喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 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） 機械學(xué)院 專業(yè) 機械工程及自動化 班級 機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，并得到擴展和補充，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 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，進行開題報告答辯 5 機械系統(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 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） 北京石油化工學(xué)院教務(wù)處制表 2004年12月 水下海底管道金剛石繩鋸切割機設(shè)計 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 繩鋸切割機設(shè)計 院（系、部）： 機械工程學(xué)院 姓 名： 年 級： 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 2015 年 6 月 16 日 II 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 43 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） 機械學(xué)院 專業(yè) 機械工程及自動化 班級 機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，并得到擴展和補充，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 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，進行開題報告答辯 5 機械系統(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 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） 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)計需要與主機的總體設(shè)計同時進行。設(shè)計時，必須從實際情況出發(fā)，有機地結(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)外金剛石繩鋸機的發(fā)展?fàn)顩r，提出了水下海底管道金剛石繩鋸切割機進行海底油氣管道切割的思路,設(shè)計出繩鋸機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機方案確定與分析設(shè)計。 2、 完成了水下海底管道金剛石繩鋸切割機液壓系統(tǒng)的設(shè)計。 3、 完成了繩鋸機的液壓系統(tǒng)動力源，計算了液壓執(zhí)行元件的主要參數(shù)，并對繩鋸機的夾緊裝置、張緊裝置、進給裝置進行了設(shè)計。 4、 設(shè)計出水下海底管道金剛石繩鋸切割機液壓系統(tǒng)原理圖，并對液壓動力源的主要技術(shù)參數(shù)進行了計算和檢驗，選擇了液壓泵、電機、控制閥等元件。 5、 完成了水下海底管道金剛石繩鋸切割機專用液壓系統(tǒng)設(shè)計。 關(guān)鍵詞：水下海底管道金剛石繩鋸切割機，金剛石繩鋸切割機，設(shè)計 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 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 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 金剛石繩鋸機的基本組成及工作原理 7 2.3 進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 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 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 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)濟技術(shù)分析 40 參考文獻(xiàn) 43 總 結(jié) 44 致 謝 45 聲 明 47 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)低于進口產(chǎn)品，僅僅占有價格優(yōu)勢。金剛石繩鋸機的廣泛應(yīng)用與強大的生命力,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,金剛石繩鋸機正向著切割控制計算機化、高效重型切割、海底切割等方面發(fā)展[5]。 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)計的金剛石繩鋸機進行水下結(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 圖1-1為英國TECNOSPAMEC公司TL2A 10型金剛石繩鋸機，它結(jié)構(gòu)簡單，全液壓驅(qū)動機構(gòu)、進給機構(gòu)、張緊機構(gòu)和夾緊機構(gòu)等組成?？芍苯釉谒逻M行海底管道的切割[9]。繩鋸機通過夾緊機構(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)。繩鋸機所有的動作都是受海面上的操作人員監(jiān)控。TL 2A 10型繩鋸機的性能指標(biāo)見表1．1。 表1．1 TL 2A 10型金剛石繩鋸機主要性能指標(biāo) 1進給操作手柄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。不但結(jié)構(gòu)緊湊，而且適用管道的管徑較大。繩鋸機也同樣包括驅(qū)動機構(gòu)、進給機構(gòu)、張緊機構(gòu)和夾緊機構(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)進給[8,9]。 當(dāng)金剛石繩鋸機在水下工作時,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)。這種金剛石繩鋸機的部件都由輕質(zhì)材料制成,并且操作方便。繩鋸機安裝就位后,切割工作從海面進行控制,機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。整個切割的進程是ROV、受儀器或潛水員攜帶的攝像機進行監(jiān)視[10]。 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的樣式。在Wachs Subsea 的網(wǎng)站中有很多不同型號的繩鋸機，它的海底產(chǎn)品水下切割技術(shù)簡化視圖如下所示： 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。再有此向下進行延伸分別為繩鋸機、往復(fù)式樣、磨粉機、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 圖1-6 張緊輪 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的詳細(xì)照片，圖1-5為可自我調(diào)節(jié)自動進給系統(tǒng)和液壓動力的繩鋸機得整體設(shè)計；圖1-6是切割的導(dǎo)向輪，它可以自動進給系統(tǒng)自動控制鋼絲繩的張力，進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)的自動進給系統(tǒng)控制線張力、自動匹配的機器。實物圖見圖1-10和1-11： 圖1-9 繩鋸機串管模型 圖1-10 陸地上要下水的繩鋸機 圖1-11 繩鋸機下水和對應(yīng)的不同的管徑型號 這種水下金剛石繩鋸機具有以下特點： ·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 ·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)保護的離合器 ·外徑(dn100-2100) 1.1.3　國外水下金剛石繩鋸機作業(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,大功率的水密電機將會使機體的體積和質(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)金剛石繩鋸機在進行海底油氣管道切割時,由于海底特殊的泥土環(huán)境,使機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,既可以起到機體固定的作用,又兼具有保持機體在進行工件切削作業(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,同時液壓張緊機構(gòu)與徑向進給機構(gòu)需要協(xié)調(diào)配合,保證合適的張緊力和進給速度。 (4)金剛石繩鋸機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、氣源或柴油機驅(qū)動的方式,設(shè)計結(jié)構(gòu)相對簡單,但繩鋸機作業(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)金剛石繩鋸機的操作主要由潛水員直接操作、輔助操作和ROV機械手操作等方式。潛水員直接操作的金剛石繩鋸機屬于手動操作的形式,其結(jié)構(gòu)簡單,體積小,徑向進給依靠操作者的經(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工作。潛水員輔助操作的金剛石繩鋸機,基本屬于自動作業(yè)的形式,首先潛水員使繩鋸機夾緊裝置的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)行夾緊動作將機體固定在油氣管道上,潛水員離開,繩鋸機按照預(yù)先設(shè)置好的張緊力和切削指標(biāo)進行作業(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,減輕他們的勞動強度。ROV機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,繩鋸機由機械手操作,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)計方案并進行論證。 2 金剛石繩鋸機的總體設(shè)計結(jié)構(gòu) 3 進行水下金剛石繩鋸機液壓控制系統(tǒng)的研究,對液壓傳動系統(tǒng)進行設(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,對其主要性能進行仿真分析。 4 研究金剛石繩鋸機的控制和監(jiān)測系統(tǒng),用于對水下金剛石繩鋸機工作狀態(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)是液壓機械的一個組成部分，液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計要同主機的總體設(shè)計同時進行。著手設(shè)計時，必須從實際情況出發(fā)，有機地結(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)。 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30~40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。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械傳動裝置無法辦到的。液壓件能自行潤滑，使用壽命較長。 6） 由于液壓元件已實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)計、 制造和使用都比較方便。液壓元件的排列布置也具有較大的機動性。 7） 用液壓傳動來實現(xiàn)直線運動遠(yuǎn)比用機械傳動簡單。 液壓傳動的缺點是： 1） 液壓傳動不能保證嚴(yán)格的傳動化，這是由液壓油液的可壓縮性和泄 漏等原因造成的。 2） 液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄漏損失 等），長鋸離傳動時更是如此。 3） 液壓傳動對油溫變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性很易受到溫度的影 響，因此它不宜在很高或很低的溫度條件下工作。 4） 為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高，因此它的造價 較貴，而且對油液的污染比較敏感。 5） 液壓傳動要求有單獨的能源。 6） 液壓傳動出現(xiàn)故障時不易找出原因。 總的說來，液壓傳動的優(yōu)點是突出的，它的一些缺點有的現(xiàn)已大為改善，有的將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而進一步得到克服。 1.3 液壓傳動特點 液壓傳動有機械傳動和電力拖動系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點技術(shù)無法比擬的優(yōu)點。液壓元件的布置不受嚴(yán)格的空間位置限制，系統(tǒng)中個部分用管道連接，布局安裝有很大的靈活性，能構(gòu)成用其他方法難以組成的復(fù)雜系統(tǒng)。液壓傳動系統(tǒng)可以在運行過程中實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速。另外液壓傳動傳遞運動均勻平穩(wěn)，易于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。除此以外，液壓傳動系統(tǒng)操作控制方便、省力，易于實現(xiàn)自動控制、中遠(yuǎn)程鋸離控制、過載保護。與電氣控制、電子控制相結(jié)合，易于實現(xiàn)自動工作循環(huán)和自動過載保護。 而且液壓元件屬機械工業(yè)基礎(chǔ)件，標(biāo)準(zhǔn)化和通用化程度較高，有利于縮短機器的設(shè)計、制造周期和降低制造成本。 本世紀(jì)的60年代后，原子能技術(shù)、空間技術(shù)、計算機技術(shù)（微電子技術(shù)）等的發(fā)展再次將液壓技術(shù)推向前進，使它發(fā)展成為包括傳動、控制、檢測在內(nèi)的一門完整的自動化技術(shù)，使它在國民經(jīng)濟的各方面都得到了應(yīng)用。液壓傳動在某些領(lǐng)域內(nèi)甚至已占有壓倒性的優(yōu)勢，例如，國外今日生產(chǎn)的95%的工程機械、90%的數(shù)控加工中心、95%以上的自動線都采用了液壓傳動。因此采用液壓傳動的程度現(xiàn)在已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。 當(dāng)前，液壓技術(shù)在實現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化等各項要求方面都取得了重大的進展，在完善比例控制、數(shù)字控制等技術(shù)上也有許多新成就。此外，在液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計、計算機仿真和優(yōu)化以及微機控制等開發(fā)性工作方面，更日益顯示出顯著的成績。 我國的液壓工業(yè)開始于本世紀(jì)50年代，其產(chǎn)品最初只用于機床和鍛壓設(shè)備，后來才用到拖拉機和工程機械上。自1964年從國外引進一些液壓元件生產(chǎn)技術(shù)、同時進行自行設(shè)計液壓產(chǎn)品以來，我國的液壓件生產(chǎn)已從低壓到高壓形成系列，并在各種機械設(shè)備上得到了廣泛的使用。80年代起更加速了對西方先進液壓產(chǎn)品和技術(shù)的有計劃引進、消化、吸收和國產(chǎn)化工作，以確保我國的液壓技術(shù)能在產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟效益、人才培訓(xùn)、研究開發(fā)等各個方面全方位地趕上世界水平。 液壓傳動突出的優(yōu)點還有單位質(zhì)量輸出功率大，以空氣為工作介質(zhì)，處理方便，無介質(zhì)費用、泄露污染環(huán)境、介質(zhì)變質(zhì)及補充等問題。 由于液壓傳動是封閉的，多數(shù)情況下其元件均可由傳動液壓自行潤滑，因此磨損很小。液壓元件體積小、重量輕、標(biāo)準(zhǔn)化程度高，便于集中大批量生產(chǎn)，加上近年發(fā)展起來的疊裝、插裝技術(shù)，裝配也很容易，因此造價低，比起其他機械傳動，液壓傳動常為一種最為經(jīng)濟的選擇。 驅(qū)動的液壓系統(tǒng)，它由油箱、濾油器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管組成。它的工作原理：液壓泵由電動機帶動旋轉(zhuǎn)后，從油箱中吸油。油液經(jīng)濾油器進入液壓泵，當(dāng)它從泵中輸出進入壓力管后，將換向閥手柄、開停手柄方向往內(nèi)的狀態(tài)下，通過開停閥、節(jié)流閥、換向閥進入液壓缸左腔，推動活塞和工作臺向右移動。這時，液壓缸右腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。 如果將換向閥手柄方向轉(zhuǎn)換成往外的狀態(tài)下，則壓力管中的油將經(jīng)過開停閥、節(jié)流閥和換向閥進入液壓缸右腔，推動活塞和工作臺向左移動，并使液壓缸左腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油管。 工作臺的移動速度是由節(jié)流閥來調(diào)節(jié)的。當(dāng)節(jié)流閥開大時，進入液壓缸的油液增多，工作臺的移動速度增大；當(dāng)節(jié)流閥關(guān)小時，工作臺的移動速度減小。 為了克服移動工作臺時所受到的各種阻力，液壓缸必須產(chǎn)生一個足夠大的推力，這個推力是由液壓缸中的油液壓力產(chǎn)生的。要克服的阻力越大，缸中的油液壓力越高；反之壓力就越低。輸入液壓缸的油液是通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)的，液壓泵輸出的多余的油液須經(jīng)溢流閥和回油管排回油箱，這只有在壓力支管中的油液壓力對溢流閥鋼球的作用力等于或略大于溢流閥中彈簧的預(yù)緊力時，油液才能頂開溢流閥中的鋼球流回油箱。所以，在系統(tǒng)中液壓泵出口處的油液壓力是由溢流閥決定的，它和缸中的油液壓力不一樣大。 液壓傳動是由17世紀(jì)帕斯卡提出的靜壓傳遞原理、18世紀(jì)末英國制造出世界上第一臺水壓機開始發(fā)展起來的，但液壓傳動在工業(yè)上被廣泛采用和有較大幅度的發(fā)展卻是本世紀(jì)中期以后的事情，特別是被20世紀(jì)第二次世界大戰(zhàn)期間戰(zhàn)爭的激勵，取得了很大進展，整體上經(jīng)歷了開關(guān)控制，伺服控制，比例控制3個階段。比例控制技術(shù)是20世紀(jì)60年代末人們開發(fā)的一種可靠，廉價，控制精度和響應(yīng)特性，均能滿足工業(yè)控制系統(tǒng)實際需要的控制系統(tǒng)。當(dāng)時，點液伺服技術(shù)已日益完善，但電液伺服閥成本高，應(yīng)用和維護條件苛刻，難以被工業(yè)界接受。希望有一種廉價，控制精度能滿足需要的控制技術(shù)去替代，這種需求背景導(dǎo)致了比例技術(shù)的誕生和發(fā)展。隨著液壓機械自動化程度的不斷提高，液壓元件應(yīng)用數(shù)量急劇增加，元件小型化、系統(tǒng)集成化是必然的發(fā)展趨勢。 液壓控制閥在液壓系統(tǒng)中被用來控制液流的壓力、流量和方向，保證執(zhí)行元件按照負(fù)載的需求進行工作。電液比例閥是比例控制系統(tǒng)中的主要功率放大元件，它可以根據(jù)輸入的電信號大小連續(xù)地成比例地對液壓系統(tǒng)的參量實現(xiàn)遠(yuǎn)鋸離控制、計算機控制，與伺服控制系統(tǒng)中的伺服閥相比，在某些方面還有一定的性能差鋸，但它顯著的優(yōu)點是抗污染能力強，大大地減少可由污染而造成的工作故障，提高了液壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性；另一方面比例閥的成本比伺服閥低，結(jié)構(gòu)也簡單，已或得了廣泛的運用。 比例閥按主要功能分類，分為壓力控制閥，流量控制閥和方向控制閥三大類，每一類又可以分為直接控制和先導(dǎo)控制兩種結(jié)構(gòu)形式，直接控制用的小流量小功率系統(tǒng)中，先導(dǎo)控制 用的大流量大功率系統(tǒng)中。 這些年來國內(nèi)在液壓件清洗設(shè)備的研制和生產(chǎn)方面發(fā)展很快，但使用經(jīng)驗表明，還存在一些需要進一步改進和完善的問題。首先是通用清洗設(shè)備的適用性問題。對于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜和具有內(nèi)部油路的零部件，采用通用清洗設(shè)備往往效果不理想，內(nèi)部殘留的污染物很難沖洗出來，因而應(yīng)考慮選用或設(shè)計專用的清洗設(shè)備。其次是關(guān)于清洗液的潔凈性問題。零件清洗過程中清洗液應(yīng)保持一定的清洗度，這對于零件裝配前的精密清洗尤為重要。目前國內(nèi)清洗設(shè)備較普遍地存在過濾裝置不夠完善的問題，過濾精度低，納垢容量小，不能有效的濾除從零件沖洗出來的顆粒污染物。有的清洗設(shè)備甚至沒有過濾設(shè)備，而是定期對清洗設(shè)備的清洗液進行過濾凈化。這樣，在清洗的初期清潔度可能符合要求，但清洗到后期，由于污染物積累清洗液污染越來越嚴(yán)重，不僅達(dá)不到清洗的目的，反而污染了零件。因此，清洗設(shè)備必須裝社具有足夠高的過濾精度和納垢容量的過濾器。采用可清洗濾芯和增加外過濾系統(tǒng)，可提高過濾凈化能力并節(jié)約費用。 設(shè)計的主要內(nèi)容包括：液壓總裝圖，非標(biāo)準(zhǔn)零件的設(shè)計，液壓缸的設(shè)計，電機及泵、閥、管件的選擇使用等等。為了使設(shè)計更趨于合理化、標(biāo)注化、絕大多數(shù)零件都按照國家標(biāo)注進行。 第2章 水下海底管道金剛石繩鋸切割總體方案設(shè)計 2.1 課題簡介及任務(wù)要求 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。 任務(wù)與要求 6) 查閱相關(guān)國內(nèi)外文獻(xiàn)資料 7) 總體方案設(shè)計 8) 液壓系統(tǒng)計算及元件選型 9) 液壓系統(tǒng)計算機仿真 10) 控制系統(tǒng)設(shè)計 原始數(shù)據(jù) 4) 管道直徑30寸 5) 最大切割速度30mm/min 6) 液壓系統(tǒng)最高工作壓力21.5MPa 2.2 金剛石繩鋸機的基本組成及工作原理 金剛石繩鋸機進行切割作業(yè)時,它的切削“刀具”———金剛石串珠繩通常為閉合環(huán)狀的形式,靠安裝在軌道上的或者沿固定軸轉(zhuǎn)動的設(shè)備以理想的速度驅(qū)動,水下金剛石繩鋸機主要由主運動系統(tǒng)、進給系統(tǒng)、金剛石串珠繩、張緊裝置、導(dǎo)向機構(gòu)和控制系統(tǒng)等部件組成[9，12]。 切割海底油氣管道或海上石油平臺導(dǎo)管架用金剛石繩鋸機工作原理簡圖如圖1-12所示:工作時,先用夾緊裝置將金剛石繩鋸機固定在輸油管道待切割位置,使油氣管道或?qū)Ч芗艹蔀槔K鋸機的“基座”;4個導(dǎo)向輪中有一個或兩個兼做主動輪,由其中一套驅(qū)動裝置帶動主動輪高速旋轉(zhuǎn),使張緊的金剛石串珠繩做循環(huán)運動,實現(xiàn)其沿管道的切向進給運動;同時另一套驅(qū)動裝置推動切割裝置作直線運動,實現(xiàn)串珠繩相對管道的徑向進給運動;張緊裝置可以保證金剛石串珠繩在工作過程中始終處于張緊狀態(tài),保證切割所需的張緊力;如果繩鋸機是在干式環(huán)境中工作,在串珠繩進行切削的工作區(qū)附近必須設(shè)有冷卻系統(tǒng),以保證串珠繩良好的切削環(huán)境和切削狀態(tài)[13，14]。 圖1-12繩鋸機方案示意簡圖 1切割框；2導(dǎo)向滑輪； 3夾緊框；4繩鋸； 水下金剛石串珠繩鋸主要由主運動系統(tǒng)(驅(qū)動裝置)、進給系統(tǒng)(進給裝置)、張緊裝置、夾緊裝置、導(dǎo)向裝置、鋸弓板框架、切割框架、控制系統(tǒng)、液壓動力源系統(tǒng)等組成。如圖1所示。 2.3 進給傳動絲桿螺母副的計算和造型 (1) 計算進給牽引力 縱向進給選為兩根導(dǎo)桿滑動導(dǎo)軌。參考表6.2—2，6.2—3兩表〈〈機床設(shè)計手冊.3〉〉 查書《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22 在正常情況下： —考慮顛復(fù)力矩影響的實驗系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取K=1.15 —滑動導(dǎo)軌磨擦系數(shù)0.15～0.18 —移動部件重量，取=1200N =1.152648.66+0.16(4237.85+800)=2175.94(N) (2) 計算最大動負(fù)載C C= 參考《機床設(shè)計手冊.3》P185～P210 選用滾珠絲桿導(dǎo)軌 式中：—滾珠絲桿導(dǎo)程。 初選 —為最大條件下的進給速度，可取最高進給速度的1/2～1/3 ?。?m/min —使用壽命（h），對于數(shù)控取 =15000h —運轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運轉(zhuǎn)取1.2～1.5（查表3—14《綜合作業(yè)指導(dǎo)》取為1.2 —壽命以 轉(zhuǎn)為1單位 —絲桿轉(zhuǎn)速r/min 113 C==19512.57 (3) 滾珠絲桿螺母副的選型 可采用WD6008外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母珠絲桿副，1列2.5圈，其額定功動負(fù)載為18200（N），精度等級按表《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表3-17選為3級。 (4) 傳功效率計算： = 式中：r—螺旋升角，WD6008 r= —磨擦角取10’ 滾動磨擦系數(shù)0.003～0.004 (5) 剛度驗算 先畫出此進給滾珠絲杠支承方式草圖如A圖所示，最大牽引力2175.94(N)。支承L=1500mm，絲桿螺母及軸承均進行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷1/3。 ① 絲杠的拉伸或壓縮變形量 查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》圖3-4，根據(jù) =2175.94(N), 查出10-5 可算出 ==(0.65×10-5×1500)mm=0.975×10-2 mm 由于兩端均采用向心推力球軸承，且絲桿進行了預(yù)拉伸，故其拉壓剛度可以提高4倍。其實際變形量(mm)為 =1/4=0.975×10-2/2=0.244×10-2mm ② 滾珠與螺紋滾道間接觸變形 查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》圖3-5，W系列1列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量 =6.0μm 因進行預(yù)緊 =1/2=1/2×6.0=3.0μm ③ 支承滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形 采用D8208型推力球軸承，=35mm,滾動體直徑=6.35mm,滾動體數(shù)量Z=18, 注意此公式中單位應(yīng)為N 因施加預(yù)緊力，故 =1/2×=1/2×0.009065=0.004528mm 根據(jù)以上計算 =＋＋=0.00244＋0.0030＋0.004528=0.009968<定位精度 因為查表達(dá)1-1《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》定位精度為±0.01 (6) 穩(wěn)定性校核 滾珠絲桿兩端采用推力球軸承，不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。 (7) 縱向滾珠絲桿副幾何參數(shù) 表3：WD6008滾珠絲桿副幾何參數(shù) 參數(shù)名稱 符號 關(guān)系式 WD6006 螺 紋 滾 道 公稱直徑 60 導(dǎo) 程 6 接觸角 2.183 鋼球直徑 3.969 滾道法面半徑 2.064 偏心鋸 0.0030 螺紋升角 = 螺 桿 外 徑 =-(0.2～0.25) 59.2 內(nèi) 徑 =＋2－2 55.878 接觸直徑 =－Cos 56.034 螺 母 螺紋直徑 =－2＋2 64.122 內(nèi) 徑 =＋(0.2～0.25) 60.7938 2.3.1液壓系統(tǒng)設(shè)計要求及流程 液壓的設(shè)計一般泛指液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計。由于液壓傳動系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)和工作原理而言，并無本質(zhì)上的區(qū)別。通常所說的液壓系統(tǒng)設(shè)計，皆指液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計。液壓系統(tǒng)的設(shè)計與主機的設(shè)計是緊密聯(lián)系的，當(dāng)從必要性、可行性和經(jīng)濟性幾方面對機械、電氣、液壓和氣動等傳動形式進行全面比較和論證，決定應(yīng)用液壓傳動之后，二者往往同時進行。所設(shè)計的液壓系統(tǒng)首先應(yīng)滿足主機的拖動、循環(huán)要求，其次還應(yīng)符合結(jié)構(gòu)組成簡單、體積小重量輕、工作安全可靠、 總體看來，液壓系統(tǒng)設(shè)計的流程是： a.明確系統(tǒng)的設(shè)計 b.分析系統(tǒng)工況 c.確定主要參數(shù) d.擬定液壓系統(tǒng)原理圖 e.選擇液壓元件 f.驗算液壓系統(tǒng)性能 g.繪制工作圖編織技術(shù)文件。 課題的基本要求： 查閱20篇以上參考文獻(xiàn)，設(shè)計一液壓綜合實驗臺，完成總裝圖和零部件圖，并按規(guī)定格式撰寫文獻(xiàn)綜述、開題報告、畢業(yè)設(shè)計說明書。要求：方案可行，機構(gòu)合理，經(jīng)濟實用，并滿足給定的設(shè)計技術(shù)條件，實驗臺能滿跑液壓基本實驗－液阻特性實驗、液壓泵性能實驗、節(jié)流調(diào)帶回路性能實驗、溢流閥靜/動態(tài)性能實驗、減壓閥靜/動態(tài)性能實驗等。 2.3.2 工作原理 水下海底管道金剛石繩鋸切割機的液壓系統(tǒng)的油源為定量液壓泵（葉片泵），其最高工作壓力由溢流閥設(shè)定，二位二通電磁換向閥用于控制液壓泵的卸荷和供油。系統(tǒng)的執(zhí)行器為豎直液壓缸和液壓缸，其中豎直液壓缸和液壓缸的運動方向均采用電磁換向閥作為導(dǎo)閥的液控順序閥控制。豎直液壓缸進回油路中并聯(lián)的順序閥和單向閥用于該缸差動反饋連接，液控順序閥在缸差動時關(guān)閉回油路，在非差動時，提供回油路。液壓缸的回油路上串聯(lián)的溢流閥起背壓作用。系統(tǒng)中壓力繼電器作為電磁鐵通斷電的發(fā)信裝置，控制電磁換向閥的換向動作。壓力表及其開關(guān)分別用于調(diào)整系統(tǒng)最高壓力和壓力繼電器的動作壓力時的顯示和觀測。 圖2.2 水下海底管道金剛石繩鋸切割機的液壓系統(tǒng)原理圖 第3章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 水下海底管道金剛石繩鋸切割機的制作過程包括：液壓缸的結(jié)構(gòu)、裝置、機架。并根據(jù)系統(tǒng)壓力、流量選擇了液壓閥、電機、泵。本文的設(shè)計能夠滿足水下海底管道金剛石繩鋸切割機要求。 3.1 液壓執(zhí)行元件的配置 由于水下海底管道金剛石繩鋸切割機要求布置，行程較小，故選用缸筒固定的單桿活塞桿（取缸的機械效率）。 3.2 夾緊裝置液壓缸的主要結(jié)參數(shù) 因為課題要求液壓系統(tǒng)最高工作壓力21.5Mpa，考慮到液壓損失等因數(shù)，結(jié)合常見機床的壓力選擇要求，初步選擇該切割機液壓系統(tǒng)的壓力為16Mpa. 根據(jù)表2.3以及液壓缸內(nèi)徑尺寸系列與活塞桿直徑系列推薦的優(yōu)選尺寸，選擇缸的尺寸。 表2.3液壓缸內(nèi)徑D與活塞桿直徑d之間的關(guān)系 按機床類型選取d/D 按液壓缸工作壓力選取d/D 機床類別 d/D 工作壓力p/（MPa） d/D 磨床及研磨機床 0.2~0.3 <2 0.2~0.3 插床、拉床、刨床 0.5 >2~5 0.5~0.58 鉆、鏜、車、銑、床 0.7 >5~7 0.62~0.70 其他 — <7 0.7 現(xiàn)采用活塞桿固定的單桿式液壓缸?？爝M時采用差動聯(lián)接，并取無桿腔有效面積等于有桿腔有效面積的兩倍，即。為了防止在在回油路中裝有背壓閥，初選背壓。 初選最大負(fù)載F=22000N，按此計算則 (3.4) 液壓缸直徑 由可知活塞桿直徑 按GB/T2348-1993將所計算的D與d值分別圓整到最相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得 按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出 3.3活塞桿強度計算 活塞桿在穩(wěn)定工作下，如果僅受軸向拉力或壓力載荷時，便可以近似的采用直桿承受拉、壓載荷的簡單強度計算公式進行計算， 活塞桿應(yīng)力 (3.5) 或 (3.6) 式中P—活塞桿所受的軸向載荷 d—活塞桿直徑 —活塞桿制造材料的許用應(yīng)力 根據(jù)以上公式可知 豎直液壓缸 液壓缸 可見，活塞桿