陆月朋
淮南联合大学 机电系 安徽·淮南 232038
摘要：本文结合管道喷涂、除锈及监测等方面的具体要求，设计了一种用于管道外壁的多功能管道行走装置；依据各种需要，在此装置上安装其它工作装置，以此来实现在管道上行走与工作的目的。
关键词：管道外壁；行走装置；结构设计
基金项目：安徽省教育厅重点科学研究项目《管道外壁行走装置系统设计研究》 ，项目编号KJ2017A581。
在各种工程应用需求的驱动下，各种规格与种类的管材在此领域中得到广泛应用，而随着应用的日趋普遍，腐蚀、生锈等问题越发突出，对管道安全造成了较大影响与威胁。在现实应用中，怎样将管道检测、着色喷涂及外壁除锈维护等问题解决掉，乃是当前研究的重点与热点。现阶段，已出现许多用于管道内壁行走的装置，而外壁行走维护装置却比较少，本文根据现实需要及技术支持，探讨了一种新型的管道外壁行走装置，对其结构进行了设计。
1.调心机构设计
当装置行走于管道上时，其类型有如下几种：电磁驱动式、履带式及轮式等。针对履带式来讲，其行走于管外，存在几何层面的不适用，且较难行走于圆形管道上。现阶段，针对管外行走装置来讲，其多采用轮式的行走方式，本设计即为轮式。如果装置行走的管道存在直径上的差异，那么需要管道与装置处于接触状态的部分，能够可调节，以便在各种直径的管道上，装置均能以最大姿态与管道接触。若接触不佳，那么动力部分便难以体现其动力。如果管道与装置之间难以达到同轴度，那么针对此时的装置来讲，其在管道上行走便会出现偏离，若偏离比较严重，那么会造成管道与装置之间的摩擦，会对装置行走造成阻碍。此外，若管道的同轴度与装置之间难以达到既定要求，那么在检测管道时，最终结果便会出现偏离，在对管道实施喷涂及除锈操作时，工作机便难以达到均衡化的工作效果。所以，为使管道中心与装置间能够达到理想的重合度，要求在装置当中有能够发挥调节效果的机构，即调心机构。结构方案为：
与管道直接接触的即为行走轮。在轮支架上，将导向螺栓穿入，此螺栓除了能够发挥支撑作用外，还能对螺母进行调节，达到调节轮子伸缩量的目的，适应轮子在各种直径管道上，轮均能与管道之间有良好的接触，使装置使用范围得到扩大。针对调节弹簧来讲，其乃是整个装置的核心部件，其整个装置均有若干组此种弹簧来提供支撑，通过对调节螺栓向下的伸出量进行调节，来达到施压于调节板的目的，如此一来，便能够对弹簧的松紧度进行适当调节，使管道与行走轮之间有较好的接触。而对于行走轮来讲，其对管道的压力大小，主要借助弹簧组来进行调节。
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2.动力机构设计
针对此装置的动力部分来讲，采取的是典型的电机驱动式；针对主动部而言，其乃是整个行走装置架构当中的重要构成，其结构与调心机构相同，只要将一组电机安装在行走轮上便可。若将对电机的保护作用考虑在内，可以将一联轴器安装在行走轮轴与电机轴之间。其结构方案为：当前的机器人或管道行走装置的用途为管道外壁除锈、管道外壁喷涂及管道监测等。当前，多围绕上述用途来开展设计，将多种功能有机整合在一起，以此来最大程度提升装置的实用性与通用性。
3.整体设计方案
上述分析已对两个主要机构所对应的结构方案进行了明确，即调心机构与主动部分，依据工作要求的差异性，结合装置适用的管道类型（水平圆形直管道），对装置的结构加以明确。即本装置所选用的是“2+1”式布置行走轮形式，除此之外，还有另外一种布置方式，即“1+2”式。针对这两种形式来讲，其对装置定心均有益处，而在具体的调心机构数量上，均采用3个，之所以要这样设计，主要是因为有过多的行走轮数量，受此影响，装置的总体重量会增加，若过少，会降低装置的稳定性。所以，用3个行走轮，且进行均匀布置，这样更为合理与实用。针对这两种布置方式来讲，尽管均能起到较好的调心能力，但在现实工作当中，若将各种外界因素考虑在内，这两种方式均有局限性与缺陷。将两方式框架下的行走装置进行简化，并对其逐一开展受力分析，在“2+1”式当中，如果装置处于静止状态，那么各个调心机构所对应的弹簧会呈现出不同的受力情况。而在“1+2”式当中，如果装置始终处于静止状态，那么各个调心机构弹簧也会有不同的受力。由此可知，在相同预紧情况下，在上述两种布置方式中，针对处于上部的调心机构，其有着相同的弹簧弹力，而处于下方的调心机，其也有着相同的弹簧弹力。也就是说，上述两种情况有着相同的受力情况，因此，经系统化分析，最终选择“2+1”式的布置调心机构。
4.结语
综上，依据现实情况及工作需要，给出了动力部分与调心机构的结构方案，而通过开展受力、稳定性等分析，对动力部分与调心机构的分布方式予以明确，最终对调心机构选择了“2+1”式的布置方式。针对此装置来讲，其在监测铁磁性管道缺陷方面尤为适用，在对外壁进行除锈、着色喷涂等操作时，效能突出且使用方便。
参考文献：
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作者简介:陆月朋（1984- ）女，安徽省淮南，硕士研究生，淮南联合大学讲师，主要研究方向：电力电子与电力传动教学与研究。
论文作者:陆月朋
论文发表刊物:《成长读本》2018年11月总第36期
论文发表时间:2018/11/22
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