一种具有变螺距螺线型爬行能力的管道机器车的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及了一种管道机器车，具体涉及的是一种具有变螺距螺线型爬行能力的管道机器车，可应用于绕缝焊管焊缝质量检测。
【背景技术】
[0002]螺旋形绕缝焊管作为一种特殊类型的管道，在现代工业、国防建设、航空航天等高新技术产业以及人们的日常生活中具有日益广泛地应用。由于焊缝的薄弱性，且焊接成形后在焊口处存在较大应力，加之常处于高温、高压和腐蚀性的工作环境中，螺旋形绕缝焊管在焊缝处易产生裂纹和穿孔等缺陷，需要无损检测技术对其工作状况和质量进行检测与监控。并且，随着管道铺设的高空化和地下化以及相关设备的大型化，人工方式检测管道已日益难以满足这种发展需求，必须研发自动化的无损检测手段。
[0003]针对焊缝的质量监控，目前已有超声TOFD (Time of Flight Diffract1n ) (I)检测技术这样行之有效的方法，如图1所示。然而，要实现自动化的超声TOFD检测并非易事，尤其对于螺旋形焊缝，因为超声TOFD发射和接受换能器必须分置于焊缝两侧，并必须确保它们中心连线垂直于焊缝中心线，而螺旋形焊缝的中心线随空间角度的变化而改变。
[0004]目前使用较广的螺旋焊管焊缝自动化探伤系统由超声波探伤仪、运输小车和焊缝跟踪机构组成。检测时，钢管需要放在小车上，通过探测跟踪系统检测；小车一边前进，一边旋转钢管，两种运动合成螺旋运动。这种结构存在以下问题:
[0005]I)需要大型设备来实现钢管的螺旋运动。
[0006]2)焊缝的升角固定，一旦角度改变，需要立即调整各种参数。
[0007]关于吸附方案，爬壁机器人按爬壁机构划分可以分成6大类:真空吸附型、微针吸附型、抓握型、粘结剂吸附型、静电力吸附型、以及磁力吸附型。
[0008]其中，磁力吸附型机器人利用电磁铁或永磁铁吸附导体面的一种爬璧机器人，由于磁铁的吸附力比较可靠，建立吸附过程比较稳定，而且无需给吸附机构提供额外的能源，所以很多管道机器人都采用这种吸附方式，较为典型的有东京科技大学的Anchor Climber爬壁机器人和苏黎世大学的Magnebike。本产品采用的便是这种磁力吸附型机的器人，这种吸附方式在钢铁管道爬行领域具有巨大的价格优势和稳定性优势。
[0009]纵观目前磁性吸附爬壁机器车的研宄现状，目前已有的几种磁性爬行机器人大部分采用磁性履带或者永磁块来提供磁性吸附力，并且为了降低重心都采取扁平形状，如《磁吸附爬壁机器人》(CN104443098A)，《一种永磁吸附爬壁机器人》(CN204223014U0)，《磁吸附式爬壁机器人》(CN204223015U)，这种结构主要运用于钢制平面或者大曲率的曲面，由于转向灵活性差以及车身结构限制，难以在小曲率曲面，尤其是管道外爬行难度极大。而爬行小曲率管道的机器，又主要集中在管道内爬行，如《无线遥控自适应管道爬行机器人》(CN201320439757)，而面对数量庞大的钢制管道，不仅仅是其内部需要进行检测，其外部也需要进行严密的检测诊断，尤其是对于刚出厂的绕缝钢管。【实用新型内容】
[0010]为了解决【背景技术】中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种具有变螺距螺线型爬行能力的管道机器车，本实用新型以绕缝焊管焊缝质量检测为技术背景，利用触摸屏上位机和基于单片机的控制系统进行控制，具有柔性无级调整螺距能力，可绕管随动爬行能力的管道机器车；为超声TOFD检测技术在不同螺距螺旋形焊缝质量的自动化检测应用奠定必要的技术和设备基础。
[0011]本实用新型采用的技术方案是:
[0012]本实用新型的管道机器车为三段式结构，包括前端运动机构、后端运动机构、运动角度调整机构、磁性吸附轮和轴向随动机构；前端运动机构和后端运动机构结构相同并分别安装在管道机器车的前段和后段，运动角度调整机构安装于管道机器车的中段；前端运动机构与运动角度调整机构连接，运动角度调整机构经轴向随动机构与后端运动机构轴向连接，前端运动机构和后端运动机构底部均装有用于爬行的磁性吸附轮。
[0013]所述的前端运动机构和后端运动机构均包括运动车架、驱动直流减速电机、行进主动同步带轮、行进从动同步带轮和驱动轴，运动车架主要由通过角码相互连接的左侧板、顶板、右侧板、背侧板和底护板组成，驱动直流减速电机固定在运动车架上，驱动直流减速电机的输出轴水平并与行进主动同步带轮连接，行进主动同步带轮经行进同步带与行进从动同步带轮连接，行进从动同步带轮与驱动轴的一端同轴固定连接，驱动轴通过驱动轴轴承水平安装在运动车架底部，驱动轴的另一端上固定套有磁性吸附轮；后端运动机构的行进从动同步带轮和前端运动机构的行进从动同步带轮分别安装在管道机器车两侧。
[0014]所述的运动角度调整机构包括转向步进电机、转向架、转向轴挡板、转向主动同步带轮、带轮张紧机构，转向架主要由通过角码相互连接的中顶板、中背侧板和中侧板组成，转向步进电机固定在转向架上，转向步进电机的输出轴朝上并与转向主动同步带轮同轴安装，转向主动同步带轮经转向同步带与转向从动同步带轮连接，转向从动同步带轮与转向架前端的转向轴同轴连接，转向轴向下穿过转向架和转向轴挡板后插入到前端运动机构的运动车架中并通过转向轴挡板固定，转向轴挡板与前端运动机构的运动车架固定连接，使得转向轴与运动车架固定连接；转向架上安装有用于调整转向同步带松紧的带轮张紧机构。
[0015]所述的转向轴底端设有凸缘，凸缘直径小于转向轴挡板的通孔直径，凸缘装在运动车架内。
[0016]所述的带轮张紧机构包括张紧轮定架、张紧轮动架、张紧轮轴和张紧轮，张紧轮定架固定在转向架上并位于转向同步带侧方，张紧轮动架的一端铰接在张紧轮定架上，张紧轮动架的中间开有弧形槽，弧形槽装有螺栓和螺母，螺栓穿过弧形槽和张紧轮定架后通过螺母紧固实现张紧轮动架的安装角度调整；张紧轮动架另一端装有竖直的张紧轮轴，张紧轮轴上装有张紧轮，张紧轮与转向同步带接触压紧。
[0017]所述的磁性吸附轮包括两片轭铁、环形稀土磁铁，环形稀土磁铁和两片轭铁均固定套装在驱动轴上，两片轭铁分别固定套装在环形稀土磁铁两侧，轭铁、环形稀土磁铁与驱动轴之间均为过盈配合。
[0018]所述的轴向随动机构包括随动轴、随动轴轴承、随动轴挡板和随动轴承外挡板，随动轴的后端设有凸缘，随动轴后端的凸缘装在后端运动机构运动车架的孔内，随动轴挡板套装在随动轴后端凸缘的台阶上固定限位，随动轴挡板与后端运动机构运动车架固定连接；随动轴前端通过随动轴轴承装在运动角度调整机构转向架后部的通孔内，随动轴轴承的内外侧面设有用于对其轴向限位的随动轴承外挡板和随动轴承内挡板，随动轴承外挡板和随动轴承内挡板固定连接到转向架。
[0019]本实用新型的机械本体采用类自行车的双轮结构，以“工字”形磁性轮实现与钢制管道的吸附，并通过直流电机单轮驱动实现机器车的前进与后退运动。同时，采用步进电机调整运动角度，并结合沿车身轴向的随动扭转自由度，柔性地达到无级调整螺距的目的。
[0020]本实用新型具有以下有益效果:
[0021]本实用新型机器车能够在各种小曲率曲面管道表面爬行，并能自适应焊缝进行螺旋线性爬行，在绕缝焊管焊缝质量检测方面具有特有的优势。
[0022]I)机器车具有工字型磁性轮和柔性随动能力，可以适应圆形管道螺距的变化，实现变螺距的爬行，应用于变螺距绕缝焊的无损检测。
[0023]2)在装载检测设备实施检测的过程中，能够根据螺旋形焊缝中心线的变化而调整收、发换能器的方位，从而实现螺线形焊缝的自动化质量检测。
[0024]3)利用便携式控制箱和触摸屏上位机对机器车进行有线运动控制，方便可靠，稳定性高。
[0025]4.)机器车存在扭转随动自由度，且车身大部分配件布局高于车轮轴线，这可以使机器车实现在各类不同直径的管壁径上的爬行，实现小曲率管道上绕形焊缝的检测。
[0026]本实用新型机器车采用类自行车的双轮运动机构，采用前后分别驱动实现前进或后退的运动；同时，在赋予该小车转弯角度无级在线调节能力的基础上，结合随动机构达到变螺距运动的目的。
[0027]相比较现有的螺旋焊管焊缝自动化探伤系统，本实用新型机器车可实现柔性的无极螺距