水下金刚石绳锯机液压控制及监测系统研究

摘要

水下金刚石绳锯机的优点是可以适应海底的工作环境，一次操作中能够切割任何金属、非金属和复合材料。与其他水下切割设备相比较，绳锯机的成本低、效率高、可靠性能好等优点决定了它在实际工程中的广泛应用。 本课题的研究工作是根据国家“863”计划“资源与环境技术”领域“渤海大油田勘探开发关键技术”重大专项“海底管道修复技术”专题“水下干式管道维修系统”课题中的子课题“水下专用机具设备”开展的。设计出可以对水深60米以浅的、直径为48”-60”石油平台导管架的快速切割的水下金刚石绳锯机。 本文介绍了目前国内外常用的水下管道切割技术和绳锯机的发展现状。确定了绳锯机的总体结构，对绳锯机的夹紧装置、径向进给装置、切向进给装置和张紧装置进行部件选择与结构设计。 设计出绳锯机的液压传动控制系统，并对动力源的主要技术参数进行了计算和校核。将电液比例技术引入了液压控制系统，选择了电液比例方向阀，建立了电液比例阀控马达速度控制系统的数学模型，并对其进行了动态特性分析。 针对绳锯机的海底工作要求选择了所需传感器，并设计了水下绳锯机的地面监测系统，该系统通过程序来采集传感器信号，使用液晶屏作为交互界面，使整个系统能够准确、可靠地显示绳锯机的工作状态及运行参数。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题的来源、目的和意义

1.2常用水下管道切割技术的国内外发展现状

1.3金刚石绳锯机的发展现状

1.3.1国外金刚石绳锯机的发展现状

1.3.2国内绳锯机的发展现状

1.4论文研究的主要内容

第2章水下金刚石绳锯总体方案与本体设计

2.1国外金刚石绳锯机水下作业方案

2.1.1用于切割海管的国外金刚石绳锯机

2.1.2用于切割海管的国外金刚石绳锯机方案分析

2.2水下金刚石绳锯机设计要求

2.3水下金刚石绳锯机的总体构成和工作原理

2.3.1水下金刚石绳锯机的总体构成

2.3.2水下金刚石绳锯机工作过程

2.4水下金刚石绳锯机中的主要零部件结构设计

2.4.1绳锯机夹紧装置设计

2.4.2绳锯机张紧装置设计

2.5水下金刚石绳锯机中的主要动力元件的计算与选择

2.5.1夹紧装置液压缸计算与设计

2.5.2主动轮驱动液压马达的计算与选择

2.5.3进给装置的动力元件的选择与计算

2.6本章小结

第3章水下金刚石绳锯机液压传动系统设计

3.1绳锯机液压控制系统

3.2水下绳锯机液压动力源的设计

3.2.1液压泵的最大工作压力估算

3.2.2液压泵的最大流量估算

3.2.3液压泵的规格选择

3.2.4驱动电机的选择

3.2.5液压油管的选择

3.2.6液压系统阀类元件的选择

3.3液压系统设计性能验算

3.3.1沿程压力损失计算

3.3.2局部压力损失计算

3.3.3回路总压力损失计算和校核

3.4本章小结

第4章电液比例控制系统研究

4.1电液比例控制系统基本概述

4.1.1电液比例控制系统的组成

4.1.2电液比例控制系统的特点

4.2电液比例控制在绳锯机进给系统上的应用

4.2.1绳锯机切割进给控制系统的计算与选择

4.3绳锯机切割进给控制系统的数学模型的建立

4.3.1控制器环节

4.3.2比例放大器环节

4.3.3电液比例方向阀的模型建立

4.3.4阀控液压马达传递函数

4.3.5方程的简化与推导

4.3.6系统的动态特性分析

4.3.7速度传感器的传递函数

4.4系统传递函数确定

4.4.1各参数值的确定

4.4.2传递函数的确定

4.5系统频率响应特性分析

4.6系统的仿真

4.7本章小结

第5章水下金刚石绳锯机监测系统研究

5.1水下金刚石绳锯机的检测参量

5.2水下金刚石绳锯机的检测传感器

5.2.1张紧力传感器的设计

5.2.2串珠绳位置传感器

5.2.3串珠绳进给速度传感器

5.2.4压力、流量变送器

5.3水下金刚石绳锯机的监测系统设计

5.3.1监测系统的硬件总体结构

5.3.2应用程序的开发

5.4本章小结

结论

参考文献

致谢