液压传动式球罐检测装置的结构分析与研究

摘要

球罐是一种常见的压力容器，其内部储存的介质不乏一些易燃易爆炸、有毒的物质。若球罐破坏，将泄漏内部介质，引起火灾、爆炸、中毒等事故，故定期对球罐检测是一项重要的工作。常规球罐内部检测，需搭建大量脚手架，这种方式耗时、复杂，增加检测难度。针对这一情况，研究一种液压传动式球罐检测装置，能方便罐内检测，提高工作效率。检测装置适用3000m3的球罐，人孔直径为500mm。分析过程如下： (1)检修员可乘坐载人框到达球罐内表面的各处。检测装置主体结构为包括竖直臂和水平臂的两臂机构。装置的附件包括上连接架、液压回转机构、液压升降机构、载人框、液压系统。因人孔尺寸限制，机构通过人孔尺寸均小于500mm。检测装置可实现的功能：两臂机构的伸缩、水平臂绕球罐中心轴线回转、水平臂绕竖直臂尾部转动。回转运动和转动分别靠液压回转机构、升降机构实现。两臂机构借鉴汽车式起重机的伸缩臂，采用液压驱动。因检测装置的模块化设计和制造工艺的难度，两臂均为液压伸缩的三节臂。其长度相同，三节臂长度尺寸分别为4000、4100、4150mm。一二节臂重合850mm、二三节臂重合890mm。截面形状为厚4mm的矩形。为尽可能减轻自重，水平臂的截面尺寸小于竖直臂。液压回转机构、升降机构由摆线马达和液压绞盘驱动。载人框可拆卸，方便通过人孔。液压系统由液压站为液压元件（两臂机构的油缸、液压回转机构、液压升降机构）提供液压油。 (2)为保证结构的安全，两臂结构、与球罐连接的上顶板用材料Q690A；上连接架用焊接度好的Q345A；液压油缸为45号钢、载人框为密度小的铝合金材料；伸缩臂之间的滑块采用高温耐磨的材料铸造铜合金。 (3)分别用传统力学和有限元分析软件ANSYS Workbench，对检测装置进行静力学分析以及对运动的检测装置进行静力学动态计算。结构的强度、刚度均在许用值内。为避免检测装置工作时出现共振，进行模态分析。对钢丝绳、受弯矩最大处连接螺栓及其连接面、销等连接件进一步详细安全分析计算。分析液压油缸的强度、稳定性，防止失稳破坏。完善结构设计，用有限元软件分析优化后上连接架、连接件的强度和刚度。为检测装置的实际应用，制定了安装方案并进行调试。

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