系泊链自动超声检测机构设计问题研究

论文摘要

系泊链是用于海洋结构物定位与系泊的重要部件,在生产过程中,其焊缝位置需要接受严格的超声探伤。人工方式探伤存在误判和漏判的问题,因此需要设计一套自动检测系统,能够可靠地实现对系泊链焊缝的超声扫查任务。自动超声检测相关的系泊链特点,可以从三个方面各提炼为三点。链条是环环相扣的,可见:超声检测区域不连续,焊缝方位不确定,整体连接非刚性;链环是弯制成圆的,可见:环臂形状有变化,横档区域有限制,环冠套接有干涉;材料是锻造而成的,可见:表面粗糙度大,扫查区域可能存在凸台凹坑,链环面也不洁净。系泊链的这些特点给自动超声检测系统的研发带来一系列难题,需要深入分析解决。在以上问题中,本文主要致力于解决系泊链自动超声检测系统研发的机构方面的问题。其中重点工作如下:1.用塔架式超声检测工作台,解决系泊链链条柔性问题。通过各主功能和辅助功能模块的位置和运行的配合,可靠地实现系泊链自动超声检测的基本功能。2.用大粘度耦合剂的接触式探伤方法,解决系泊链链条表面粗糙度大的问题。通过多种探伤方式的比较,结合工件实际情况,自动化探伤系统选择了与系泊链人工超声探伤相似的方法。3.用转换工位机构,解决系泊链链条焊缝方位问题。链条送进、周转换位、升降找位和横进入位,这四个外围动作各自独立驱动,相互配合,使扫查器逐个对准链条上各链环的焊缝扫查区域。4.用内部周转和轴进机构相配合实现横方形超声探头扫查路径,解决系泊链普通有档链环的横档干涉问题。通过多种机构的分析比较,证明半环轨道和拖板相配合的周转往复机构,能够可靠地引导探头周转扫查运动。5.用探头杆的一个伸缩自由度和探头架的四个转动自由度来适应链环曲面,解决链环环形变化问题。这些相互配合的自由度,实现了探头对链环的良好贴合。6.用静力分析模型,解答了扫查器结构的悬臂和偏载问题。通过实际参数的测量、约束定性分析和程序承递求解,用计算数据说明了关键结构件的受力情况,证明零部件可以满足结构受力要求。本文通过技术方法比较、功能模块分析、机构方案选择和力学模型计算等方法,解答了系泊链自动超声检测系统的机构问题,给出了一套能够可靠实现探伤功能的系统机构方案。所得结论可以用于后续详细设计,所用方法可供相似系统的研发工作者参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.1.1 系泊链的生产工艺特点
• 1.1.2 系泊链超声探伤要求
• 1.2 超声检测技术现状
• 1.2.1 超声检测
• 1.2.2 自动超声探伤
• 1.3 系泊链特点与自动超声检测难点
• 1.3.1 系泊链链条三特点
• 1.3.2 系泊链链环三特点
• 1.3.3 系泊链表面三特点
• 1.4 论文主要内容和结构
• 1.4.1 论文主要内容
• 1.4.2 论文结构
• 第二章 系泊链焊缝超声探伤原理分析
• 2.1 系泊链的超声探伤方法
• 2.1.1 超声波探伤方法特点分析
• 2.1.2 系泊链焊缝超声探伤的波形选择
• 2.1.3 系泊链超声探伤的耦合方式选择
• 2.1.4 系泊链超声检测的探头数量选择
• 2.2 系泊链链环的扫查方式
• 2.2.1 焊缝常用扫查形式分析
• 2.2.2 系泊链手工超声扫查
• 2.2.3 系泊链自动化超声扫查
• 2.3 系泊链超声检测系统的自动化程度
• 2.3.1 超声探伤自动化程度的利弊分析
• 2.3.2 系泊链超声检测的自动化程度
• 2.4 系泊链超声检测系统的功能分析
• 2.4.1 系统功能分析方法特点
• 2.4.2 系泊链超声检测系统功能分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 系泊链链条自动超声检测机构设计
• 3.1 超声检测工作台设计
• 3.1.1 超声检测系统模块布局
• 3.1.2 超声检测模块运行流程
• 3.2 探伤模块机构原理
• 3.2.1 探伤模块坐标系和运动轴
• 3.2.2 探伤模块机构原理
• 3.2.3 探伤动作配合流程
• 3.3 本章小结
• 第四章 系泊链链环自动超声扫查机构设计
• 4.1 周转扫查机构设计
• 4.1.1 周转运动方式分析
• 4.1.2 周转支撑方式分析
• 4.1.3 周转扫查总体结构
• 4.2 轴进扫查机构设计
• 4.2.1 轴进扫查运动方式分析
• 4.2.2 轴进支撑方式分析
• 4.2.3 轴进扫查总体机构
• 4.3 探头位姿自适应机构设计
• 4.3.1 探头贴面方式选择
• 4.3.2 探头与环面相切自适应问题
• 4.4 本章小结
• 第五章 系泊链链环超声扫查器的结构静力分析
• 5.1 链环自动超声扫查器的结构问题
• 5.1.1 探头架杆和半环轨道两处悬臂问题
• 5.1.2 周转扫查中的拖板偏载问题
• 5.2 扫查器机构静力分析模型
• 5.2.1 扫查器力学模型的隔离体
• 5.2.2 扫查器力学模型的约束定性
• 5.3 扫查器静力模型求解
• 5.3.1 确定对象参数
• 5.3.2 分立方程求解拖板
• 5.3.3 矩阵方程求解半环轨道
• 5.4 静力模型结果分析与意义
• 5.4.1 扫查杆滚珠导向轴选型问题
• 5.4.2 轴进扫查丝杠螺母选型问题
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 论文主要结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文