CN113340505A - 基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测装置及方法。该装置包括:固定设置在主轴上的支撑套和支撑台,支撑台上固定有驱动电机,驱动电机上设有主动圆柱齿轮,主动圆柱齿轮啮合带动从动圆柱齿轮转动,从动圆柱齿轮啮合带动小圆锥齿轮转动,小圆锥齿轮啮合带动大圆锥齿轮转动,大圆锥齿轮转动带动固定在大圆锥齿轮上的支撑套转动,支撑套转动带动固定在支撑套四周的检测探头转动。主轴的两端固定有轮盘,所述轮盘上开设有若干个限位槽,每个所述限位槽中放置有刚性弹簧;本发明通过限位槽和刚性弹簧的配合,实现行走机构轮杆在外部压力下收缩且自由度不发生变化,可以实现管道内过弯检测。
Description
技术领域
本发明属于管道检测技术领域,具体涉及一种基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测装置及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息,不必然构成在先技术。
管道作为现代工作生活中运液输气必不可少的装置,会因为焊口缺陷、热胀冷缩、气液腐蚀、使用不当等原因导致的应力损伤造成管道发生塑性变形或破坏。但是现有的专利还存在一定的问题:
一、目前残余应力检测专利所使用的磁性检测装置多为二极探头,如申请号202010061474.2所代表的专利,该类探头在结构上体现为需要补偿探头辅助检测或在同一探头上使用双线圈形成平衡桥。
二、大部分专利选择的管道检测手段为图像识别检测,如申请号201910719330.9和202011642047.X等所代表的专利,亦有如申请号202011493148.5所代表的雷达检测手段、申请号202011505877.8所代表的声呐检测手段等,鲜有利用磁弹效应进行检测。
三、现有如申请号201711249082.3、申请号201810775231.8、申请号201910719330.9、申请号202011642047.X等所代表的专利可适用于变径管道的检测,但对装置的过弯性能缺乏创新,且所使用的变径结构、模块或体积较大、或结构复杂,为装置的维护维修增加了难度系数,同时也限制了小径管道的检测。
发明内容
本发明为了解决上述问题,提出了一种基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测装置及方法,本发明不需要使用补偿探头,简化变径与行走结构,在保证功能的前提下简化整体结构,降低了装置的维护维修难度并为小径管道的检测提供了可能;该装置可以实现管道内的行走与过弯,拓宽了适用范围。
根据一些实施例,本发明采用如下技术方案:
第一个方面,本发明提供了一种基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测装置。
基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测装置,包括:固定设置在主轴上的支撑套和支撑台,支撑台上固定有驱动电机,驱动电机上设有主动圆柱齿轮,主动圆柱齿轮啮合带动从动圆柱齿轮转动,从动圆柱齿轮啮合带动小圆锥齿轮转动,小圆锥齿轮啮合带动大圆锥齿轮转动,大圆锥齿轮转动带动固定在大圆锥齿轮上的支撑套转动,支撑套转动带动固定在支撑套四周的检测探头转动。
进一步的,所述驱动电机的伸出轴通过联轴器连接台阶轴,所述台阶轴上固定主动圆柱齿轮。
进一步的,所述支撑台上设有连接轴,所述连接轴上从下往上依次连接小圆锥齿轮、从动圆柱齿轮。
进一步的,固定在支撑台上的驱动支架将主动圆柱齿轮、驱动电机、从动圆柱齿轮、小圆锥齿轮固定在支撑台上。
进一步的,所述大圆锥齿轮通过一对角接触轴承与主轴配合。
进一步的,所述支撑套与大圆锥齿轮过盈配合。
进一步的,液压杆的一端与支撑合页的一端铰接在支撑套上,液压杆的另一端与支撑合页的另一端铰接在检测平台上,且两铰接点不重合,以此实现支撑检测平台的同时不妨碍检测平台的升降,所述检测探头固定在检测平台上。
进一步的,所述主轴的两端固定有轮盘,所述轮盘上开设有若干个限位槽,每个所述限位槽中放置有刚性弹簧,且每个限位槽加工有弹簧挡片;轮杆的一端通过限位螺母限定与限位槽中,轮杆的另一端内部中空并置有行进电机,行进电机连接主动圆锥齿轮,主动圆锥齿轮带动驱动圆锥齿轮转动,驱动圆锥齿轮驱动轮轴转动,驱动轮轴带动行进轮转动。
进一步的,所述检测探头为四磁极结构。
第二个方面,本发明提供了一种基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测方法。
基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测方法,采用上述第一个方面所述的基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测装置,包括:驱动电机驱动主动圆柱齿轮转动,主动圆柱齿轮啮合带动从动圆柱齿轮转动,从动圆柱齿轮啮合带动小圆锥齿轮转动,小圆锥齿轮啮合带动大圆锥齿轮转动,大圆锥齿轮转动带动支撑套转动,支撑套转动带动检测探头转动,实现管道内全角度全位置的检测。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
一、本发明通过限位槽和刚性弹簧的配合,实现行走机构轮杆在外部压力下收缩且自由度不发生变化,可以实现管道内过弯检测,避免了遇弯只得返程无法继续检测的问题,拓宽了检测装置的适用范围,降低了检测难度;
二、本发明采用独立的内壁磁性检测手段,不与其他传感器混用,在管道寿命方面远优于切割、钻孔等损伤管道的方法,且相较于超声波、射线和涡流等手段,磁性检测可以检测处于萌生阶段的裂纹、尤其是位于亚表面或者内部的斜裂纹,可以判别应力分布状态与损伤原因之间的映射关系;
三、本发明所选的四磁极探头不需要额外使用补偿探头便可直接构成桥路,且对工作环境要求低、检测结果准确。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测装置的整体结构图;
图2是本发明的轮盘模块的结构图;
图3是本发明的行进模块的结构图;
图4是本发明的检测探头的结构图;
其中,1.驱动支架,2.主动圆柱齿轮,3.驱动电机,4.从动圆柱齿轮,5.小圆锥齿轮,6.大圆锥齿轮,7.检测探头,8.检测平台,9.液压杆,10.支撑合页,11.支撑套,12.主轴,13.轮盘,14.支撑台,15.轮杆,16.行进轮,17.刚性弹簧,18.限位螺母,19.弹簧挡片,20.限位槽,21.驱动圆锥齿轮,22.主动圆锥齿轮,23.行进电机,24.轮轴。
具体实施方式:
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中,术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词,并非特指本发明中任一部件或元件,不能理解为对本发明的限制。
本发明中,术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解,表示可以是固定连接,也可以是一体地连接或可拆卸连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员,可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义,不能理解为对本发明的限制。
实施例一
本实施例提供了一种基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测装置。
第一个方面,本发明提供了一种基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测装置。
基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测装置,包括:固定设置在主轴上的支撑套和支撑台,支撑台上固定有驱动电机,驱动电机上设有主动圆柱齿轮,主动圆柱齿轮啮合带动从动圆柱齿轮转动,从动圆柱齿轮啮合带动小圆锥齿轮转动,小圆锥齿轮啮合带动大圆锥齿轮转动,大圆锥齿轮转动带动固定在大圆锥齿轮上的支撑套转动,支撑套转动带动固定在支撑套四周的检测探头转动。
具体的:如图1所示,支撑套11、轮盘13和支撑台14均固定于主轴12上,组成了检测装置的主架结构。驱动支架1与驱动电机3固定于支撑台14上,驱动电机3的伸出轴通过联轴器连接一根台阶轴,该台阶轴上固定主动圆柱齿轮2,由主动圆柱齿轮2啮合带动从动圆柱齿轮4转动,从而带动同一根台阶轴上的小圆锥齿轮5转动,上述零部件2、3、4、5皆通过支撑台14与驱动支架1完成固定。
大圆锥齿轮6通过一对角接触轴承与主轴12配合,小圆锥齿轮5带动大圆锥齿轮6绕主轴12转动,支撑套11与大圆锥齿轮6过盈配合于一体,其随大圆锥齿轮6一同转动。液压杆9的一端与支撑合页10的一端铰接于支撑套11上,可实现轴向自由度转动;液压杆9的另一端与支撑合页10的另一端铰接于检测平台8上。检测探头7固定于检测平台8上,并均布于支撑套11的外周。
如图2、3所示,轮盘13固定于主轴12上,其上开三个限位槽20,限位槽20中放置有刚性弹簧17,并对每一个限位槽加工了弹簧挡片19。轮杆15的一端通过限位螺母18限定于限位槽20中,轮杆15的另一端内部中空并置有行进电机23,行进电机23连接主动圆锥齿轮22,主动圆锥齿轮22带动驱动圆锥齿轮21转动,驱动圆锥齿轮21驱动轮轴24转动,最终带动行进轮16转动。
具体在本实施例中,驱动电机3驱动主动圆柱齿轮2转动,带动从动圆柱齿轮4转动,带动小圆锥齿轮5转动,带动大圆锥齿轮6转动,大圆锥齿轮6带动固定其上的支撑套11转动,最终实现四个检测探头的周向转动,从而实现管道内全角度全位置的检测。液压杆9与支撑合页10共同支撑检测平台8,从而支撑检测探头7,液压杆9通过伸缩实现检测平台8及检测探头7的升降,从而实现不同直径管道的检测和检测探头工作位置与非工作位置的调整。轮杆15一端通过两颗限位螺母18限定于限位槽20中,以此实现轮杆只余径向自由度,刚性弹簧17保证装置在过弯时,轮杆15受压力可以沿限位槽20径向运动减小整体径向尺寸,完成过弯运动,刚性弹簧17外加工有弹簧挡片19防止刚性弹簧17沿主轴轴向跳动或变形。轮杆15的另一端部分中空,内置进行电机23驱动主动圆锥齿轮22转动,带动驱动圆锥齿轮21转动,带动轮轴24转动,带动行进轮16转动,最终实现装置的运动。本实施案例最大高度116mm、最小高度101cm,长度148mm,按照过弯性能模拟校核得出,本实施例适用于直径大于107.78mm小于116mm的所有管道。需要强调的是,上述对装置高度以及长度的限制只是本实施例针对直径大于107.78mm小于116mm的管道设计的方案。对于其他范围直径的管道,本实施例所述的装置的高度和长度可以适应性的改变,以满足管道的要求。
具体的,在本实施例中,如图4所示:所选探头结构为四磁极结构,相当于两个U型磁极,一个为励磁磁极,一个为感应磁极,该结构在检测过程中能够将应力差信号转换为可识别的电压信号,具体原理为:
U=α(σ1-σ2)cos2θ
式中:α为灵敏度系数,θ是主应力σ1与磁极之间的夹角;
获得两个方向残余应力差,根据:
(σy)i=(σx)i-(σ1-σ2)cos2θ
可获得具体应力值。
实施例二
本实施例提供了一种基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测方法。
基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测方法,采用上述实施例一所述的基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测装置,包括:驱动电机驱动主动圆柱齿轮转动,主动圆柱齿轮啮合带动从动圆柱齿轮转动,从动圆柱齿轮啮合带动小圆锥齿轮转动,小圆锥齿轮啮合带动大圆锥齿轮转动,大圆锥齿轮转动带动支撑套转动,支撑套转动带动检测探头转动,实现管道内全角度全位置的检测。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测装置,其特征在于,包括:固定设置在主轴上的支撑套和支撑台,支撑台上固定有驱动电机,驱动电机上设有主动圆柱齿轮,主动圆柱齿轮啮合带动从动圆柱齿轮转动,从动圆柱齿轮啮合带动小圆锥齿轮转动,小圆锥齿轮啮合带动大圆锥齿轮转动,大圆锥齿轮转动带动固定在大圆锥齿轮上的支撑套转动,支撑套转动带动固定在支撑套四周的检测探头转动。
2.根据权利要求1所述的基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测装置,其特征在于,所述驱动电机的伸出轴通过联轴器连接台阶轴,所述台阶轴上固定主动圆柱齿轮。
3.根据权利要求1所述的基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测装置,其特征在于,所述支撑台上设有连接轴,所述连接轴上从下往上依次连接小圆锥齿轮、从动圆柱齿轮。
4.根据权利要求1所述的基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测装置,其特征在于,固定在支撑台上的驱动支架将主动圆柱齿轮、驱动电机、从动圆柱齿轮、小圆锥齿轮固定在支撑台上。
5.根据权利要求1所述的基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测装置,其特征在于,所述大圆锥齿轮通过一对角接触轴承与主轴配合。
6.根据权利要求1所述的基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测装置,其特征在于,所述支撑套与大圆锥齿轮过盈配合。
7.根据权利要求1所述的基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测装置,其特征在于,液压杆的一端与支撑合页的一端铰接在支撑套上,液压杆的另一端与支撑合页的另一端铰接在检测平台上,所述检测探头固定在检测平台上。
8.根据权利要求1所述的基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测装置,其特征在于,所述主轴的两端固定有轮盘,所述轮盘上开设有若干个限位槽,每个所述限位槽中放置有刚性弹簧,且每个限位槽加工有弹簧挡片;轮杆的一端通过限位螺母限定与限位槽中,轮杆的另一端内部中空并置有行进电机,行进电机连接主动圆锥齿轮,主动圆锥齿轮带动驱动圆锥齿轮转动,驱动圆锥齿轮驱动轮轴转动,驱动轮轴带动行进轮转动。
9.根据权利要求1所述的基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测装置,其特征在于,所述检测探头为四磁极结构。
10.基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测方法,采用权利要求1-9任一项所述的基于磁弹效应的过弯管道内壁残余应力检测装置,其特征在于,包括:驱动电机驱动主动圆柱齿轮转动,主动圆柱齿轮啮合带动从动圆柱齿轮转动,从动圆柱齿轮啮合带动小圆锥齿轮转动,小圆锥齿轮啮合带动大圆锥齿轮转动,大圆锥齿轮转动带动支撑套转动,支撑套转动带动检测探头转动,实现管道内全角度全位置的检测。
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Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210903 |
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