水下金刚石绳锯机关键技术研究与样机研制

论文摘要

水下金刚石绳锯机是一种适应海底工作环境,一次操作中能够切割金属、非金属和复合材料的装置。与其他水下切割设备相比,具有成本低、效率高、可靠性好等优点,在实际工程中已经得到了广泛应用。本课题研究工作是结合国家“863”项目——“水下干式管道维修系统”中的子课题“HG-24J金刚石绳锯机产品设计”（项目编号:2002AA602012-1）展开的。该项目为计划重大专项“渤海大油田勘探开发关键技术”所属专题“海底管道修复技术”中的一项课题。本课题主要任务是针对一种可以工作在水下60米以浅的海域,并能够对直径6″—24″范围海底油气管道进行切割的水下金刚石绳锯机进行关键技术的研究并研制出工程样机。本文介绍了目前国内外绳锯机的发展现状。对绳锯机的总体方案进行了研究,进行了绳锯机进给机构、切削机构、夹紧机构、张紧机构、浮筒等部件的设计,利用有限元软件对关键零部件进行了强度校核与结构优化,确定了绳锯机水中重心和浮心位置。研究了绳锯机的液压传动控制系统,将电液比例技术引入了液压控制系统,建立了电液比例阀控马达速度控制系统的数学模型,将PID控制器引入到电液比例控制中,对其进行了动态特性分析。针对绳锯机的海底工作要求设计了张紧力传感器、防水编码器,确定了流量变送器。进行了绳锯机的监测控制系统设计,能够实现水下传感器数据的采集,设计了LCD人机交换界面,能够准确、可靠地显示绳锯机的工作状态及运行参数,采用自动或手动方式对绳锯机作业进行远程控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源、目的和意义
• 1.2 金刚石绳锯机的国内外发展现状
• 1.2.1 国外金刚石绳锯机的发展现状
• 1.2.2 国内绳锯机的发展现状
• 1.3 论文研究的主要内容
• 第2章 水下金刚石绳锯机总体方案研究
• 2.1 水下金刚石绳锯机总体方案设计
• 2.1.1 水下金刚石绳锯机设计要求
• 2.1.2 水下金钢石绳锯机总体方案
• 2.2 水下金刚石绳锯机的总体
• 2.2.1 水下金刚石绳锯机的总体构成
• 2.2.2 水下金刚石绳锯机的设计技术参数
• 2.2.3 水下金刚石绳锯机的主机构成
• 2.2.4 水下金刚石绳锯机液压传动系统初步设计
• 2.2.5 水下金刚石绳锯机检测控制系统功能的确定
• 2.2.6 水下金刚石绳锯机的工作原理
• 2.3 本章小结
• 第3章 水下金刚石绳锯机机械本体结构研究
• 3.1 水下金刚石绳锯机的进给机构
• 3.1.1 水下金刚石绳锯机进给机构的组成
• 3.1.2 切削进给速度的确定
• 3.1.3 回退速度的确定
• 3.1.4 固定支架的有限元强度分析与优化
• 3.2 水下金刚石绳锯机的切削机构
• 3.2.1 切削机构的组成与切削旋转速度的确定
• 3.2.2 驱动轮的设计
• 3.3 水下金刚石绳锯机的夹持机构与固定支座
• 3.3.1 夹持机构的方案分析
• 3.3.2 夹持机构的机械结构设计
• 3.3.3 夹持机构的有限元强度分析
• 3.4 水下金刚石绳锯机的张紧机构
• 3.5 浮筒与绳锯机水中重心、浮心
• 3.5.1 浮筒壁厚有限元设计
• 3.5.2 绳锯机的重心位置
• 3.5.3 绳锯机水中的浮心位置
• 3.6 本章小结
• 第4章 水下金刚石绳锯机液压控制系统研究
• 4.1 绳锯机的液压控制系统
• 4.1.1 绳锯机的液压传动系统设计
• 4.1.2 船上液压动力源设计
• 4.1.3 水下液压传动阀箱设计
• 4.1.4 液压电气控制系统设计
• 4.2 进给运动速度控制的电液比例系统
• 4.2.1 电液比例控制系统的组成及原理
• 4.2.2 电液比例控制系统数学模型与PID校正
• 4.3 本章小结
• 第5章 水下金刚石绳锯机监测控制系统研究
• 5.1 金刚石绳锯机的检测参量
• 5.2 金刚石绳锯机传感器的设计
• 5.2.1 张紧力传感器
• 5.2.2 防水编码器
• 5.2.3 流量传感器
• 5.3 金刚石绳锯机监测控制系统
• 5.3.1 监测控制总体设计方案
• 5.3.2 下位机的设计
• 5.3.3 上位机的设计
• 5.3.4 上下位机串行通讯
• 5.3.5 PLC的设计
• 5.4 本章小结
• 第6章 水下金刚石绳锯机样机与实验
• 6.1 水下金刚石绳锯机样机
• 6.1.1 绳锯机样机的机械本体
• 6.1.2 绳锯机液压动力源
• 6.2 水下金刚石绳锯机样机实验
• 6.2.1 绳锯机样机的实验过程
• 6.2.2 绳锯机样机的切割实验
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢