架空管道是架设在地面或水面上的管道,其长时间暴露于大气环境中,外壁常常会腐蚀生锈,如不及时清理锈蚀,会影响管道使用寿命,导致管道设备停运维修或更换,造成巨大经济损失。在架空管道定期维护过程中,除锈是最常进行的工作。但针对架空管道,目前还没有行之有效的管道在役除锈方法和装置,只能将管道拆卸下来后除锈或人工攀爬到管道上除锈,除锈效率低,自动化程度低。为此,本文提出一种可用于架空管道在役除锈的刚柔耦合除锈方法,分别从磨块除锈力和磨粒材料去除过程研究其除锈机理,并应用此除锈方法设计架空管道自动除锈装置,分析装置除锈过程,最后对除锈方法的除锈可行性等进行实验研究。本文主要研究内容如下:第一,新型除锈方法提出及除锈力数学模型建立。针对架空管道除锈现状,提出一种架空管道刚柔耦合除锈方法,分析其除锈特性;对其除锈过程进行宏观力学分析和ADAMS动力学仿真,建立除锈力数学模型,验证除锈方法除锈特性,分析除锈力影响因素对其的影响;提出一种偏心旋转方式来降低磨块重力对除锈力波动的影响。第二,刚柔耦合除锈有限元仿真分析。提出一种脆性塑性材料层合的锈蚀管道几何模型,采用ABAQUS有限元仿真软件,建立单颗磨粒刚柔耦合除锈仿真模型,研究单颗磨粒对锈蚀管道的材料去除机理,分析弹簧压紧力和磨粒速度对除锈的影响。第三,刚柔耦合除锈方法应用研究。根据刚柔耦合除锈工作原理和在役架空管道高空位置环境限制,设计分体式架空管道自动除锈装置,分析除锈装置工作过程,建立重复除锈区域及次数与装置工作参数间的关系,并使用MATLAB仿真实例进行验证。第四,刚柔耦合除锈方法实验研究。设计制作刚柔耦合除锈头,采用相对运动原理搭建除锈实验平台,实验验证刚柔耦合除锈工作过程,研究分析除锈方法的除锈可行性以及弹簧压紧力和相对运动速度对除锈的影响,并与无弹簧双向刚性除锈进行对比。实验结果表明:本文提出的刚柔耦合除锈方法是可行的,可用于架空管道在役除锈。本文提出的架空管道刚柔耦合除锈方法以及设计的分体式架空管道自动除锈装置为架空管道在役除锈提供了一种新的思路和方法。