СИСТЕМА ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ УСТРОЙСТВ ДИАГНОСТИКИ

Полезная модель относится к области контрольно-измерительной техники, в частности, к автономным самодвижущимся средствам для перемещения устройств диагностики применяемых при контроле качества различных деталей, изделий, материалов, а также сварных швовов трубных и иных соединений рентгеновским, ультразвуковым, акустическим и другими способами неразрушающего контроля.
Известно изобретение, относящееся к неразрушающему контролю материала и изделий ультразвуковым методом и может быть использовано при дефектоскопии изделий преимущественно цилиндрической формы, например, труб, применяемых в нефтяной и газовой промышленности: обсадных, бурильных и насосно-компрессорных. Устройство для ультразвукового контроля труб включает основание, в виде платформы, установленные на нем, по крайней мере, один ультразвуковой преобразователь нормальных волн, соединенный с ультразвуковым дефектоскопом. Устройство включает также резервуар для контактной жидкости, сообщенный гидравлически с зоной контроля под ультразвуковым преобразователем, и узел фиксации основания относительно поверхности труб. Узел фиксации основания относительно поверхности труб выполнен в виде четырех магнитных колес, установленных на основании на поворотных рычагах с возможностью фиксации их взаимного углового положения при установке основания на поверхность труб определенного диаметра, каждое магнитное колесо выполнено в виде кольцевого магнита с двумя кольцевыми дисками, закрепленными по его торцам и выполненными из магнитопроводного материала, причем кольцевой магнит с кольцевыми дисками установлен на подшипниках, размещенных на немагнитном сердечнике, жестко закрепленном на поворотном рычаге, причем кольцевые диски выполнены из стали, а их наружный диаметр больше наружного диаметра кольцевого магнита.
Известное устройство обладает следующими недостатками: перемещение устройства осуществляется вручную посредством вращения магнитных колес в подшипниках; для избежание самопроизвольного перемещения по нелинейной поверхности, необходимо фиксация устройства на трубе; контакт с трубой осуществляется за счет кольцевых дисков примыкающих к постоянному магниту, поэтому намагничивание его осуществляется в направлении торцевых поверхностей, что не обеспечивает оптимального распределение магнитной энергии.
Известно изобретение, относящееся к промышленным транспортным средствам, в частности, к самоходным устройствам для перемещения различного технологического оборудования по ферромагнитным поверхностям любой пространственной ориентации (патент РФ №2051058, опубл. 27.12.1995 г.). Сущность изобретения заключается в том, что конструкция транспортного средства содержит технологическую платформу, базирующуюся на приводных модулях, каждый из которых содержит магнитные колеса, редукторы, электродвигатели и может рассматриваться как самостоятельный функциональный элемент. Использование приводных модулей позволяет осуществлять автоматическую перестановку магнитных колес, установленных на модуле, с целью получения возможности осуществления перемещения по двум взаимно перпендикулярным направлениям без поворота платформ, а устройства крепления приводных модулей к платформе обеспечивают хорошую приспосабливаемость магнитных колес модуля к конфигурации ферромагнитной поверхности. Для перестановки магнитных колес используется пневматический механизм, позволяющий обеспечить надежную и эффективную смену режимов движения транспортного средства.
Каждый приводной модуль включает колесный блок продольного перемещения, колесный блок поперечного перемещения, распределительный редуктор, электродвигатель с редуктором привода основного движения модуля. Все перечисленные узлы смонтированы на П-образной раме, которая посредством шарнирного соединения присоединяется к крепежной раме. Крепежная рама устанавливается с возможностью поворотного движения относительно оси на скользящем суппорте, посредством которого весь приводной модуль присоединяется к направляющей рейке и фиксируется в заданном положении винтом. Упорные штыри ограничивают поворот крепежной рамы в пределах угла 20°.
Конструкция каждого колесного блока включает шаговый электродвигатель, установленный на крышке пневмоцилиндра одностороннего действия, поршень которого связан посредством винта с выходным валом шагового электродвигателя. Шток пневмоцилиндра жестко соединяется либо с колесным узлом поперечного перемещения, либо с колесным узлом продольного перемещения.
Колесный узел поперечного перемещения состоит из опорной рамы, перемещающейся по направляющим скольжения, выполненных на П-образной раме и корпусе распределительного редуктора, и установленного на опорной раме магнитного колеса поперечного перемещения. Магнитное колесо жестко связано с шестеренным валом передачи крутящего момента от выходного вала распределительного редуктора.
Колесный узел продольного перемещения включает плоскую ферму, в средней части которой установлен шестеренный вал с шестерней. На противоположном шестерни конце вала закреплены две звездочки для передачи посредством цепей вращения вала на магнитные колеса продольного перемещения, которые установлены на концах плоской фермы и приводятся во вращение посредством звездочки. При этом конструктивные размеры магнитных колес продольного перемещения приводного модуля выбираются таким образом, чтобы суммарная сила прижатия их к ферромагнитной поверхности была равна силе прижатия к поверхности магнитного колеса поперечного перемещения.
Известное изобретения повышает функциональные возможности и надежность перемещения транспортного средства по ферромагнитным поверхностям различной конфигурации и ориентации в пространстве, но достигается это за счет усложнения конструкции и создает трудности при его эксплуатации, т.к. при смене конфигурации поверхности или направления движения приходится приводные модули перенастраивать, что снижает эффективность работы устройства.
Наибольшую известность приобрели транспортные средства, самоходные (кроулеры) предназначенные для использования в качестве источника рентгеновского излучения для автоматизированного контроля сварных стыков трубопроводов методом панорамного просвечивания. Кроулер представляет собой комплект, состоящий из самоходной тележки с питанием от аккумуляторной батареи, основного рентгеновского излучателя, предназначенного для рентгенографирования, и командного аппарата, предназначенного для управления движением кроулера. Кроулеры выпускаются в нескольких модификациях, рассчитанных на различные диаметры трубопроводов, и отличаются габаритными размерами и конструктивными особенностями, в зависимости от применения их внутри или снаружи трубы. («Кроулер» производства английской фирмы Solus Schall).
Кроулер содержит моторизованную тележку, которая позволяет агрегату двигаться вдоль трубы. На раме закреплены мотор-редукторы (двигатель, совмещенный с редуктором). Каждый мотор-редуктор соединен электрически с блоком контроля моторов, состоящим из числа мотор - контроллеров, соответствующему числу ведущих колес. Обычно используются два ведущих колеса, но могут быть использованы и четыре. (Проспект фирмы JME (Англия) Кроулеры, Представительство фирмы в России ООО "Русско-Британское Предприятие "Спектрум НТД", 2005).
Недостатки известных устройств заключаются в недостаточно эффективном механизме перемещения из-за параллельного соединения электродвигателей с мотор-контроллером, невысокой надежности работы механизма перемещения в связи с применением в мотор-редукторах коллекторных двигателей, а также то, что редукторы имеют разные выходы валов, на который может крепится колесо, он может быть с правой стороны корпуса редуктора или с левой, т.е они не взаимозаменяемые, что создает определенные сложности при приобретении новых редукторов. Все это снижает эффективность и надежность работы устройства.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является полезная модель, защищенная патентом РФ №103165, опубликованном 27.03.2011 г. Полезная модель относится к области контрольно-измерительной техники, в частности, к автономным самодвижущимся рентгеновским агрегатам, предназначенным для контроля качества сварных соединений, например, магистральных газо- и нефтепроводов с их внутренней стороны, и может быть использовано в энергетической, газодобывающей, нефтедобывающей промышленности, при наземной, подводной прокладке продуктопроводов.
Система перемещения устройств диагностики содержит блок управления, связанный с источником панорамного рентгеновского излучения, при этом своими первым и вторым входами соединенный, соответственно, с устройством внешнего управления и блоком питания, а своими управляющими выходами соединенный с мотор-контроллерами, по числу ведущих пар колес, при этом блок управления соединен с каждым мотор-контроллером, каждый из которых в свою очередь двунаправлено соединен с управляемым им двигателем, совмещенным с редуктором, на оси которого установлены колеса, при этом в качестве двигателей применены шаговые бесколлекторные электродвигатели. Колеса крепятся непосредственно на ось редуктора и передвигают агрегат вдоль трубы. Обычно используют два ведущих колеса.
Работа системы перемещения устройств диагностики осуществляется следующим образом. Команды управления оператора подаются на обработку процессору. В зависимости от принятых команд с процессора подаются сигналы управления на моторконтроллеры, которые, в свою очередь, управляют двигателями моторредукторов для осуществления процесса перемещения приводных колес. В зависимости от сигнала моторконтроллера система перемещается вперед или назад до места контроля. После остановки системы выдается команда на паноромный источник рентгеновского излучения. Результаты поступают в систему обработки. Система перемещается в следующее место контроля сварочного шва или по поверхности контролируемого объекта.
Недостатки устройства заключаются в том, что фиксация положения системы перемещения устройств диагностики фактически осуществляется за счет применения шагового двигателя, а также усложнения блока управления парами ведущих колес. Каждая ведущая пара имеет промежуточный орган управления - мотор - контроллер. Это снижает эксплутационные качества системы перемещения устройств диагностики и сужает возможности применения и надежность ее работы.
Технической задачи заявляемой полезной модели улучшение эксплуатационных качеств системы перемещения устройства диагностики, расширения ее применимости и надежности фиксации положения системы.
Технический результат достигается за счет того, что в известную систему для перемещения устройств диагностики, при проведении неразрущающего контроля, соединенные соответственно с блоком управления, входы которого соединены с блоком питания и управляющими выходами с устройством внешнего управления, а выходы соединены с каждым из входов моторредуктора, представляющего двигатель, совмещенный с редуктором, на оси которого установлены колеса, причем моторредукторы с колесами установлены на тележке, на которой размещены и средства диагностики внесены изменения, а именно;
- все колеса тележки являются ведущими (полноприводными), размещены непосредственно на валу соответствующего редуктора, образуя мотор - колесо, с возможностью вращения каждого из них в разные стороны;
- колесо состоит из четного числа магнитных секторов, расположенных на ступице, насаженной на вал редуктора, причем намагничивание каждого сектора осуществляется по радису и стыкуются они одноименными полюсами и изготовлены из редкоземельных магнитов;
- магнитное колесо контактирует с контролируемой поверхностью через тонкую шину, порядка 1,0-1,5мм толщиной.
Кроме того, в качестве блока управления можно использовать процессор, снабженный специальными программами, содержащие команды на перемещение тележки и осуществление диагностики контролируемого объекта.
Заявляемая система для перемещения устройства диагностики иллюстрируется следующими графическими материалами:
На фиг. 1 - приведена общая блок - схема системы диагностики, на примере использования акустических колебаний как средство неразрушающего контроля, которое может применяться как для контроля качества сварных швов трубопроводов, так и на железной дороге при диагностики колесных пар, ходовых тележек вагонов и т.п.
На фиг. 2 - схематично показана конструкция устройства для перемещения устройств диагностики, а на фиг. 3 - конструкция магнитного колеса.
На фиг. 1 показан блок управления 1, моторедукторы 2, количество которых зависит от числа магнитных колес 3 тележки 10 системы для перемещения устройств диагностики. Моторедуктор включает в себя реверсивный двигатель 2 «а» и редуктор 2 «б», которые соединены с тележкой 10. На тележке 10 размещается электромагнитный ударник 4 для возбуждения акустических колебаний в контролируемом объекте. Акустические свободные колебания принимаются лазерным датчиком 9 и полученные сигналы обрабатываются в электронном блоке (ЭБОС). На фиг.1 показан и блок питания 8, который в зависимости от его вида может размещаться отдельно или непосредственноо на тележке 10.
На фиг. 2 показано конструкция тележки 10 и соединение с ней мотор-колес (поз. 2 и 3), а также размещение на ней электромагнитного ударника 4.
На фиг. 3 показана конструкцмя магнитного колеса, которое состоит из шины 5, магнитных секторов 6 (на фиг. 3 показано 4 сектора, но чем их больше, тем лучше, но обязательно должно быть четное число), крепящиеся на ступице колеса 3.
В статике мотор-колеса (2, 3) образуют переднюю и заднюю колесные пары. В каждой из колесных пар мотор-колеса расположены соосно, если считать общей осью оси вращения колес и симметрично относительно оси корпуса (показано стрелкой). Каждое из мотор-колес имеет независимое управление и может вращаться как вперед, так и назад. При этом скорость вращения каждого из мотор-колес может также задаваться независимо, т.к. каждое снабжено автономным приводом.
Магнитные сектора 6 выполнены из редкоземельных сверхмощных магнитов, при этом полюса каждого из секторов расположены так, что полюса магнитов расположены по радиусу колеса, при этом одноименные полюса для каждого сектора расположены одинаково. Например так, как показано на рис.2. Количество секторов на колесе равно четырем или больше. Сверхмощные магниты позволяют удерживаться тележке 10 на ферромагнитной поверхности и перемещаться по ней в любом положении. Шина должна быть обязательно тонкой, толщиной не более 1-1,5 мм, что улучшает сцепление колеса с поверхностью.
Перемещение тележки 10 по поверхности осуществляется за счет вращения колес. При этом система может перемещаться вперед или назад прямолинейно, по дуге с заданным радиусом или - поворачивать на месте.
Прямолинейное перемещение осуществляется в том случае, когда все колеса вращаются в одну сторону с одинаковой скоростью.
Перемещение по дуге - когда левая пара колес вращается с одинаковой скоростью, а правая - также с одинаковой скоростью, но скорости вращения левых и правых пар колес отличаются друг от друга.
Поворот на месте осуществляется тогда, когда левая и правая пары колес вращаются в противоположном направлении.
Работу системы перемещения рассмотрим на примере контроля качества сварного шва трубы, независимо для чего предназначенной.
Для правильного функционирования комплекса не требуется зачистка поверхности трубы по краям шва. На околошовную поверхность трубы устанавливают подключенные к ЭБОС лазерный преобразователь 9 и тележку 10 (кроулер) с установленным на нем электромагнитным ударником 4, причем кроулер устанавливают по другую сторону шва от преобразователя 9 таким образом, чтобы при перемещении по поверхности трубы он имел возможность перемещаться параллельно шву по всей окружности трубы, но при этом ударник 4 располагают по ту же сторону шва, что и преобразователь. После фиксации кроулера, с помощью ударника 4 последовательно производят ударное возбуждение зон трубы, непосредственно примыкающих ко шву и регулярно расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга вдоль шва. Ударное возбуждение каждой зоны трубы производят по команде с блока управления 1 или компьютера. С целью повышения достоверности получаемой информации для каждой зоны процесс ударного возбуждения выполняется несколько раз. Затем кроулер перемещают в следующую зону и процесс повторяется. Перемещение кроулера может осуществляться в полуавтоматическом режиме, т.е. с участием оператора или в автоматическом по сигналам от блока управления 1. В этом случае, после установки кроулера 10 и преобразователя 9 (лазерного датчика) затухающих акустических колебаний сигнал от оператора или другого источника внешнего управления поступает на блок питания. При этом управляющие сигналы поступают на соответствующие моторре-дуктор 2, включающие электродвигатель 2 «а» и редуктор 2 «б», соединенные с магнитным колесом 3. Соответственно с этим происходит перемещение кроулера 10 вдоль шва-вперед - назад. В случае необходимости проверки наличия дефектов самой трубы, т.е. обеспечить перемещение кроулера вдоль трубы, достаточно чтобы от блока управления 1 на моторколесо поступили сигналы соответствующие повороту его на месте и затем сигналы на движение вперед - назад. Во всех этих случаях, независимо от профиля поверхности, магнитные колеса, за счет конструкции, обеспечивающей равномерное распределение магнитного поля по всей окружности колеса, происходит надежная фиксация кроулера.
Независимо от того, происходит ли контроль качества сварного шва или дефектов изделия, затухающие акустические колебания регистрируются лазерным преобразователем 9, в котором оптический сигнал преобразуется в электрический сигнал, который поступает в блок ЭБОС для фильтрации и далее - в компьютер. В компьютере аналоговый сигнал лазерного преобразователя оцифровывается и в цифровой форме сохраняется вся информация, полученная при проведении диагностики.
Преимущества заявляемого технического решения заключается в том, что система перемещения устройств диагностики позволяет одновременно производить контроль не только качества сварки, но позволяет выявить любой дефект в пространственном изделии независимо от его формы и профиля с обеспечением надежной фиксации средств диагностики.
В настоящее время опытные образцы системы для перемещения (кроулера) проходят опытно - промышленные испытания на различных объектах железнодорожного транспорта и металлургических предприятиях, изготавливающих трубы различного диаметра и размера. Широкое внедрение системы для перемещения устройств диагностики намечено на 2012 г.