【工程分享】斜拉索磁性无损检测机器人技术

斜拉索无损检测技术分析

1.1　国内外研究概况

目前,国外对斜拉桥拉索检测维护机器人的研究未有报导,国内只有交通大学机器人研究所对拉索维护机器人进行过研究,并开发出机器人样机.样机采用爬升机构沿拉索自动爬升,可分别携带清洗、涂装和检测等维护设备对拉索进行维护该机器人研究所主要研制了2套爬升机构样机,即电动全驱动爬升机构和气动蠕动爬升机构.其中电动全驱动爬升机构采用弹簧压紧 装置使机器人附着于拉索表面,交流电机驱动轮 式小车实现连续爬升,机器人样机自重150kg,结 构外形为圆形,最大直径1.5m,最大负载250kg,爬升速度1～10m?min,适应缆索直径90～180 mm.气动蠕动爬升机构采用气缸夹紧使机器人。附着于拉索表面,通过上、下气缸夹紧依次夹紧拉 索,中间气缸升缩运动实现蠕动上升或下降,样机 自重130kg,最大负载150kg,外形尺寸600mm× 600mm×1280mm,爬升速度为0.5～5m?min, 适应直径80～140mm的缆索.经过对上述机器人样机分析可知,该机器人2套样机虽都能实现沿拉索的自动爬升,具有一定 的负载能力,但其体积、自重太大,安装操作非常 不方便,且因大桥过往车辆和河面高处大风等引 起的拉索振动,使其在高空易出现滑落,安全性较 差,并且2套爬升机构压紧装置过大的压紧力会 对缆索造成损伤.因此,研制体积小,自重轻,安全可靠的爬升 机器人是实现缆索自动化无损检测的前提.

1.2　斜拉索几何技术特征

通常斜拉桥拉索的结构形状有圆形、平行六 棱柱形和螺旋六棱柱形等几种形式,以螺旋六棱 柱形拉索最为常见.螺旋六棱柱形拉索的钢丝束 断面呈正六边形或缺角六边形紧密排列,经左旋 扭绞2～4°而成,钢丝束外覆盖有5～12mm厚热 挤聚乙烯护套,拉索的外形呈螺旋六棱柱形[5].拉 索直径51～200mm,通常每座斜拉桥都要用到十 几种直径的拉索,直径差达到50mm以上,拉索 长度可大于300m,标高可大于160m,倾斜度最 大90°[6].一座斜拉桥至少有上百根拉索,且需进 行100%检测.

1.3　检测方法分析

通过对斜拉索技术特征的分析可知,要对裹有较厚护套的钢丝束进行无损检测,通常需采用 检测传感器沿拉索长度方向移动扫描式检测,常 规的一些无损检测方法,如超声、涡流、射线等,显 然都不合适.而磁性检测法是目前对钢丝束类产 品进行无损检测最可靠、最成熟的方法之一,已在 钢丝绳、电缆检测等方面得到了广泛的应用[7].磁 性检测仪器完全能透过拉索的护套对其内部钢丝 束进行扫描检测.

1.4　爬升方法分析

目前,采用移动机器人携带无损检测设备代替人工对处于高温、有毒、高空等特殊环境的设备 进行检测,已经在许多领域得到应用[829].对于斜拉索的检测亦可采取爬升机器人携带磁性检测仪 器进行检测.利用磁性检测方法对斜拉索进行检测,要获 取较好的缺陷信号,必须有足够的励磁场强度,相 应检测仪器体积、重量将较大,要求爬升机器人必 须具有较大的负载能力,这样导致整个检测系统 体积大、重量大,不利于进行检测.解决上述问题 的最好办法是让检测仪器具有自主爬升能力,而 不需额外的爬升装置,将检测装置和爬升装置合 二为一,这样将使检测系统的体积和重量大为减 小.利用检测励磁场对拉索内部钢丝束产生的磁 场力作为自主爬升所必需的附着力,为检测仪器 具备自主爬升能力提供了有利条件.

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