過程中，能夠根據(jù)螺旋形焊縫中心線的變化而調整收、發(fā)換能器的方位，從而實現(xiàn)螺線形焊縫的自動化質量檢測。
[0024]3)利用便攜式控制箱和觸摸屏上位機對機器車進行有線運動控制，方便可靠，穩(wěn)定性高。
[0025]4.)機器車存在扭轉隨動自由度，且車身大部分配件布局高于車輪軸線，這可以使機器車實現(xiàn)在各類不同直徑的管壁徑上的爬行，實現(xiàn)小曲率管道上繞形焊縫的檢測。
[0026]本實用新型機器車采用類自行車的雙輪運動機構，采用前后分別驅動實現(xiàn)前進或后退的運動；同時，在賦予該小車轉彎角度無級在線調節(jié)能力的基礎上，結合隨動機構達到變螺距運動的目的。
[0027]相比較現(xiàn)有的螺旋焊管焊縫自動化探傷系統(tǒng)，本實用新型機器車可實現(xiàn)柔性的無極螺距