【導(dǎo)讀】蝕的主要集中區(qū)。漏磁檢測具有快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)等特點，逐步成為罐底板檢測。由于結(jié)構(gòu)原因,罐底板的磁化不可能采用管道爬行器。因此檢測傳感器中的勵磁裝置設(shè)計是傳感器設(shè)計的重要組成部。置的若干參數(shù)對被測鋼板磁化狀況的影響,優(yōu)化勵磁裝置的尺寸。繪制1張裝配圖，4張零件圖。2開題報告、制定設(shè)計方案~作為關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，儲罐長期工作于惡劣工況。為確保儲罐安全運(yùn)營，有。由鋼板構(gòu)成的大型儲罐可以利用漏磁檢測法進(jìn)行檢測。以更好的適應(yīng)于不同板厚的儲罐的在油檢測需求。畢業(yè)設(shè)計說明書的論述合理，設(shè)計計算方法正確，格式符合要求。同意參加答辯，推薦畢業(yè)設(shè)計成績等級為“”。的信號強(qiáng)度受探頭形式，提離距離影響較大。該同學(xué)對待畢業(yè)設(shè)計任務(wù)認(rèn)真負(fù)責(zé)，積極查閱資料，認(rèn)真思考解決問題的方法，達(dá)到工程圖的水平，所完成的畢業(yè)設(shè)計說明書條理清楚、計算正確，文字基本流暢。

　　

【正文】 這里忽略運(yùn)動 引起的壓強(qiáng)載荷變 19 化，并出于安全系數(shù)考慮取靜壓載荷 p 為 。根據(jù)此載荷，對驅(qū)動裝置設(shè)計了密封結(jié)構(gòu)。 驅(qū)動裝置的靜密封設(shè)計及密封材料選擇 如圖 所示，驅(qū)動裝置的主要結(jié)構(gòu)為一個裝有鏈傳動機(jī)構(gòu)的箱體，上部安裝有電機(jī)和編碼器，電機(jī)與編碼器與箱體之間通過螺栓固定連接。由于油品密度小于水，因此在儲罐的底部往往有水和鐵屑形成的混合物。為避免該混合物質(zhì)直接與電機(jī)接觸造成電路短路等故障，應(yīng)對電機(jī)與編碼器實施密封以實現(xiàn)保護(hù)。另一方面，為了避免混合物進(jìn)入驅(qū)動裝置的傳動機(jī)構(gòu)造成鏈條銹蝕，對安裝在箱體內(nèi)的鏈傳 動機(jī)構(gòu)也應(yīng)施加密封保護(hù)。 常用的靜密封形式有許多種，如法蘭墊片密封、自緊密封、研合面密封、 O型圈密封、金屬 O 型圈密封、填料密封、螺紋墊片密封、承插連接密封、密封膠密封和螺紋連接密封。檢測器的行進(jìn)驅(qū)動模塊中，鏈傳動機(jī)構(gòu)安置于一面開放的箱體內(nèi)，通過蓋板將該開放面封閉。電機(jī)和編碼器可以通過帶有防水航插的密封罩進(jìn)行保護(hù)并保證線路連通。由于蓋板與箱體之間，密封罩與箱體側(cè)面之間都是平面接觸，可以方便的通過法蘭墊片密封，研合面密封等方法實現(xiàn)密封?？紤]機(jī)加工難度和成本等問題，我們采用法蘭墊片密封方式完成此三處的密封。除此之外，軸承處也需要密封保護(hù)，由于軸承端蓋與箱體之間通過螺栓固定連接，而軸與軸承端蓋之間有相對轉(zhuǎn)動，我們在軸承端蓋與箱體之間設(shè)置密封墊片，而在軸承端蓋與軸之間安置動密封結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)軸承孔處的密封保護(hù)。 石化行業(yè)中應(yīng)用的大型儲罐存儲的介質(zhì)多為油品，因此，所設(shè)計的在油儲罐底板漏磁檢測器所使用的靜密封材料必須具有耐油耐水的性能。天然橡膠在油性環(huán)境中容易老化失去彈性，通過添加成分或者化學(xué)合成方法可以生產(chǎn)出具有特殊性能的橡膠以滿足工業(yè)應(yīng)用需求。丁晴橡膠和氯丁橡膠對非極性油的耐腐蝕性能好，但對極性油的耐腐蝕性能差。氯橡膠對油 的耐腐蝕性能好，但對胺、脂、酮類的耐腐蝕性能差。由于原油成分復(fù)雜，這些常用的耐腐蝕橡膠都不能滿足我們的應(yīng)用需求。而聚三氟氯乙烯橡膠耐水耐油，抗氧化能力強(qiáng)，對酒精和胺、脂、 20 酮類的耐腐蝕性能也很好，對石油有良好的耐腐蝕性能。 綜上，選取聚三氟氯乙烯材料通過裁切制成密封墊片，安裝在各配合面間，以實現(xiàn)檢測器的靜密封保護(hù)。 行進(jìn)驅(qū)動模塊的動密封設(shè)計 驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)軸的軸承端蓋之間存在相對轉(zhuǎn)動，靜密封方案無法滿足檢測器對傳動部件的密封保護(hù)要求。因此，還應(yīng)在軸承端蓋與軸之間安裝動密封件。常用的動密封結(jié)構(gòu)的 優(yōu)缺點如表 所示。 表 動密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點 選用如圖 所示的機(jī)械密封件，其靜環(huán)是一塊包覆有聚三氟氯乙烯橡膠的碳化硅環(huán)，動環(huán)為套有彈簧結(jié)構(gòu)的聚三氟氯乙烯橡膠套，橡膠套一端的孔與軸配合，一端嵌有石墨環(huán)，通過石墨環(huán)與碳化硅環(huán)之間的密封面的緊密配合實現(xiàn)動密封。該配合形式的好處在于可以充分利用碳化硅硬度高和石墨具有自潤滑性的特點，且對油品和胺、脂、酮等石油內(nèi)的成分有良好的抗腐蝕性能。 在軸承端蓋上加工出靜環(huán)安裝孔，通過靜環(huán)上的聚三氟氯乙烯橡膠的變 21 形將動密封件的靜環(huán)嵌在軸承端蓋上。動環(huán)通過橡膠套密封端的變形與行進(jìn)驅(qū)動模塊的驅(qū)動輪輪軸固定配合。通過軸端的驅(qū)動輪的輪套對動環(huán)的彈簧進(jìn)行壓縮，以保證動環(huán)與靜環(huán)之間足夠的預(yù)緊力，使兩環(huán)的密封面緊密配合。 圖 機(jī)械密封件組成結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)向驅(qū)動模塊的動密封設(shè)計 轉(zhuǎn)向驅(qū)動模塊由轉(zhuǎn)向基座和與轉(zhuǎn)向臂相連的轉(zhuǎn)向臂構(gòu)成。轉(zhuǎn)向電機(jī)安裝在轉(zhuǎn)向基座上方的電機(jī)艙內(nèi)，通過電機(jī)艙蓋和聚四氟乙烯橡膠墊片實現(xiàn)對電機(jī)的靜密封保護(hù)。而對轉(zhuǎn)向軸的軸承的保護(hù)必須通過動密封來實施，由于在 整個檢測過程中，檢測器多為直線行駛，轉(zhuǎn)向軸與基座之間相對轉(zhuǎn)動的時間不長，大部分時間處于靜止?fàn)顟B(tài)。因此，所選用的動密封件必須要有良好的靜密封性能。由 節(jié)中的表 ，橡膠密封和機(jī)械密封是比較符合要求的密封方案。但對于轉(zhuǎn)向軸來說，轉(zhuǎn)向軸中間安裝有轉(zhuǎn)向臂，且在運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)向軸本身承受來自轉(zhuǎn)向臂的軸向載荷，若安置機(jī)械密封件，其預(yù)緊力難以控制，且不能保證密封件的安全。而相對于機(jī)械密封件來說，橡膠密封圈體積小，安裝結(jié)構(gòu)簡單，沒有施加軸向預(yù)緊力的要求，且由于轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向基座之間的轉(zhuǎn)動線速度小，橡膠密封件對轉(zhuǎn)向軸的 磨損基本上可以忽略不計。因此，我們在轉(zhuǎn)向軸的上下端蓋上安裝聚三氟氯乙烯制成的非標(biāo)骨架密封圈以完成對轉(zhuǎn)向軸的軸承的密封保護(hù)。 22 第四章 漏磁檢測器動力學(xué)仿真 引言 所設(shè)計的在油儲罐底板漏磁檢測器在承載有油品的大型儲罐內(nèi)運(yùn)行，運(yùn)行過程中不僅有因為底板表面摩擦力造成的載荷，還有運(yùn)行中越過焊縫時造成的沖擊載荷，因此，針對檢測器的動力學(xué)性能要求以及檢測器運(yùn)行的工況進(jìn)行充分的仿真計算，從而獲取載荷的理論值，對檢測器的電機(jī)選型、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核都有重要意義。 對于機(jī)械結(jié)構(gòu)的動力學(xué)仿真普遍采用由美國的 MDI（ Mechanical Dynamics Inc）公司開發(fā)的 ADAMS（ Automatic DynamicAnalysis of Mechanical Systems）虛擬樣機(jī)分析軟件。該軟件使用交互式的圖形環(huán)境并具有一系列的零件庫、約束庫和力庫。用戶可以通過參數(shù)化的方法建立機(jī)械系統(tǒng)的幾何模型，通過添加各種力約束對機(jī)械系統(tǒng)的動力學(xué)特性進(jìn)行求解。軟件的求解器采用了多剛體系統(tǒng)動力學(xué)理論中的拉格朗日方程方法，可以獲得機(jī)械系統(tǒng)的響應(yīng)性能、運(yùn)動范圍、碰撞檢測、峰值載荷或者輸入載荷等，求解結(jié)果可以通過數(shù)值、圖表等多種方式直 觀的表現(xiàn)出來。 由于 ADAMS 軟件三維造型能力不強(qiáng)，用戶往往通過其他軟件建立標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)化三維模型以提高仿真效率。在這里我們選用由 SIMENS 系統(tǒng)出品的 UG 軟件進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)三維模型的建立。 UG 是專業(yè)的機(jī)械設(shè)計軟件，可以通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等多種建模手法方便的建立機(jī)械零件的三維模型。同時，該軟件具備詳盡的材料庫，可以通過添加材料屬性對零件的重量、重心、表面積等物理屬性快速求解。值得一提的是，該軟件所具有的 Simulation 模塊可以方便的對零件的靜載荷條件下的應(yīng)力狀態(tài)、零件形變進(jìn)行仿真求解。因此，我們采用該軟件 建立模型，對部分零件靜載荷條件下的安全情況進(jìn)行校驗，并計算需要在 ADAMS 的動 23 力學(xué)仿真中添加的力學(xué)約束。 漏磁檢測器動力性能的基本要求 如 節(jié)中所述，相關(guān)的大型儲罐檢測標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定檢測器的檢測速度有一定的要求。因此，對檢測器的動力性能的約束如下： 檢測器在底板上的運(yùn)行速度： v =10 m/min。 檢測器能越過的對接焊縫高度： h= 5mm。 針對上述性能要求，先通過等轉(zhuǎn)速驅(qū)動檢測器運(yùn)動，獲取檢測器越過焊縫時造成的沖擊載荷。通過 ANSYS 仿真獲取檢測器與被測鋼板之間的吸附力并使用UG 的 Simulation 模塊對檢測器的構(gòu)件的機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行校核。最后參照仿真的運(yùn)算結(jié)果選取合適的電機(jī)，并通過 ADAMS 虛擬樣機(jī)對檢測器最終的越障性能進(jìn)行檢驗。 檢測器動力學(xué)仿真模型建立 UG 軟件建立的模型可以通過兩種方式導(dǎo)入到 ADAMS 軟件中，一種是利用Parasolid 核心實體造型技術(shù)建立模型，另一種是通過 UG 的 Cosmos motion 組件將模型導(dǎo)入 ADAMS，在此采用第一種方式實現(xiàn)模型的傳遞。為了加快機(jī)械系統(tǒng)在 ADAMS 中的求解速度，在 UG 中建立了如圖 所示的簡化模型，將模型表面的螺釘?shù)燃?xì)小結(jié)構(gòu) 忽略以便于網(wǎng)格劃分，并將固定連接的部件建立在一個模型內(nèi)作為同一剛體參與計算。 24 圖 檢測器簡化模型 同時，為了保證零件在靜載荷條件下的機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的仿真計算的準(zhǔn)確性，還建立了如圖 所示的精確模型。 圖 靜載模型 檢測器靜態(tài)載荷計算 UG 環(huán)境下的零件靜態(tài)載荷計算通過其 Simulation 模塊進(jìn)行。由于 Simulation 模塊在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時要求相互配合的零部件之 間沒有干涉，而在檢測器樣機(jī)的模型中軟件建模精度不高導(dǎo)致零部件之間相互干涉的情況相當(dāng)常見，因此，通常不使用整個裝配體進(jìn)行有限元靜載荷分析，而是對單個零件進(jìn)行加載，以考察機(jī) 25 械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。對于所設(shè)計的檢測器而言，其機(jī)械結(jié)構(gòu)的靜載荷主要來自磁化器與被測鋼板之間的吸附力以及檢測器的自重。磁化器與被測鋼板之間的吸附力大小隨提離距離的增大而減小，因此取磁化器緊貼被測鋼板時的吸附力作為參考值。磁化器的自重可以通過 UG 評估功能頁下的質(zhì)量屬性功能獲得。為此，為每一個零件添加對應(yīng)的材料屬性，獲得如圖 所示的報表。 圖 材料屬性 由報表中可知檢測器的仿真樣機(jī)重量為 ，體積約為 升，根據(jù) 節(jié)所述油品密度，取重力加速度 g 為 （武漢地區(qū)重力加速度值），則檢測器所受重力和所受浮力分別為 和 。通過 ANSYS 仿真計算得檢測器的磁化器緊貼 10mm 厚被測鋼板時吸附力為 2094N。 26 參考文獻(xiàn) [1] 趙 彥 修 , 閏河 . 大 型 儲 罐 檢 測 標(biāo) 準(zhǔn) 對 比 分 析 [J]. 油 氣儲運(yùn) , 2020, 29(12):929~932. 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