【正文】 局 較 合理，視圖表達(dá)完整，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 該同學(xué)考慮問題比較全面，具有較好的綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問題、解決問題的能力，以及較強(qiáng)的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。 XXX 同學(xué)較好地完成了畢業(yè)設(shè)計(jì) 任務(wù)，達(dá)到了本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，可以提交答辯。 設(shè)計(jì)的 管道檢測(cè)機(jī)器人總體設(shè)計(jì) 方案合理，所設(shè)計(jì)的 管道機(jī)器人里程輪自適應(yīng)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)球鉸式萬(wàn)向聯(lián)軸器 等機(jī)械本體結(jié)構(gòu)正確，布局合理，通過(guò) 管道機(jī)器人 系統(tǒng) 動(dòng) 力學(xué) 建模與 虛擬樣機(jī) 仿真分析，驗(yàn)證了總體設(shè)計(jì)方案的合理性。圖紙齊全、整潔，圖面質(zhì)量較好，符合規(guī)范。 XXX 同學(xué)全面完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，符合畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，可以提交畢業(yè)答辯。對(duì)所提問題較能正確回答。我國(guó)大量的油氣輸送管道分布在人口較稠密的地 區(qū)，一旦發(fā)生腐蝕泄漏事故，其后果不堪設(shè)想。 為了提高機(jī)器人的穩(wěn)定性和靈活性， 通過(guò)萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)保證了機(jī)器人能夠順利通過(guò)曲率半徑為 600mm 的彎道； 對(duì)檢測(cè)機(jī)器人在管道中的運(yùn)動(dòng)特性和行 走阻力進(jìn)行了分析； 在此基礎(chǔ)上 提出了動(dòng)態(tài)超聲波掃描的檢測(cè)方法，提高了檢測(cè)的效率，能夠滿足實(shí)際的需要。硬 件設(shè)計(jì)包括里程輪信號(hào)采集、超聲信 號(hào)采集模塊、電機(jī)控制模塊以及時(shí)鐘、存儲(chǔ)器以及通訊接口等外圍電路； 最后在 SolidWorks2021環(huán)境下對(duì) 管道 檢測(cè) 作業(yè) 機(jī)器人進(jìn)行了三維建模，并在 ADAMS 環(huán)境下對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真，對(duì)管道檢測(cè)機(jī)器人的后期研制具有至關(guān)重要的意義。本章主要對(duì)管道檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行概述和管道機(jī)器人的幾種主要成品進(jìn)行了分析對(duì)比。隨著中國(guó)城市化建設(shè)事業(yè)的發(fā)展推進(jìn)，中國(guó)西氣東輸工程的全面啟動(dòng)，特別是大型化工廠、大型天然氣廠、大型地下管道處理系統(tǒng)的建成，大型管道（或類似管道裝置）組合處理系統(tǒng)設(shè)施以其高質(zhì)量的工作效率、圓形管道結(jié)構(gòu)，占地少、有效工作空間大、美化生活環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。通常情況下涂層破損、失效處下方的管道同樣受到腐蝕，管道外檢測(cè)技術(shù)的目的是檢測(cè)涂層及陰極保護(hù)有效性的基礎(chǔ)上，通過(guò)挖坑檢測(cè)，達(dá)到檢測(cè)管體腐蝕缺陷的目的，對(duì)于目前大多數(shù)布局內(nèi)檢測(cè)條件的管道是十分有效的。 因此，各種大口徑天然氣管道、大口徑石油運(yùn)輸管道、大口徑自來(lái)水管道、大孔徑地下污水處理 管道，鍋爐廠、硫酸廠、核電站、液化氣站、印刷廠、酒廠、食品加工廠、東風(fēng)二汽長(zhǎng)管道系統(tǒng)等，各種大型廠房中的大孔徑管道系統(tǒng)隨處可見。 一套完整的中央空調(diào)管道清掃機(jī)器人 30 萬(wàn)元左右，其形狀如下為履帶式 ]3[ ，但是只能在水平管道中運(yùn)行，而且其清掃不充分 (如：履帶下面部分不能被清掃 )，對(duì)于立體空間中的斜管道和豎直管道更是望塵莫及，而我們的管道檢測(cè)維護(hù)機(jī)器人不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于立體空間中的斜管道和豎直 管道作業(yè)，而且價(jià)格僅需一萬(wàn)左右。傳統(tǒng)的管道內(nèi)部清潔機(jī)器只能進(jìn)行水平方向工作，無(wú)法進(jìn)行豎直方向工作，管道內(nèi)部彎道爬行更是望塵莫及。它們都存在不同程度的缺點(diǎn)，如機(jī)器笨重、攀爬效率低、有危險(xiǎn)、工作不穩(wěn)定、工作環(huán)境極大地受到限制等；而且豎直管道和彎曲管道內(nèi)部工作的機(jī)器 較少！ 目前國(guó)外較有名的檢測(cè)公司有美國(guó)的 Tuboscopc GE PII、英國(guó)的 British Gas、德國(guó)的Pipetronix、加拿大的 Corrpro，且其產(chǎn)品已基本上達(dá)到了系列化和多樣化 ]4[ 。由于管道內(nèi)檢測(cè)器使用的清管器比日常生產(chǎn)中普遍使用的清潔清管器要長(zhǎng)得多，國(guó)內(nèi)早期的油氣管道，不具備管道內(nèi)智能檢測(cè)的條件，應(yīng)用前需對(duì)站場(chǎng)收、發(fā)裝置及部分管道、管件進(jìn)行改造。盡管目前國(guó)內(nèi)一些管道公司也引進(jìn)了內(nèi)檢測(cè)設(shè)備，但因?yàn)槲葱纬上盗谢?，?yīng)用效果還不十分理想。目前中國(guó)石油新疆油田分公司與長(zhǎng)輸管道檢測(cè)評(píng)價(jià)中心聯(lián)合開發(fā)了 φ 377mm漏磁通智能檢測(cè)儀，現(xiàn)已生產(chǎn)出樣機(jī)并分別在烏魯木齊架構(gòu)— 706泵站、中國(guó)石油西南油氣田分公司輸氣管理出臥兩線等管道上進(jìn)行了應(yīng)用，雖然在解釋某些測(cè)試數(shù)據(jù)方面還不夠完善，但畢竟填補(bǔ)了管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的 空白，為管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)國(guó)中南大學(xué)本科畢業(yè)論文 第 1 章 緒論 3 產(chǎn)化奠定了基礎(chǔ)。 石油及天然氣開采后，往往需要異地輸送，其距離可達(dá)數(shù)千公里。但管道經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用，金屬管壁因受流體沖刷、電化學(xué)腐蝕等作用會(huì)出現(xiàn)機(jī)械裂紋和腐蝕穿孔，最終導(dǎo)致輸送效率降低、輸送介質(zhì)泄漏等惡性事故。因此，做好管道在役檢測(cè)工作已成為各國(guó)所關(guān)注的重大課題。由于建成投入使用的年限長(zhǎng)，大部分達(dá)到或接近 20年的使用年限，且由于原設(shè)計(jì)、施工標(biāo)準(zhǔn)不高，管道年久腐蝕，又缺乏正常的檢測(cè)維修，己進(jìn)入事故多發(fā)期，或接近事故多發(fā)期。在南方油田管徑 φ 273mm以下的管道約 2 104km，這些管道往往分布在人口較稠密的地區(qū)，一旦發(fā)生事故，其 后果將更為嚴(yán)重，而中、小口徑管道智能檢測(cè)技術(shù)在國(guó)外尚無(wú)成熟技術(shù)可以引進(jìn)。如果用管道機(jī)器人技術(shù)替代傳統(tǒng)方法，就能節(jié)省大量人力物力，節(jié)約大量資金。盡管某些科研單位己研制出了幾種功能樣機(jī)，但它們只能對(duì)空管道進(jìn)行檢測(cè)，很難滿足實(shí)際要求?，F(xiàn)在我國(guó)的大部分油田都沒有引進(jìn)這種沒備，而只是 采用傳統(tǒng)的管道外檢測(cè)方法，這就無(wú)法對(duì)埋地管道腐蝕受損情況進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)，從而造成了一些重大損失。同時(shí)每年大型工廠因管道泄露產(chǎn)生的化學(xué)污染、經(jīng)濟(jì)損失和事故也比較嚴(yán)重，這些都對(duì)我們產(chǎn)生很大沖擊，發(fā)人深思。 開展管道超聲檢測(cè)技術(shù)的研究，并在此基礎(chǔ)上開展管道檢測(cè)工作，通過(guò)對(duì)管道的安全性評(píng) 價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)分析，可以制定科學(xué)的維修計(jì)劃，改變過(guò)去的 “ 事后維修 ” 、 “ 不足維修 ” 、 “ 過(guò)剩維修 ” 為 “ 視情維修 ” ,保證管道的安全高效運(yùn)行。 目前，用于管道檢測(cè)、探傷、維護(hù)等用途的機(jī)器人試驗(yàn)樣機(jī)及商業(yè)化產(chǎn)品的種類和數(shù)量不斷增加。 幾種主要類型的管道檢測(cè)機(jī)器人 （ 1）車輪式管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)是一個(gè)古老而至今仍得到廣泛應(yīng)用的移動(dòng)機(jī)構(gòu)。 ①一般輪式 美國(guó) Everst Vit公司的管道產(chǎn)生了多種輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的派生機(jī)構(gòu)式派生機(jī)構(gòu)。 中南大學(xué)本科畢業(yè)論文 第 1 章 緒論 5 圖 11 Everst Vit公司 Rovver60管道機(jī)器人 由于基本輪式機(jī)構(gòu)在環(huán)境適應(yīng)性上有很多不足之處， 尤其是不能在圓管、垂直管和彎管中行走。 ②內(nèi)支撐輪式 此類管道機(jī)器人多數(shù)適用于圓管，一般是用三個(gè)互成 120176。這是最開始研究圓管管道機(jī)器人時(shí)常用的機(jī)構(gòu)。因此又出現(xiàn)了許多派生結(jié)構(gòu)。它是由前后兩節(jié)組成，中間萬(wàn)向節(jié)連接，每節(jié)由三組行星驅(qū)動(dòng)輪均勻支撐在管壁上，可調(diào)連桿調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)輪以適應(yīng)不同的管徑，前端帶 CCD攝像頭。每個(gè)單元體上均布有三只支撐臂，用螺旋彈簧將支撐臂上的小輪緊壓在管道內(nèi)壁上，產(chǎn)生預(yù)壓力。機(jī)器人采用可調(diào)整的三輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，解決了機(jī)器人垂直爬升、轉(zhuǎn)彎等行走方面的問題，可視為基本三輪式管道機(jī)器人的派生機(jī)構(gòu)。相對(duì)于輪式機(jī)構(gòu)，履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)有著諸多優(yōu)點(diǎn)，如 :支承面積大，接地比壓小 。越野機(jī)動(dòng)性好 。 與輪式管內(nèi)機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)類似，履帶式管內(nèi)機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)也可分為一般履帶式管內(nèi)機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)及其派生機(jī)構(gòu)。圖 14為一種采用普通履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人 圖 14 普通履帶式管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人 雙履帶移動(dòng)機(jī)構(gòu)雖然較一般的輪式機(jī)構(gòu)更適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境，但其不適應(yīng)圓形管道是不爭(zhēng)的缺點(diǎn)。 ②變位履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu) 變位履 帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)改變履帶的位置或履帶的機(jī)構(gòu)形式以達(dá)到適應(yīng)不同環(huán)境的要求，如圖 15所示的一種雙履帶式管內(nèi)機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，履 帶采用剛性支承結(jié)構(gòu)，兩履帶的夾中南大學(xué)本科畢業(yè)論文 第 1 章 緒論 7 角可以調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的作業(yè)管徑。 這樣就大大改觀了普通履帶式機(jī)器人只能在水平管道內(nèi)行走的缺陷，但是這種機(jī)器人仍然有不能再圓管中行走的缺點(diǎn)。雙履帶式管內(nèi)機(jī)器人采用楔形截面的履帶 (圖 16 )，以增加履帶與壁面的接觸面積，并可通過(guò)車寬調(diào)整塊調(diào)節(jié)兩側(cè)楔形履帶的距離以適應(yīng)管徑變化，但與上述雙履帶式管內(nèi)機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)一樣不適應(yīng)作業(yè)管徑變化的場(chǎng)合。 （ 3）其他類型管道檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人 管道機(jī)器人常采用輪式和履帶式的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，但也有其他類型的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，如蠕動(dòng)式機(jī)構(gòu)、步行機(jī)構(gòu)等。蠕動(dòng)式管道機(jī)器人主要的應(yīng)用領(lǐng)域是小型管道，而正常的輪式和履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠適用于小型、中小型和大型的管道。但該機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，而且控制起來(lái)較繁瑣。管道內(nèi)腐蝕檢測(cè)技術(shù)就是主要針對(duì)管壁的變化來(lái)進(jìn)行測(cè)量分析的。其中激光檢測(cè)法和電視測(cè)量法需和其他方法配合才能得出有效準(zhǔn)確的腐蝕數(shù)據(jù)，而渦流檢測(cè)法雖然可適用于多種黑色和有色金屬，探測(cè)蝕孔、裂紋、全面腐蝕和局部腐蝕，但是渦流對(duì)于鐵磁材料的穿透力很弱，只能用來(lái)檢查表面腐蝕。另外，由于渦流法的檢測(cè)結(jié)果與被測(cè)金屬的電導(dǎo)率有密切關(guān)系，為了提高測(cè)量精度還要求被測(cè)體系最好保持恒溫。 其中，超聲檢測(cè)具有直接測(cè)量和定量化的特點(diǎn)，檢測(cè)精度高。 管內(nèi)漏磁檢測(cè) ]7[ 的工作原理如圖 19所示，當(dāng)對(duì)管道進(jìn)行內(nèi)部檢測(cè)時(shí)，線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)進(jìn)入被測(cè)管壁。 圖 19 管內(nèi)漏磁檢測(cè)原理 由于漏磁法不是直接測(cè)定管壁厚度，且漏磁信號(hào)和缺陷之間為非線性關(guān)系，檢測(cè)信號(hào)易受到管壁腐蝕缺陷的長(zhǎng)度、深度和缺陷形狀等因素的影響。當(dāng)腐蝕缺陷的面積大于探頭的靈敏區(qū)時(shí)，壁厚的檢測(cè)精度高，而當(dāng)腐蝕缺陷的面積小于探頭的靈敏區(qū)時(shí)，壁厚的檢測(cè)精度難以得到保證。高、低分辨率的劃分以所用探頭數(shù)的多少，或各探頭間的周向間距而定，一般為 860mm。高分辨率漏磁檢測(cè)法對(duì)槽型缺陷具有良好的檢測(cè)效果，對(duì)長(zhǎng)寬比大于 2，寬度小于探頭周向間距的槽型缺陷 (約 30 10mm)而言，當(dāng)采用探頭周向間距為 3040mm的漏磁檢測(cè)法檢測(cè)時(shí)，壁厚的檢測(cè)值明顯偏小。 中南大學(xué)本科畢業(yè)論文 第 1 章 緒論 10 圖 110 超聲波檢測(cè)原理圖 超聲波檢測(cè) ]8[ 法主要是利用超聲波的脈沖反射原理來(lái)測(cè)量管壁受蝕后的厚度，其檢測(cè)原理如圖 110所示，檢測(cè)時(shí)垂直于管道 壁的超聲探頭對(duì)管壁發(fā)出一個(gè)超聲脈沖后，探頭首先接收到由管壁內(nèi)表面反射的回波，隨后接收到由管壁外表面反射的回波。管道存在內(nèi)、外壁受損時(shí)，僅僅根據(jù)壁厚 T曲線尚無(wú)法判別管道屬內(nèi)壁受損還是外壁受損，還需要參照探頭至內(nèi)壁的距離 A曲線。于是，根據(jù)距離 A和壁厚 T兩條曲線，即可確定管壁厚度，以及管道是內(nèi)壁受損減薄還是外壁受損減薄。此外，超聲波法的檢測(cè)數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單準(zhǔn)確，且無(wú)需校驗(yàn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)非常適合作為管道最大允許輸送壓力的計(jì)算，為檢測(cè)后確定管道的使用期限和維修方案提供了極大的方便，并能夠檢測(cè)出管道的應(yīng)腐蝕破裂和管壁內(nèi)的缺陷如夾雜等。 管道檢測(cè)機(jī)器人的 發(fā)展趨勢(shì) （ 1）國(guó)外管道腐蝕檢測(cè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)外漏磁檢測(cè)機(jī)器人（ Magic Flux Leakage Intelligent Pig簡(jiǎn)稱 MFL Pig）的研制始于 70中南大學(xué)本科畢業(yè)論文 第 1 章 緒論 11 年代中期，至今已發(fā)展到第二代，而超聲波技術(shù)是 80年代末才引入機(jī)器人的。與漏磁檢測(cè)機(jī)器人相比，超聲檢測(cè)機(jī)器人 (Ultrasonic Intelligent Pig簡(jiǎn)稱 UT Pig)由于檢測(cè)時(shí)不受管道壁厚的限制，它的出現(xiàn)被認(rèn)為是管道檢測(cè)技術(shù)的一大進(jìn)步，現(xiàn)在許多國(guó)家的管 道檢測(cè)技術(shù)人員也都在致力于這方面的研究?，F(xiàn)在國(guó)外的超聲檢測(cè)機(jī)器人的軸向判別精度可達(dá) ，管道圓周分辨精度可達(dá) 8mm，機(jī)體外徑可由 159mm到1504mm，機(jī)器人的行程可達(dá) 50~200km，行走速度最高可達(dá) 2m/s。 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù) 的進(jìn)步，機(jī)器人檢測(cè)技術(shù)有望在以下幾個(gè)方面取得進(jìn)一步發(fā)展：將定位輪的純機(jī)械傳動(dòng)與現(xiàn)有的光、電技術(shù)相結(jié)合，勢(shì)必提高內(nèi)定位的精度、減少對(duì)外定位的依賴；利用現(xiàn)今機(jī)器人的一些行走技術(shù)，增添檢測(cè)機(jī)器人的自我行走機(jī)構(gòu)，可大大提高機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性能。這會(huì)減少機(jī)器人的體積、降低機(jī)器人的造價(jià)、提高機(jī)器人的續(xù)航能力。 （ 2）國(guó)內(nèi)管道腐蝕檢測(cè)機(jī)器人的發(fā)展 趨勢(shì) 相比較而言，我國(guó)的地下管道檢測(cè)技術(shù)仍處于起步探索階段，大部分管線不僅沒有使用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，而且各種檢測(cè)管道腐蝕的技術(shù)也大都停留在管外檢測(cè)，方法傳統(tǒng)落后。盡管某些科研單位己研制出了幾種功能樣機(jī)，但它們只能對(duì)空管道進(jìn)行檢測(cè)，很難滿足實(shí)際要求?，F(xiàn)在我國(guó)的大部分油田都沒有中南大學(xué)本科畢業(yè)論文 第 1 章 緒論 12 引進(jìn)這種設(shè)備，而只是采用傳統(tǒng)的管道外檢測(cè)方法，這就無(wú)法對(duì)埋地管道腐蝕受損情況進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)，從而造成了一些 重大損失。但檢測(cè)時(shí)在管壁上和液體介質(zhì)中仍會(huì)有少量的蠟片存在，這些蠟片往往嚴(yán)重影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，從而導(dǎo)致檢測(cè)精度的降低 。 從上述分析可知，用智能機(jī)器人在管道內(nèi)檢測(cè)管道腐蝕狀況