【導(dǎo)讀】蝕的主要集中區(qū)。漏磁檢測(cè)具有快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，逐步成為罐底板檢測(cè)。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(cè)傳感器中的勵(lì)磁裝置設(shè)計(jì)是傳感器設(shè)計(jì)的重要組成部。置的若干參數(shù)對(duì)被測(cè)鋼板磁化狀況的影響,優(yōu)化勵(lì)磁裝置的尺寸。繪制1張裝配圖，4張零件圖。2開題報(bào)告、制定設(shè)計(jì)方案~作為關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，儲(chǔ)罐長(zhǎng)期工作于惡劣工況。為確保儲(chǔ)罐安全運(yùn)營(yíng)，有。由鋼板構(gòu)成的大型儲(chǔ)罐可以利用漏磁檢測(cè)法進(jìn)行檢測(cè)。以更好的適應(yīng)于不同板厚的儲(chǔ)罐的在油檢測(cè)需求。畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書的論述合理，設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)成績(jī)等級(jí)為“”。的信號(hào)強(qiáng)度受探頭形式，提離距離影響較大。該同學(xué)對(duì)待畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)認(rèn)真負(fù)責(zé)，積極查閱資料，認(rèn)真思考解決問(wèn)題的方法，達(dá)到工程圖的水平，所完成的畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書條理清楚、計(jì)算正確，文字基本流暢。

　　

【正文】 這里忽略運(yùn)動(dòng) 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(duì)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)了密封結(jié)構(gòu)。 驅(qū)動(dòng)裝置的靜密封設(shè)計(jì)及密封材料選擇 如圖 所示，驅(qū)動(dòng)裝置的主要結(jié)構(gòu)為一個(gè)裝有鏈傳動(dòng)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(guò)螺栓固定連接。由于油品密度小于水，因此在儲(chǔ)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(duì)電機(jī)與編碼器實(shí)施密封以實(shí)現(xiàn)保護(hù)。另一方面，為了避免混合物進(jìn)入驅(qū)動(dòng)裝置的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)造成鏈條銹蝕，對(duì)安裝在箱體內(nèi)的鏈傳 動(dòng)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(cè)器的行進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊中，鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)安置于一面開放的箱體內(nèi)，通過(guò)蓋板將該開放面封閉。電機(jī)和編碼器可以通過(guò)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(guò)法蘭墊片密封，研合面密封等方法實(shí)現(xiàn)密封?？紤]機(jī)加工難度和成本等問(wèn)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(guò)螺栓固定連接，而軸與軸承端蓋之間有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，我們?cè)谳S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(dòng)密封結(jié)構(gòu)以實(shí)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(chǔ)罐存儲(chǔ)的介質(zhì)多為油品，因此，所設(shè)計(jì)的在油儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)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(guò)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(duì)非極性油的耐腐蝕性能好，但對(duì)極性油的耐腐蝕性能差。氯橡膠對(duì)油 的耐腐蝕性能好，但對(duì)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(duì)酒精和胺、脂、 20 酮類的耐腐蝕性能也很好，對(duì)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(guò)裁切制成密封墊片，安裝在各配合面間，以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)器的靜密封保護(hù)。 行進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊的動(dòng)密封設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)軸的軸承端蓋之間存在相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，靜密封方案無(wú)法滿足檢測(cè)器對(duì)傳動(dòng)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(dòng)密封件。常用的動(dòng)密封結(jié)構(gòu)的 優(yōu)缺點(diǎn)如表 所示。 表 動(dòng)密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn) 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(dòng)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(guò)石墨環(huán)與碳化硅環(huán)之間的密封面的緊密配合實(shí)現(xiàn)動(dòng)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(rùn)滑性的特點(diǎn)，且對(duì)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(guò)靜環(huán)上的聚三氟氯乙烯橡膠的變 21 形將動(dòng)密封件的靜環(huán)嵌在軸承端蓋上。動(dòng)環(huán)通過(guò)橡膠套密封端的變形與行進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)輪輪軸固定配合。通過(guò)軸端的驅(qū)動(dòng)輪的輪套對(duì)動(dòng)環(huán)的彈簧進(jìn)行壓縮，以保證動(dòng)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(dòng)模塊的動(dòng)密封設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)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(guò)電機(jī)艙蓋和聚四氟乙烯橡膠墊片實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的靜密封保護(hù)。而對(duì)轉(zhuǎn)向軸的軸承的保護(hù)必須通過(guò)動(dòng)密封來(lái)實(shí)施，由于在 整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)器多為直線行駛，轉(zhuǎn)向軸與基座之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間不長(zhǎng)，大部分時(shí)間處于靜止?fàn)顟B(tài)。因此，所選用的動(dòng)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(duì)于轉(zhuǎn)向軸來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)向軸中間安裝有轉(zhuǎn)向臂，且在運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)向軸本身承受來(lái)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(duì)于機(jī)械密封件來(lái)說(shuō)，橡膠密封圈體積小，安裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)線速度小，橡膠密封件對(duì)轉(zhuǎn)向軸的 磨損基本上可以忽略不計(jì)。因此，我們?cè)谵D(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(duì)轉(zhuǎn)向軸的軸承的密封保護(hù)。 22 第四章 漏磁檢測(cè)器動(dòng)力學(xué)仿真 引言 所設(shè)計(jì)的在油儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)器在承載有油品的大型儲(chǔ)罐內(nèi)運(yùn)行，運(yùn)行過(guò)程中不僅有因?yàn)榈装灞砻婺Σ亮υ斐傻妮d荷，還有運(yùn)行中越過(guò)焊縫時(shí)造成的沖擊載荷，因此，針對(duì)檢測(cè)器的動(dòng)力學(xué)性能要求以及檢測(cè)器運(yùn)行的工況進(jìn)行充分的仿真計(jì)算，從而獲取載荷的理論值，對(duì)檢測(cè)器的電機(jī)選型、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核都有重要意義。 對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)仿真普遍采用由美國(guó)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(kù)、約束庫(kù)和力庫(kù)。用戶可以通過(guò)參數(shù)化的方法建立機(jī)械系統(tǒng)的幾何模型，通過(guò)添加各種力約束對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)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(dòng)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(dòng)范圍、碰撞檢測(cè)、峰值載荷或者輸入載荷等，求解結(jié)果可以通過(guò)數(shù)值、圖表等多種方式直 觀的表現(xiàn)出來(lái)。 由于 ADAMS 軟件三維造型能力不強(qiáng)，用戶往往通過(guò)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(jì)軟件，可以通過(guò)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(shí)，該軟件具備詳盡的材料庫(kù)，可以通過(guò)添加材料屬性對(duì)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(duì)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(duì)部分零件靜載荷條件下的安全情況進(jìn)行校驗(yàn)，并計(jì)算需要在 ADAMS 的動(dòng) 23 力學(xué)仿真中添加的力學(xué)約束。 漏磁檢測(cè)器動(dòng)力性能的基本要求 如 節(jié)中所述，相關(guān)的大型儲(chǔ)罐檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定檢測(cè)器的檢測(cè)速度有一定的要求。因此，對(duì)檢測(cè)器的動(dòng)力性能的約束如下： 檢測(cè)器在底板上的運(yùn)行速度： v =10 m/min。 檢測(cè)器能越過(guò)的對(duì)接焊縫高度： h= 5mm。 針對(duì)上述性能要求，先通過(guò)等轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)檢測(cè)器運(yùn)動(dòng)，獲取檢測(cè)器越過(guò)焊縫時(shí)造成的沖擊載荷。通過(guò) ANSYS 仿真獲取檢測(cè)器與被測(cè)鋼板之間的吸附力并使用UG 的 Simulation 模塊對(duì)檢測(cè)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(guò) ADAMS 虛擬樣機(jī)對(duì)檢測(cè)器最終的越障性能進(jìn)行檢驗(yàn)。 檢測(cè)器動(dòng)力學(xué)仿真模型建立 UG 軟件建立的模型可以通過(guò)兩種方式導(dǎo)入到 ADAMS 軟件中，一種是利用Parasolid 核心實(shí)體造型技術(shù)建立模型，另一種是通過(guò) UG 的 Cosmos motion 組件將模型導(dǎo)入 ADAMS，在此采用第一種方式實(shí)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(jiǎn)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(gè)模型內(nèi)作為同一剛體參與計(jì)算。 24 圖 檢測(cè)器簡(jiǎn)化模型 同時(shí)，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(jì)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(cè)器靜態(tài)載荷計(jì)算 UG 環(huán)境下的零件靜態(tài)載荷計(jì)算通過(guò)其 Simulation 模塊進(jìn)行。由于 Simulation 模塊在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)要求相互配合的零部件之 間沒有干涉，而在檢測(cè)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(gè)裝配體進(jìn)行有限元靜載荷分析，而是對(duì)單個(gè)零件進(jìn)行加載，以考察機(jī) 25 械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。對(duì)于所設(shè)計(jì)的檢測(cè)器而言，其機(jī)械結(jié)構(gòu)的靜載荷主要來(lái)自磁化器與被測(cè)鋼板之間的吸附力以及檢測(cè)器的自重。磁化器與被測(cè)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(cè)鋼板時(shí)的吸附力作為參考值。磁化器的自重可以通過(guò) UG 評(píng)估功能頁(yè)下的質(zhì)量屬性功能獲得。為此，為每一個(gè)零件添加對(duì)應(yīng)的材料屬性，獲得如圖 所示的報(bào)表。 圖 材料屬性 由報(bào)表中可知檢測(cè)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(cè)器所受重力和所受浮力分別為 和 。通過(guò) ANSYS 仿真計(jì)算得檢測(cè)器的磁化器緊貼 10mm 厚被測(cè)鋼板時(shí)吸附力為 2094N。 26 參考文獻(xiàn) [1] 趙 彥 修 , 閏河 . 大 型 儲(chǔ) 罐 檢 測(cè) 標(biāo) 準(zhǔn) 對(duì) 比 分 析 [J]. 油 氣儲(chǔ)運(yùn) , 2020, 29(12):929~932. 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