管道腐蚀检测装置的创新设计.pdf

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1、管 道 腐 蚀 检 测 装 置 的 创 新 设 计 水 口牛振宇 口赵武 口张永备 四川大学 制造科学与工程学院成都6 1 0 0 6 5 摘要 ： 介绍 了创新设计策略和 T R I Z解决创新设计 问题 的流程 针对现有 管道 腐蚀检 测装置存在的拆装 不便 、 不能 轴 向移 动和效率低 等问题 ， 通 过分析技 术冲突 ， 运 用矛盾矩 阵和发 明原理 ， 进行 了在役 管道的腐蚀检 测工装的创新设 计。 新设计 能实现检测装置的快速装夹以及沿管道 的轴 向移动 ， 提 高 了射 线检 测的效率和适应性 。 关键词 ： 管道 腐蚀检测工装T R I Z创新设计 中图分类号 ： T H1

2、 2 2 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 9 9 8 ( 2 0 1 3 ) 0 4 - 0 0 6 4 0 3 我 国 油 气 管 道 总 长 已超 3 0万 k m，且 仍 处 于 高 速 增 长 中 。 然 而 由 于 建 成 投 入 使 用 年 限 长 ( 大 部 分 管 道 已 达 2 0年 ) ， 管 道 腐 蚀 情 况 严 重 ， 又 缺 乏 正 常 的检 测 维 修 ， 已进 入 事 故 多 发 期 。一 旦 发 生 泄 漏 事 故 ， 会 产 生 巨 大 的 经 济 损 失 和 环 境 污 染 。 因 此 管 道 的腐 蚀 检 测 对 于 评 估 管 道

3、 剩 余 寿 命 ， 抑 制 管 道 泄 漏 ， 保 证 管 道 正 常 运 行 具 有 重 要 意 义 。 目前 广 泛 采 用 先 进 的 X 射 线 数 字 化 实 时 成 像 技 术 进 行 管 道 的 腐 蚀 检 测 ， 其 中 检 测 工 装 是 整 个 系 统 的 机 械 运 动 控 制 单 元 但 现 有 检 测 工 装 往 往 存 在 着 装 夹 不 便 、 辅 助 时 间 长 和 环 境 适 应 性 差 等 问 题 。 本 文 以 提 高 管 道 射 线 检 测 系 统 的 适 应 性 和 检 测 效 率 为 目 的 ， 以策 略 化 的 创 新 方 法 为 设 计 手 段

4、 ， 提 出 了 一 种 检 测 工 装 的 创 新 设 计 方 案 。 1 创新设计方 法 检 测 工 装 的 创 新 设 计 属 于 工 艺 创 新 设 计 的 范 畴 ， 工 艺 创 新 设 计 就 是 设 定 一 个 特 定 的 目标 ，然 后 找 到 达 到 目标 的 合 适 路 径 。 设 计 问 题 多 种 多 样 ， 创 新 方 法 同样 如 此 ， 这 就 需 要 针 对 问 题 类 型 采 用 不 同 的 创 新 策 略 。 课 题 组 在 对 工 艺 创 新 设 计 分 类 研 究 的 基 础 上 ，提 出 将 工 艺 创 新 设 计 问 题 分 为 改 进 式 、 优

5、化 式 和 全 新 式 3类 ， 并 针 对 不 同 类 型 提 出 了 不 同 的 创 新 求 解 策 略 ， 如 图 1 所 示 。 运 用 工 艺 创 新 策 略 方 法 解 决 设 计 问 题 ， 当 目标 是 提 高 现 有 系 统 的 性 能 、 解 决 明 确 问 题 时 ， 采 用 改 进 式 创 新 方 法 如 T RI Z； 当 目标 不 明 确 。 需 要 对 系 统 的 整 体 或 部 分 进 行 优 化 改 进 时 ， 可 运 用 创 造 性 模 板 法 ； 若 是 进 行 全 新 的 系 统 设 计 ， 需 要 运 用 非 逻 辑 思 维 法 。 整 个 策 略 应

6、 用 可 借 助 科 学 效 应 库 、 多 层 次 网 络 信 息 搜 索 和 非 逻 辑 思 维 来 实 现 。 国家 自然科学基金资助项 目( 编号： 5 1 1 7 5 3 5 7 ) 四川省科技支撑计划项 目( 编号： 2 0 1 1 G Z 0 0 7 2 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 3年 1月 2 01 3 4 TRI Z是 由 俄 文 “ 发 明 问 题 解 决 理 论 ” 的 首 写 字 母 组 成 ， 是 专 门 研 究 创 新 设 计 的 理 论 。 其 核 心 是 技 术 进 化 原 理 并 建 立 了 一 系 列 普 适 性 工 具 帮 助 设 计 者 尽 快 获

7、 得 满 意 的 领 域 解 。其 中 包 括 技 术 进 化 原 理 、 最 终 理 想 解 、 4 0个 发 明 原 理 、 矛 盾 矩 阵 、 分 离 原 理 、 物 一 场 模 型 、 7 6个 标 准 解 、 发 明 问 题 标 准 算 法 和 科 学 效 应 库 等 。 2 设计过程 2 1 问 题 描 述 管 道 射 线 检 测 系 统 按 照 射 线 源 相 对 管 道 的 位 置 不 同 分 为 源 在 内 和 源 在 外 2种 类 型 ， 由 于 设 计 目标 是 针 对 在 役 不 停 输 管 道 进 行 工 装 设 计 ，故 采 用 源 在 外 的 方 式 。首 先 需

8、 要 明 确 检 测 工 装 在 检 测 系 统 中 的 功 能 X 射 线 数 字 化 检 测 系 统 共 由 4部 分 组 成 ： X 射 线 发 生 装 置 ( 俗 称 光 机 ) ； 非 晶 硅 平 板 探 测 器 ( 俗 称 探 测 器 ) ； 检 测 工 装 部 分 以 及 计 算 机 系 统 。 其 中 工 装 部 分 是 整 个 系 统 的 运 动 控 制 单元 ， 连 接 着光 机 、 探 测器 和 管 道 ， 负责 系 统 的周 向 、 轴 向运 动及 定 位夹 紧 等 ， 并 要 保 证射 线 穿过 管 道 圆心 ， 投 影在 探测 器上 成 像 。 机械制造5 1 卷

9、第5 8 4期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m表 1 矛盾 矩阵表 、 、 恶化参数 改善参 、 1 1 应力或压力 2 7 可靠性 2 5时间损失 1 0 ， 3 0 ，4 3 3可操作性 2 ， 3 2 ， 1 2 在 以 上 6个 发 明 原 理 中 ， 发 明 原 理 2 ( 抽 取 ) 、 4( 非 对 称 ) 和 1 O( 预 先 作 用 ) 对 解 决 问 题 帮 助 很 大 ， 原 理1 2 ( 等 势 原 则 ) 、 3 0 ( 柔 性 外 壳 和 薄 膜 ) 、 3 2 ( 改 变

10、 颜 色 ) 则 基 本 没 有 帮 助 。 原 理 2、 4、 1 0的具 体 内 容 见 表 2 。 表 2 发明原理解释 发明原理 内容 将物体中“ 负面” 的部分或特性抽取出来 2 抽取 只从物体中抽取必要的部分或特性 用非对称形式代替对称形式 4非对称 如果对象已经是非对称， 增加其非对称的程度 事先完成部分或全部的动作或功能 l 0 预先作用 在方便的位置预先安置物体 ， 使其在第一时间发挥 作用 2 3 解 决 方 案 上 述 筛 选 的 发 明 原 理 可 以 帮 助 我 们 解 决 设 计 问 题 ： ( 1 )发 明 原 理 2： 抽 取 。运 用 抽 取 原 理 将 现

11、有 射 线 检 测 装 置 中 的 必 要 部 分 或 特 性 抽 取 出 来 。 半 包 围 检 测 装 置 采 用 电机 驱 动 行 走 轮 的 方 式 在 管 道 上 实 现 周 向 运 动 ， 可 考 虑 将 轮 子 这 一 有 益 部 分 抽 取 出来 ， 运 用 在 检 测 工 装 上 以 实 现 方 便 快 捷 地 沿 管 道 轴 向移 动 。 同理 ， 全 包 围 检 测 装 置 能 提 供 较 大 的 夹 紧 力 ，故 可 将 全 包 围 这 种 形 式 抽 取 出 来 。 ( 2)发 明 原 理 4： 非 对 称 。现 有 设 计 基 本 采 用 对 称 形 式 的 部 件

12、 组 装 成 夹 紧 工 装 ，这 样 往 往 存 在 夹 紧 力 小 ( 3 )发 明 原 理 l 0： 预 先 作 用 。 的 问 题 。 由 于 是 进 行 在 役 管 道 的 腐 蚀 检 测 所 以 检 测 装 置 必 须 做 成 剖 分 式 的 ， 因 此 可 以 考 虑 将 两 个 半 圆 支 架 铰 接 起 来 构 成 夹 持 装 置 。 对 称 半 圆 支 架 铰 接 所 提 供 的 夹 紧 力 较 小 ， 故 考 虑 采 用 非 对 称 形 式 的 半 圆 支 架 事 先 完 成部 分 或全 部 的动 作 或 功能 可 以缩 短辅 助 时 间 ， 提 高效 率 。因此 可 考

13、 虑 用 螺 纹 夹 紧 机 构 进 行 预 夹 紧 ， 为 此 ， 可 预 先 在 工 装 上 固 定 好 螺 栓 。 检 测 系 统 工 作 时 ， 拧 紧 螺 栓 实 现 2 0 1 3 4 装 置 的 固 定 ； 需 要 拆 卸 时 ， 直 接 拧 开 螺 栓 即 可 。 通 过 上 述 发 明 原 理 的 应 用 ， 设 计 了 一 套 针 对 在 役 管 道 的 射 线 检 测 装 置 ， 如 图 5所 示 。 该 设 计 方 案 中 。 检 测 工 装 主 要 由 支 架 、 滚 轮 、 支 座 和 螺 纹 夹 紧 机 构 等 部 件 组 成 。 支 架 采 用 两 段 圆 弧

14、铰 接 而 成 ， 并 用 螺 纹 夹 紧 机 构 进 行 夹 紧 和 拆 卸 ， 滚 轮 可 以 实 现 装 置 的 轴 向 移 动 以及 周 向 任 意 位 置 的 固 定 ，支 座 的 作 用 是 支 撑 光 机 。 3结束语 为 设 计 针 对 在 役 管 道 腐 蚀 的 射 线 检 测 装 置 。 在 分 析 现 有 设 计 的 基 础 上 运 用 策 略 化 创 新 方 法 和 TR I Z 解 决 创 新 问 题 流 程 ， 得 出 系 统 的 技 术 冲 突 ， 通 过 构 造 工 程 参 数 并 建 立 矛 盾 矩 阵 ， 得 到 适 用 的 发 明原 理 ， 最 终 应 用

15、 发 明原 理 解 决 了 实 际 的 设 计 问 题 设 计 的 检 测 工 装 具 有 装 夹 方 便 快 捷 、 效 率 高 、 适 应 性 强 等 优 点 。 参 考 文 献 1 曾澄光 ，刘业伟 管道多功能射线探伤架 J 无损 检测 ， 2 0 0 4 ( 1 ) ： 4 6 5 3 2 房吉 国 双壁 单影 透射法 及辅 助工装在 管道 探伤 中的应 用 J 山东电力高等专 科学 校学报 ， 2 0 0 5 ， 8 ( 4 ) ： 2 9 3 1 ： 3 程 志钧 管道焊缝射线探伤 的专用工夹具 J 无损检测 ， 1 9 9 9 ( 9 ) ： 4 2 4 - 4 2 5 4 向愿

16、 工艺创新设计初步研究 D 成都 ： 四川大学 ， 2 0 0 9 5 鄢波， 颜国正 ， 刘华 基 于有 限元方法 的管道检测机器人夹 具 的设计 J 机械科学与技 术 ， 2 0 0 3 ， 2 2 ( 1 1 ) ： 3 1 3 3 6 向愿 ， 赵武 ， 张旭 领 基 于 T R I Z的双沟道砂 轮修整装 置的 创新 设计 J 机械设计 ， 2 0 0 9 ， 2 6 ( 9 ) ： 5 8 6 1 7 付力 ， 王彪 ， 李建 ， 等 T R I Z理论在深孔加工装置创新 设计 中的应用 J 煤矿机械 ， 2 0 1 2 ， 3 3 ( 5 ) ： 1 2 1 1 2 3 ( 编

17、辑 功 成 ) 数控重型 曲轴铣车复合加 工机床研制成功 日前 ， 具有我 国 自主知识 产权 、 全功 能 、 高精 度数控 重型 曲轴 复合 加工机床 ( 一拖二 ) 研 制成功 ， 该 机床 由两套 车刀架 与一套旋 风刀架 复合组成一 台完整 的一拖 二机床 产品长 5 7 6 I l l 、宽 1 O 5 m、 高 7 m、 重达 5 8 0 t ， 加工精 度误 差不超 过 0 0 2 fi l m( 只有人头 发 丝的 1 4 ) ，一次装卡 即可完成大型船用 低速柴油 机组合曲轴 的主 轴颈 、法兰和曲拐颈 的半精加工 和精加工 。是 国家科技重 大专项 “ 高档数控 机床与基础 制造 装备 ” 的课 题 ， 由齐 重数控装 备股份 有 限公司承担并 研制成 功 该专项课题重点攻克了“ 分体开合式数控旋风切削刀架” 这一 关键技术 。解决 了 U轴精 密回转运 动， 径 向 、 纵 向支撑 ， 超大 、 超 薄 型精 密分体旋 风刀盘的加工制 造及新工 艺和新材 料等技术 难题 使我 国掌握 了具有 自主知识产权的重型船用 曲轴 加工机床制造技 术 ， 摆脱 了之前大型船用曲轴严重依赖进 口的局面。 f 李锋年 ) 机械制造5 1 卷 第5 8 4期 、+。 + +。 + +。 + + + 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m