!!YC562-水下海底管道金剛石繩距切割機(jī)設(shè)計排版論文1.doc

密 級 公開 學(xué) 號 090545 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文） 水下海底管道金剛石 繩鋸切割機(jī)設(shè)計 院（系、部）： 機(jī)械工程學(xué)院 姓 名： 年 級： 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 2015 年 6 月 16 日水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī)設(shè)計 北京石油化工學(xué)院 學(xué)位論文電子版授權(quán)使用協(xié)議 論文 水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī)設(shè)計 系本人在北京石油化工學(xué)院學(xué)習(xí)期間創(chuàng)作完成的作品，并已通過論文答辯。 本人系 作品的唯一作者，即著作權(quán)人。現(xiàn)本人同意將本作品收錄于“北京石油化工學(xué)院學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫”。本人承諾：已提交的學(xué)位論文電子版與印刷版論文的內(nèi)容一致，如因不同而引起學(xué)術(shù)聲譽(yù)上的損失由本人自負(fù)。本人完全同意本作品在校園網(wǎng)上提供論文目錄檢索、文摘瀏覽以及全文部分瀏覽服務(wù)。公開級學(xué)位論文全文電子版允許讀者在校園網(wǎng)上瀏覽并下載全文。 注：本協(xié)議書對于“非公開學(xué)位論文”在保密期限過后同樣適用。 院系名稱： 作者簽名： 學(xué) 號： 年 月 日 水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī)設(shè)計 III 北 京 石 油 化 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （論 文） 任 務(wù) 書 學(xué)院（系、部） 機(jī)械學(xué)院 專業(yè) 機(jī)械工程及自動化 班級 機(jī) 112 學(xué)生姓名 閆啟亮 指導(dǎo)教師 /職稱 高輝 /講師 1.畢業(yè)設(shè)計（論文）題目 海底管道金剛石繩鋸切割系統(tǒng)設(shè)計 2.任務(wù)起止日期： 2015 年 2 月 21 日 至 2015 年 5 月 27 日 3.畢業(yè)設(shè)計（論文）的主要內(nèi)容與 要求 （含課題簡介、任務(wù)與要求、預(yù)期培養(yǎng)目標(biāo)、原始數(shù)據(jù)及應(yīng)提交的成果） （ 1）課題簡介 我國在南海海域擁有近 10 個油氣田群，近年來不僅油氣田開發(fā)數(shù)量不斷增長，而且開采深度也在不斷加深。例如：西江油田平均水深 100 米、惠州油田群平均水深 98 116 米、流花油田平均水深 305 米、陸豐 22 1 油田平均水深 332 米、番禺 5 1 油田平均水深 110米、崖城 13 1 氣田平均水深 100 米、文昌 13 1 油田平均水深 117 米。另外，從投產(chǎn)時間上來看絕大多數(shù)油田服役期限已達(dá)到 10 年以上，有的甚至超過 20 年。例如：潿洲 10 3油田 1986 年 08 月投產(chǎn)、惠州 21 1 油田 1990 年 9 月投產(chǎn)、陸豐 13 1 油田 1993 年 10 月投產(chǎn)、崖城 13 1 氣田 1995 年 10 月投產(chǎn)。不論從油田數(shù)量還是從服役年限來看，可以預(yù)計在未來幾年中，水下鋼結(jié)構(gòu)物（包括：采用平臺、 FPSO、海底管道、吸力錨等）和海底管道維修工作量必將大幅攀升。 因此， 研究一套用于海底管道切割的金剛石繩鋸切割系統(tǒng)具有重要意義。通過本課題的研究，力爭使學(xué)生掌握基本的設(shè)計方法和技巧，提高知識的綜合運用的能力 。 （ 2）任務(wù)與要求 1) 查閱相關(guān)國內(nèi)外文獻(xiàn)資料 2) 總體方案設(shè)計 3) 液壓系統(tǒng)計算及元件選型 4) 液 壓系統(tǒng)計算機(jī)仿真 5) 控制系統(tǒng)設(shè)計 （ 3）預(yù)期培養(yǎng)目標(biāo) 通過該畢業(yè)設(shè)計，使學(xué)生將所學(xué)的知識系統(tǒng)化，并得到擴(kuò)展和補(bǔ)充，將理論與實踐相結(jié)合使其學(xué)會獨立解決實際工程技術(shù)問題的初步技巧，掌握基本的文獻(xiàn)檢索方法，至少熟練掌握 fluid-sim、 protel及 SolidWorks、 UG、 PROE等三維繪圖軟件中的一種，提高綜合運用所學(xué)知識獨立解決問題的能力，為將來的工作打下堅實的基礎(chǔ)。 （ 4）原始數(shù)據(jù) 1) 管道直徑 30 寸 水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī)設(shè)計 II 2) 最大切割速度 30mm/min 3) 液壓系統(tǒng)最高工作壓力 21.5MPa （ 5）應(yīng)提交的成果 1) 外文資料翻譯 2) 設(shè)計計 算過程報告 3) 液壓系統(tǒng)設(shè)計圖及仿真動畫 4) 控制系統(tǒng)原理圖 5) 開題報告 6) 畢業(yè)論文 7) 工作日記 4.主要參考文獻(xiàn) 1) 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 趙衛(wèi)軍主編 科學(xué)出版社 2) 液壓元件及選用 王守城 , 段俊勇主編 化學(xué)工業(yè)出版社 3) 液壓系統(tǒng) 原理圖分析技巧 李松晶，叢大成，姜洪洲編著 化學(xué)工業(yè)出版社 5.進(jìn)度計劃及指導(dǎo)安排 周次 設(shè)計任務(wù)及要求 1 完成課題相關(guān)文獻(xiàn)檢索 2 完成 并提交外文資料翻譯 3 閱讀所有文件并完成文獻(xiàn)綜述 4 完成總體方案設(shè)計、開題報告，進(jìn)行開題報告答辯 5 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計 6 零部件及裝配體的二維圖繪制 7 液壓系統(tǒng)設(shè)計 8 液壓系統(tǒng)計算機(jī)仿真 9 液壓系統(tǒng)原理圖繪制 10 電控系統(tǒng)設(shè)計 11 電控系統(tǒng)設(shè)計 12 電控系統(tǒng)原理圖繪制 13 書寫畢業(yè)論文 14 預(yù)答辯；所有畢業(yè)設(shè)計資料的修改、整理及定稿打印 水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī)設(shè)計 III 任務(wù)書審定日期 年 月 日 系（教研室）主任（簽字） 任務(wù)書批 準(zhǔn)日期 年 月 日 教學(xué)院（系、部）院長（簽字） 任務(wù)書下達(dá)日期 年 月 日 指導(dǎo)教師（簽字） 計劃完成任務(wù)日期 年 月 日 學(xué)生（簽字） 水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī)設(shè)計 III 摘 要 隨著科技步伐的加快，液壓技術(shù)在各個領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，液壓系統(tǒng)已成為主機(jī)設(shè)備中最關(guān)鍵的部分之一。但是，由于設(shè)計、制造、安裝、使用和維護(hù)等方面的因素，影響了液壓系統(tǒng)的 正常運行。因此，了解系統(tǒng)工作原理，懂得一些設(shè)計、制造、安裝、使用和維護(hù)等方面的知識，是保證液壓系統(tǒng)能正常運行并極大發(fā)揮液壓技術(shù)優(yōu)勢的先決條件。 本文主要研究的是 液壓傳動系統(tǒng)，液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計 需 要 與 主機(jī)的總體設(shè)計同時進(jìn)行。設(shè)計時，必須從實際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點，力求設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。 本文介紹了國內(nèi)外水下作業(yè)工具、水下作業(yè)系統(tǒng)、常用的水下切割方法和管道切割的發(fā)展現(xiàn)狀，歸納和總結(jié)了國內(nèi)外金剛石繩鋸機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r，提出了 水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī) 進(jìn)行海底油氣管道切割的思路 ,設(shè)計出繩鋸機(jī)的液壓傳動控制系統(tǒng)，并對動力源的主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了計算和校核。本論文主要完成了如下工作： 1、 完成了 水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī) 機(jī)方案確定與分析設(shè)計。 2、 完成 了 水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī)液壓系統(tǒng)的 設(shè)計。 3、 完成了繩鋸機(jī)的液壓系統(tǒng)動力源，計算了液壓執(zhí)行元件的主要參數(shù)，并對繩鋸機(jī)的夾緊裝置、張緊裝置、進(jìn)給裝置進(jìn)行了設(shè)計。 4、 設(shè)計出 水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī) 液壓系統(tǒng)原理圖，并對液壓動力源的主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了計算和檢驗，選擇了液壓泵、電機(jī)、控制閥等元件。 5、 完成了 水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī) 專用液壓系統(tǒng)設(shè)計。 關(guān)鍵詞 ： 水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī)，金剛石繩鋸切割機(jī)，設(shè)計 水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī)設(shè)計 III Abstract With the development of the technology, hydraulic technology has been widely used in various fields, and hydraulic system has become one of the most important parts of the host equipment. However, due to the design, manufacture, installation, use and maintenance of factors, the impact of the normal operation of the hydraulic system. Therefore, to understand the working principle of the system, to understand some of the design, manufacture, installation, use and maintenance of knowledge is a hydraulic system to ensure normal operation and great play a prerequisite for hydraulic technology advantage. This paper mainly studies the hydraulic transmission system, the design of hydraulic drive system and the overall design of the host. Design, we must proceed from the actual situation, and organically combined with various forms of transmission, give full play to the advantages of hydraulic transmission, strive to design a simple structure, reliable work, low cost, high efficiency, simple operation, convenient maintenance hydraulic transmission system. Is introduced in this paper the development status of the at home and abroad work tools, underwater operation system, common water cutting method and cutting the pipe, and sums up the developing situation at home and abroad of diamond wire saw, put forward the idea of underwater submarine pipeline diamond wire saw cutting machine for cutting the seabed oil-gas pipeline design wire saw machine hydraulic drive and control system, and main technical parameters of the power is calculated and checked. This thesis mainly completes the following work: 1, the underwater submarine pipeline diamond wire saw cutting machine plan and analysis design. 2. The hydraulic system design of the diamond wire saw cutting machine for underwater submarine pipeline is accomplished. 3, the power source of the hydraulic system of the rope saw is finished, and the main parameters of the hydraulic execution element are calculated, and the clamp device, the tensioning device and the feeding device of the rope saw machine are designed. 4, design of underwater submarine pipeline diamond wire saw cutting machine hydraulic system principle diagram, and calculating and checking the main technical 水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī)設(shè)計 VII parameters of the hydraulic power source, choose the hydraulic pump, motor, control valves and other components. 5. The design of the special hydraulic system for the diamond wire saw cutting machine of underwater submarine pipeline is accomplished. Key word:underwater submarine pipeline diamond wire saw cutting machine, diamond wire saw cutting machine, design水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī)設(shè)計 III 目 錄 摘 要 . I ABSTRACT . VI 第 1 章 概述 . 1 1.1 課題的來源、目的和意義 . 1 1.1.1 水下金剛石繩鋸切割技術(shù)的國內(nèi)發(fā)展 . 1 1.1.2 水下金剛石繩鋸切割技術(shù)的國外發(fā)展 . 2 1.1.3 國外水下金剛石繩鋸機(jī)作業(yè)技術(shù)方案分析 . 1 1.2 本文的主要研究的內(nèi)容 . 2 1.3 液壓傳動特點 . 4 第 2 章 水下海底管道金剛石繩鋸切割總體方案設(shè)計 . 7 2.1 課題簡介及任務(wù)要求 . 7 2.2 金剛石繩鋸機(jī)的基本組成及工作原理 . 7 2.3 進(jìn)給傳動絲桿螺母副的計算和造型 . 9 2.3.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計要求及流程 . 11 2.3.2 工作原理 . 12 第 3 章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 . 13 3.1 液壓執(zhí)行元件的配置 . 13 3.2 夾緊裝置液壓缸的主要結(jié)參數(shù) . 13 3.3 活塞桿強(qiáng)度計算 . 14 3.4 液壓缸活塞的推力及拉力計算 . 15 3.5 活塞桿最大容許行程 . 16 3.6 液壓缸內(nèi)徑及壁厚的確定 . 17 3.7 主動輪驅(qū)動液壓馬達(dá)的計算與選擇 . 17 3.8 液壓泵及其驅(qū)動電動機(jī) 的選擇 . 19 3.8.1 液壓泵的最大工作壓力 . 20 3.8.2 計算液壓泵的最大流量 . 20 3.8.3 選擇液壓泵的規(guī)格 . 21 3.8.4 計算液壓泵的驅(qū)動功率并選擇原動機(jī) . 22 3.9 其他液壓元件的選擇 . 23 3.9.1 液壓閥及過濾器的選擇 . 23 3.9.2 油管的選擇 . 24 3.9.3 油箱及其輔件的確定 . 25 3.10 液壓系統(tǒng)壓力損失驗算 . 26 第 4 章 實驗臺面板的結(jié)構(gòu)與設(shè)計 . 28 4.1 實驗臺面板的結(jié)構(gòu) . 28 4.2 實驗臺面板的設(shè)計 . 28 4.2.1 分析液壓系統(tǒng)，確定實驗臺面板結(jié)構(gòu) . 28 4.2.2 液壓元件的布局 . 28 4.2.3 確定油孔的位置與尺寸 . 28 水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī)設(shè)計 VII 4.2.4 繪制實驗臺面板零件圖 . 29 第 5 章 液壓站設(shè)計與維護(hù)保養(yǎng) . 30 5.1 油箱的設(shè)計 . 30 5.2 液壓站結(jié)構(gòu) . 33 5.3 液壓站的組裝 . 34 5.4 液壓站注意事項 . 35 第 6 章 管路的設(shè)計 . 35 6.1 管路的選擇與布置 . 36 6.2 管路的連接 . 36 6.2.1 焊接式管接頭 . 36 6.2.2 卡套式 管接頭 . 36 6.2.3 擴(kuò)口式管接頭 . 36 6.2.4 選擇管路連接方式 . 37 第 7 章 液壓站的組裝調(diào)試、使用維護(hù) . 38 7.1 液壓站的組裝 . 38 7.2 液壓元件和管道安裝 . 38 7.3 液壓站的使用與檢查 . 39 7.3.1 使用的一般注意事項 . 39 7.3.2 檢查 . 39 第 8 章 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析 . 40 參考文獻(xiàn) . 43 總 結(jié) . 44 致 謝 . 45 聲 明 . 47 水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī)設(shè)計 1 第 1 章 概述 1.1 課題的來源、目的和意義 海洋石油開發(fā)企業(yè)正在策劃這項龐大的工程，包括相關(guān)技術(shù)和工程的研究。海底管道維修作業(yè)系統(tǒng)這一重大課題研制成功，不僅能提高海上石油平臺維修和拆除的效率，降低拆除的費用，使有用材料的回收、再利用。同時還能使我國在相關(guān)領(lǐng)域的科技水平得到提高，避免受國外公司技術(shù)保密的限制。在該項課題研發(fā)成功和該設(shè)備建成并投入使用之后，可以形成對水深 60米以淺的、直徑為 4護(hù)石油平臺導(dǎo)管架的快速拆除能力。實現(xiàn)由國內(nèi)工程公司完成石油平臺的拆除工作，達(dá)到縮短周期，降低作業(yè)成本，減少國家和企業(yè) 的損失，保護(hù)海洋環(huán)境，不妨礙其它海洋資源開發(fā)的目的。 20余年時間我國也樹起了近百座平臺。這些海中建筑為人類帶來了滾滾能源和財富，也在一定程度上改變、破壞了海洋環(huán)境。隨著資源的枯竭，平臺也就完成了它的使命，如何處置這些海上怪物，就提到油田開發(fā)者面前。根據(jù)國際公約、國際慣例和國內(nèi)有關(guān)法律、法規(guī)要求，為保護(hù)海洋環(huán)境和不妨礙對其它海洋資源的開發(fā)，海上構(gòu)筑物退役后，如無其它用途，通常應(yīng)予以拆除或部分拆除。我國海上油氣田壽命一般約為 10 20 年。根據(jù)國內(nèi)有關(guān)研究部門預(yù)測，到 2016年，現(xiàn)已投產(chǎn)的海上油氣生產(chǎn)設(shè)施中的 60% 70%，將陸續(xù)退役并進(jìn)行廢棄處置， 而 2006年左右則是我國海上采油平臺拆除的第一個高峰期 2-3。 1.1.1 水下金剛石繩鋸切割技術(shù)的國內(nèi)發(fā)展 國內(nèi)繩鋸產(chǎn)業(yè)發(fā)展較晚，比起國外存在一大段差鋸。一方面是市場需求。國內(nèi)繩鋸機(jī)主要還是應(yīng)用在石材開采加工領(lǐng)域，而建筑領(lǐng)域處于剛起步階段，海洋開發(fā)領(lǐng)域尚未有太大成績。另一方面，國內(nèi)串珠繩產(chǎn)品的質(zhì)量很低。僅有少數(shù)幾個廠家研發(fā)出適合大理石開采電鍍金剛石串珠繩，且切削效率遠(yuǎn)低于進(jìn)口產(chǎn)品，僅僅占有價格優(yōu)勢。金剛石繩鋸機(jī)的廣泛應(yīng)用與強(qiáng)大的生命力 ,主要是由于它在制造 、性能和使用上具有一系列優(yōu)越性 ,目前已經(jīng)顯示出它的廣闊發(fā)展前景 ,很值得矚目 ,金剛石繩鋸機(jī)正向著切割控制計算機(jī)化、高效重型切割、海底切割等方面發(fā)展 5。 水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī)設(shè)計 2 1.1.2 水下金剛石繩鋸切割技術(shù)的國外發(fā)展 20世紀(jì) 80年代末 ,金剛石繩鋸開始用于切削鋼材 ,最初用繩鋸切削的鋼件是鋼管。當(dāng)時有少數(shù)公司開始了用金剛石繩鋸切割鋼質(zhì)材料的試驗。剛開始繩鋸加工僅限于小規(guī)格碳鋼型材 (如管材 ),后來應(yīng)用于維修海底構(gòu)件和核電站部件 ,如熱交換器和集束管。 英國的 TECNOSPAMEC 公司在 1991 年研制出了用于切割海底油氣管道 金剛石繩鋸切割系統(tǒng)，對于使用特殊設(shè)計的金剛石繩鋸機(jī)進(jìn)行水下結(jié)構(gòu)切割來講，它是一種高效的切割系統(tǒng)和方法 5。這個系統(tǒng)在一次操作中能夠切割任何金屬和非金屬 (聚氨酯保溫層、鋼筋混凝土、聚乙烯涂層等 )，也包括切削各種合成物質(zhì)，由于它出色的質(zhì)量和極為卓越的價格競爭優(yōu)勢而廣泛的用于切除各種海上結(jié)構(gòu)。它與弓型鋸相比較，金剛石繩鋸的切割速度快，與爆炸方法相比較，它切割過程清潔，并且對操作人員和環(huán)境不會產(chǎn)生危害 6。 1海底 2 張緊液壓缸 3切割框架動輪 4驅(qū)動 5進(jìn)給液壓缸 6夾緊框架 7串珠繩 8夾緊液壓缸 9導(dǎo)向輪 10 輸油 管 圖 1-1 TECNOSPAMEC公司的 TL 2A 10 型金剛石繩鋸機(jī) 圖 1-1為英國 TECNOSPAMEC公司 TL2A 10 型金剛石繩鋸機(jī)，它結(jié)構(gòu)簡單，全液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、張緊機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)等組成?？芍苯釉谒逻M(jìn)行海底管道的切割 9。繩鋸機(jī)通過夾緊機(jī)構(gòu)中兩個夾緊液壓缸分別推動夾緊瓣實施在管道上夾緊和松開；驅(qū)動輪由液壓馬達(dá)驅(qū)動，為串珠繩的循環(huán)運動提供動力；利用張緊液壓缸保證串珠繩在工作過程中的張緊力；兩端鉸鏈的進(jìn)給液壓缸使切割框架繞驅(qū)動輪軸完成旋轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)串珠繩的徑向進(jìn)給運動。采用液壓驅(qū)動、控 制，可以宜接在水下完成海底油氣管道的切割作業(yè)。繩鋸機(jī)所有的動作都是受海面上水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī)設(shè)計 3 的操作人員監(jiān)控。 TL 2A 10型繩鋸機(jī)的性能指標(biāo)見表 1 1。 表 1 1 TL 2A 10型金剛石繩鋸機(jī)主要性能指標(biāo) 錯誤 ! TL 2A 10 型金剛石繩鋸機(jī) 適用于 10管道切割 液壓參數(shù) 流量 45（ L/min） 壓力 22（ MPa） 尺寸 伸臂 收臂 長（ mm） 547 905 寬（ mm） 1020 826 厚（ mm) 380 380 重量（ kg） 75（空氣中） 45（水中） 1 進(jìn)給操作手柄 2串珠繩 3導(dǎo)向輪 4海管 5導(dǎo)向部分 6夾緊液壓缸 7切割框架 8夾緊爪 9驅(qū)動輪 lO 液壓馬達(dá) 圖 1-2挪威 Global Tool Management的金剛石繩鋸機(jī)工作原理圖 圖 1-2為挪威 的 Global Tool Management生產(chǎn)的金剛石繩鋸機(jī)。不但結(jié)構(gòu)緊湊，而且適用管道的管徑較大。繩鋸機(jī)也同樣包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、張緊機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)等部分。采用單個液壓缸實現(xiàn)聯(lián)動夾緊的方式，使液壓系統(tǒng)相對簡單：利用兩個液壓馬達(dá)帶動兩個驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動，可以提供較大的切削力；徑向采用手動或 ROV操作的方式實現(xiàn)進(jìn)給 8,9。 當(dāng)金剛石繩鋸機(jī)在水下工作時 ,可能會有安裝、恢復(fù)、配置、校驗的操作 ,如果采用 ROV協(xié)助的方法 ,就能使這個系統(tǒng)可以更好地完成它的任務(wù)。這種金剛石繩鋸機(jī)的部件都由輕質(zhì)材料制成 ,并且操作方便 。繩鋸機(jī)安裝就位后 ,切割工作從海面進(jìn)行控制 ,機(jī)器的動力來自于海面上或水下的液壓動力源。因此 ,這個系統(tǒng)對于在海面上調(diào)整最適宜的繩速、進(jìn)給速度、工作壓力的操作者來講是絕對安全的。整個切割的進(jìn)程是 ROV、受儀器或潛水員攜帶的攝像機(jī)進(jìn)行監(jiān)視 10。 水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī)設(shè)計 4 金剛石繩鋸水下切割最引人矚目的有兩次，一個是在 2000年 8 月 ,俄羅斯的核潛艇“ KURSK”號，另一個為 2003年 7月英吉利海峽“ TRICOLOR”貨船打撈過程中分離切割。繩鋸切割方法的優(yōu)點是精度高、效率高 ,并且降低了 30%的工程時間 ,節(jié)約了工程費用。該切割設(shè)備 重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、易于運輸 ,施工設(shè)備要求也比較低 ,可自下而上或自上而下進(jìn)行沉船切割 ,并可在沉船的非破損部位開始切割 7,11。 2000年 8月俄羅斯的核潛艇“ KURSK”號在巴倫支海沉沒 ,在之后的打撈過程中 ,庫爾斯克號的艇身和艇首的分割工作就是利用金剛石繩鋸來完成的。這項技術(shù)在首次成功運用于“ KURSK”號核潛艇打撈后 ,又在“ TRICOLOR”號沉船打撈中發(fā)揮了重要作用。 2003年 7月在英吉利海峽同樣的方法打撈 TRICOLOR號貨船 ,“ TRICOLOR”號貨船打撈行動是歷史上最大的一次清航打撈行動。圖 1-3為金剛石繩鋸切割“ TRICOLOR”號的試驗工作圖。 圖 1-3繩鋸切割“ TRICOLOR”號試驗 目 前在國外的一些公司中，有不少海底的金剛石繩鋸機(jī)的樣式。在 Wachs Subsea 的網(wǎng)站中有很多不同型號的繩鋸機(jī)，它的 海底產(chǎn)品水下切割技術(shù)簡化視圖如下所示： 水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī)設(shè)計 5 圖 1-4水下切割技術(shù)簡視圖 如圖 1-4 為海下金剛石繩鋸機(jī)的簡化圖頂部為液壓控制系統(tǒng)，往下一次為軟管、控制室、軟管軸。再有此向下進(jìn)行延伸分別為繩鋸機(jī)、往復(fù)式樣、磨粉機(jī)、分離的框架和鉆頭組成。詳細(xì)的各個部 位見下圖： 圖 1-5 繩鋸機(jī) 圖 1-6 張緊輪 水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī)設(shè)計 6 圖 1-7 夾緊裝置 圖 1-8 金剛石繩 上四幅圖為水下金剛石繩鋸機(jī)的詳細(xì)照片，圖 1-5為 可自我調(diào)節(jié)自動進(jìn)給系統(tǒng)和液壓動力的繩鋸機(jī)得整體設(shè)計；圖 1-6 是切割的導(dǎo)向輪，它可以自動進(jìn)給系統(tǒng)自動控制鋼絲繩的張力，進(jìn)給量自動匹配 切割速度；圖 1-7為完全可調(diào)功率的夾持系統(tǒng)的液壓驅(qū)動臂；圖 1-8是金剛石繩它可以快速干凈的切削不同材料、厚度的管道結(jié)構(gòu)。 圖 1-9為金剛石繩鋸混合材料和多串套管的理想且這部金剛石繩鋸是一個自我調(diào)節(jié)的自動進(jìn)給系統(tǒng)控制線張力、自動匹配的機(jī)器。實物圖見圖 1-10和1-11：圖 1-9 繩鋸機(jī)串管模型水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī)設(shè)計 7 圖 1-10 陸地上要下水的繩鋸機(jī) 1 圖 1-11 繩鋸機(jī)下水和對應(yīng) 的不同的管徑型號 這種水下金剛石繩鋸機(jī)具有以下特點： 易于更換使用長久的金剛石繩鋸組件 擁有耐腐蝕的陽極保護(hù) 可任意安裝在垂直、水平之間的位置 液壓手臂同步的方形安全夾 擁有自動過載系統(tǒng)保護(hù)的離合器 外徑 (dn100-2100) 1.1.3 國外水下金剛石繩鋸機(jī)作業(yè)技術(shù)方案分析 通過對國外海底油氣管道切割用金剛石繩鋸機(jī)工作原理的分析 ,可以得出以下基本設(shè)計方案 : (1)金剛石繩鋸機(jī)動力源應(yīng)該采用全液壓驅(qū)動的方式。因為在水下工作時 ,大功率的水密電機(jī)將會使機(jī)體的體積和質(zhì)量都大幅增加 ,給潛水員的水下協(xié)助操作帶來不便 ,此外 ,在水下采用液壓控制更加安全、可靠。 (2)金剛石繩鋸機(jī)在進(jìn)行海底油氣管道切割時 ,由于海底特殊的泥土環(huán)境 ,使機(jī)體的固定方式不能采用普通的基座固定形式。如果將繩鋸機(jī)基座設(shè)計成可適應(yīng)一定直徑管道的、可實施夾持動作的結(jié)構(gòu)形式 ,將其夾持在待切割管道的指定位置 ,既可以起到機(jī)體固定的作用 ,又兼具有保持機(jī)體在進(jìn)行工件切削作業(yè)時切口位置的準(zhǔn)確性 ,即使海管發(fā)生移動現(xiàn)象 ,機(jī)體與海管的相對位置仍然會保持不變 ,保證作業(yè)的可靠性和穩(wěn)定性。 (3)金剛石繩鋸機(jī)的核心部分 切割裝置 ,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ,所 需動力源功率較大 ,其中主動輪需要完成高速的旋轉(zhuǎn)動作 ,同時液壓張緊機(jī)構(gòu)與徑向進(jìn)給機(jī)構(gòu)需要協(xié)調(diào)配合 ,保證合適的張緊力和進(jìn)給速度。 (4)金剛石繩鋸機(jī)所需的液壓動力源可以設(shè)置在工作母船上、 ROV 中或使用水下液壓動力源。設(shè)置在工作母船上的液壓動力源可采用電力、氣源或柴油機(jī)驅(qū)動的方式 ,設(shè)計結(jié)構(gòu)相對簡單 ,但繩鋸機(jī)作業(yè)深度增加時 ,管路損耗將增大 ;如果將液壓動力源設(shè)置在 ROV中 ,其設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單 ,管路損耗也會減小 ,但從國內(nèi)現(xiàn)有條件來看這種油源提供方式還是很難實現(xiàn)的 ;水下液壓油源體積相對較大 ,設(shè)計結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ,密封問題較難解決。 (5)金剛石繩鋸機(jī)的操作主要由潛水員直接操作、輔助操作和 ROV 機(jī)械手操作等方式。潛水員直接操作的金剛石繩鋸機(jī)屬于手動操作的形式 ,其結(jié)構(gòu)簡單 ,水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī)設(shè)計 2 體積小 ,徑向進(jìn)給依靠操作者的經(jīng)驗來完成 ,整個作業(yè)過程都需要潛水員的參與 ,當(dāng)工作過程中出現(xiàn)斷繩時 ,可能會給潛水員帶來危險 ,因此必須事先做好防護(hù)工作。潛水員輔助操作的金剛石繩鋸機(jī) ,基本屬于自動作業(yè)的形式 ,首先潛水員使繩鋸機(jī)夾緊裝置的 V 型定位結(jié)構(gòu)與待切割管道的指定位置相接觸 ,然后執(zhí)行夾緊動作將機(jī)體固定在油氣管道上 ,潛水員離開 ,繩鋸機(jī)按照預(yù)先設(shè)置好的張緊力和切削指標(biāo)進(jìn)行作業(yè) ,作 業(yè)過程受工作母船上的工作人員監(jiān)控 ,作業(yè)靈活性大 ,可以在渾濁的水質(zhì)中工作 ;此外 ,還可以避免潛水員工作中的危險 ,減輕他們的勞動強(qiáng)度。 ROV機(jī)械手的形式可以更大程度地使?jié)撍畣T從惡劣的環(huán)境中解放出來 ,繩鋸機(jī)由機(jī)械手操作 ,但是 ,這種操作方式需要很高的技術(shù)條件和大量的人力、物力和財力投入 ,實現(xiàn)的難度較大 ,應(yīng)該屬于遠(yuǎn)期發(fā)展的目標(biāo)。 1.2 本文的主要研究的內(nèi)容 1 收集閱讀國內(nèi)外關(guān)于繩鋸機(jī)研發(fā)資料，根據(jù)設(shè)計任務(wù)和目標(biāo)提出關(guān)于水下金剛石鋸繩實驗臺的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案并進(jìn)行論證。 2 金剛石繩鋸機(jī)的總體 設(shè)計結(jié)構(gòu) 3 進(jìn)行水下金剛石繩鋸機(jī)液壓控制系統(tǒng)的研究 ,對液壓傳動系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計 ,將電液比例流量閥引入液壓控制系統(tǒng) ,建立液壓電液比例流量閥控馬達(dá)速度控制系統(tǒng)模型 ,對其主要性能進(jìn)行仿真分析。 4 研究金剛石繩鋸機(jī)的控制和監(jiān)測系統(tǒng) ,用于對水下金剛石繩鋸機(jī)工作狀態(tài)的實時監(jiān)測 ,從而便于閉環(huán)控制系統(tǒng)的研制。 液壓傳動系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個組成部分，液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計要同主機(jī)的總體設(shè)計同時進(jìn)行。著手設(shè)計時，必須從實際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點，力求設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡 單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。 液壓傳動裝置主要由以下四部分組成： 1）能源裝置 把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液液壓能的裝置。最常見的形式就是液壓泵，它給液壓系統(tǒng)提供壓力油。 2）執(zhí)行裝置 把油液的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置。它可以是作直線運動的液壓缸，也可以是作回轉(zhuǎn)運動的液壓馬達(dá)。 3)制調(diào)節(jié)裝置 對系統(tǒng)中油液壓力、流量或流動方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)的裝置。例如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、開停閥等。這些元件的不同組合形成了不同功能的液壓系統(tǒng)。 水下海底管道金剛石繩鋸切割機(jī)設(shè)計 3 4)輔助裝置 上述三部分以外的其它裝置，例如油箱、濾油器、油管等。它們對保證系統(tǒng) 正常工作也有重要作用。 液壓傳動有以下一些優(yōu)點： 1） 在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更多的動力，因為 液壓系統(tǒng)中的壓力可以比電樞磁場中的磁力大出 3040倍。在同等的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的體積和重量只有同等功率電動機(jī)的 12%左右。 2） 液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快，液壓裝置 易于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。液壓裝置的換向頻率，在實現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn)運動時可達(dá) 500次 /min，實現(xiàn)往復(fù)直線運動時可達(dá) 1000次 /min。 3） 液壓裝置能在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速（調(diào)速 范圍可達(dá) 2000），它還 可以在運行的過程中進(jìn)行調(diào)速。 4） 液壓傳動易于自動化，這是因為它對液體壓力、流量或流動方向易 于進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制的緣故。當(dāng)將液壓控制和電氣控制、電子控制或氣動控制結(jié)合起來使用時，整個傳動裝置能實現(xiàn)很復(fù)雜的順序動作，接受遠(yuǎn)程控制。 5） 液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護(hù)。液壓缸和液壓馬達(dá)都能長期在失速狀 態(tài)下工作而不會過熱，這是電氣傳動裝置和機(jī)械傳