面向换热器角焊缝自动检测的移动装置结构设计和运动性能研究
管子管板角焊缝是换热器的重要连接结构，角焊缝的质量直接影响换热器的运行状况，是保证整台设备长期正常运行、不发生泄漏事故的关键，需对其进行定期检测和维护。目前，管子管板角焊缝的检测一般由专业人员操作，检测效率低、存在漏检及检测质量较难控制等问题。针对这些问题，本文提出一种可携带无损检测设备的爬行机器人，实现对管子管板角焊缝自动检测。并以爬行机器人关键受力元件，即爬行脚为主要研究对象，对其机械结构设计、和爬行机器人整体负载稳定性进行深入研究。主要工作如下: (1)通过分析换热器结构特点，对爬行机器人各机构进行结构设计，爬行机器人和检测设备重25kg。利用ANSYS对爬行脚在立式换热器和卧式换热器两种工作环境下的负载能力进行仿真研究。仿真结果表明，在立式换热器工作环境下，单只爬行脚在充气工况下负载为25kg，最大滑移距离为0.0098mm，可保持良好的稳定性;在自锁工况下最大负载可达15kg，最大滑移距离为0.0078mm，满足其保持稳定性的需求。在卧式换热器工作环境下，负载达到12kg时爬行脚发生滑移失效，最大倾斜位移为4.03mm，导致机器人无法完成检测任务。 (2)通过分析爬行脚发生滑移失效的原因，提出一种三脚套新型爬行脚结构改进方案，可同时抓紧三根换热管，提高其可靠性，并对改进爬行脚的结构进行理论设计。 (3)对改进爬行脚负载能力进行仿真研究，根据仿真结果可知，在充气工况下最大负载为52kg，最大倾斜位移为0.36mm，自锁工况下最大负载为20kg，最大倾斜位移为0.18mm，均满足其稳定性要求。模拟换热器的工作特点，建立两款爬行机器人的虚拟样机，并进行动力学仿真，对两款检测机器人在运动过程中的稳定性进行验证。 (4)开发立式换热器实验样机系统。搭建实验平台，进行爬行脚吊装负载实验，得到其充气工况下最大负载为38kg，自锁工况下最大负载为15kg;爬行机器人并进行了旋转、直线运动等初步实验，验证了机器人具有良好的稳定性。
爬行机器人;爬行脚;结构设计;运动性能
北京化工大学
硕士
动力工程及工程热物理
庄俭
2018
中文
TP242;TP203
98
2018-09-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）