伴随科学技术的发展,在我国北方冬季取暖和火力发电成为十分重要的产业,排管式锅炉的普及使水冷壁熔敷技术得到普遍应用。熔敷技术在水冷壁表面形成耐磨层大大减少锅炉内壁磨损,随之而来的锅炉检修问题使水冷锅炉的使用成本居高不下,大量的人工维修和过长时间的停工维护给排管式水冷锅炉的维护带来很大困难,因此锅炉内壁检测机器人的研究已经尤为重要。本课题研究的锅炉水冷壁履带式爬壁机器人可实现在垂直水冷壁稳定爬行,并且利用此平台可实现自动检测排管水冷壁状态,简单有效的完成内壁监测工作。论文首先在大量文献的基础上分析爬壁机器人相关技术的国内外发展现状,并根据技术要求及参数要求对爬壁机器人的系统方案进行选取及系统组成的确定,在确定方案的基础上对爬壁机器人本体结构进行设计,其中包括车架、履带、磁吸附单元安装座、间距调节机构及驱动装置主要结构设计。其中车架构设计可防止爬壁机器人发生翘曲现象;履带结构可为磁吸附单元设计提供设计参数;磁吸附单元安装座设计保证其强度满足设计需求;间距调节机构设计让爬壁机器人可以适应多个管径的水冷壁;驱动装置设计保证爬壁本体驱动运行稳定。其次,考虑爬壁机器人常见的垂直跌落现象,本文提出了五类失效状态,并根据下滑失效状态及翻转失效状态在不同的受力状态下的磁力需求情况,结合MATLAB仿真分析出稳定运行所需的最小磁吸附单元磁力,并确定适当的抗倾覆力。随后提出了两种在爬壁机器人运行中较为常见的两种失效状态,分析两种状态对爬壁机器人磁吸附单元性能影响并提出解决办法。第五种失效状态主要是得出爬壁机器人的驱动形式及需求驱动力极值,为驱动电机的选取提供选用指标。再次,由于磁吸附力设计是壁面爬行机构研究的核心,在尺寸一定的条件下获得更大的磁吸附力是本文研究重点之一。本文针对上文的力学分析中得到的磁吸附单元吸附力和抗倾覆力指标对磁吸附单元磁路及磁轮磁路进行优化设计。其中包括引入磁场相关参数对磁路分析的影响,并根据推导的二维静态磁场分析数学模型得出磁吸附力求解方式和软件分析需要定义的边界条件。本文提出一种新型的磁路,利用ANSYS磁场分析与两种常规磁路进行比较分析,通过磁路优化设计确定磁吸附单元最佳磁路及最佳尺寸。通过对仿真条件下的磁轮磁路设计确定最佳磁路,参照上文分析结果对第三章提出的特殊状态进行优化分析,得出抗倾覆装置满足特殊失效情况下爬壁本体的要求。最后,根据对爬壁机器人的性能验证实验设计实验软件平台,包括电机驱动控制、测厚数据传输及视频图像传输。然后本文对前文设计进行三组验证性实验,包括磁吸附单元及磁轮验证实验,并将实验数据与仿真数据对比,验证前文设计均符合设计要求。并且本文搭建了相应的原理样机,并利用该原理样机完成整机稳定性实验及整机运行实验。在理论研究的基础上验证本文研究对后续爬壁机器人性能改进提供很有价值的理论与实验参考。