水下金刚石绳锯机机械本体设计及切削性能研究

水下金刚石绳锯机机械本体设计及切削性能研究水下金刚石绳锯机是一种用于海底管道切割的水下作业机具,其主要功能是对破损的油气管道、海上石油平台导管架完成相应的切割。本课题来源于高等学校博士学科点专项科研基金,目的在于设计并研制出国内具有自主知识产权的海底作业设备,并对其切削性能进行实验研究和相关验证。

论文基于国外金刚石绳锯机设计的成功经验,通过对金刚石绳锯机相应的本体结构设计、计算仿真及实验,为水下金刚石绳锯机的研制提供重要的理论依据。本文在了解国内外金刚石绳锯机的发展状况和研究动态的基础上,明确金刚石绳锯机的基本工作原理,结合设计要求进行水下金刚石绳锯机的本体方案研究,并完成结构设计,同时对其关键零部件受力情况进行强度校核。

对绳锯机本体在作业过程的动力学特性进行深入研究。首先针对绳锯工作时特殊受力状态,对绳锯机夹紧装置进行力学分析,并对其夹紧过程进行模拟仿真,确定绳锯机夹紧力的大小;其次,分析驱动轮与串珠绳之间的相互作用,得到绳锯机稳定工作时其驱动轮力矩传递计算方法;最后针对绳锯机柔性切割的特点,研究其作业过程中串珠绳的振动及切割管道冲击特性。

通过深入分析串珠绳切割管道的磨削机理及其单颗磨粒磨削过程,探明单颗磨粒磨削深度对其磨削力的影响特性。对串珠绳磨削作业的磨损过程进行研究,重点分析串珠绳切割钢管时存在的磨损形式,借助扫描电子显微镜对磨削后单颗磨粒微观磨损特性研究。

通过对金刚石绳锯机切削管道实验研究,验证绳锯机设计原理的合理性。实验过程中采用单一因素法和均匀实验法分析其切削参数对切削效率的影响,得到了串珠绳张紧力和压力的对应曲线;并用单一因素法分析各个切削参数对切削效

率的影响,建立切削参数和切削效率的数学模型并确定了最优的切削参数组合。