一种模块化水下立式金刚石绳锯机

摘要

本发明提供一种模块化水下立式金刚石绳锯机，适用于完成水下大直径结构物的切割工作，能在水下对切削模块进行更换并保持切口位置不变。该机具主要由整体框架1、进给装置2、夹紧固定装置3、切削装置4和串珠绳张紧装置5等组成，使用时呈立式状态抱紧在待切割结构物6上。夹紧装置使绳锯机相对固定在结构物上，切削装置和进给装置共同作用实现切割作业。这种水下金刚石绳锯机工作状态平稳可靠、占用空间小，可以在水下利用ROV更换串珠绳，操作简便、易于实现，全部工作过程通过液压控制实现。

说明书

技术领域

本发明涉及一种模块化水下立式金刚石绳锯机，属于洋工程技术领域。

背景技术

随着世界人口数量的增长，陆上油气资源的匮乏，海洋方面的各类资源受到广泛关注。在我国，海洋资源已经成为我国资源的重要来源。伴随着油气资源的开发，各种海上设备应运而生。海洋石油开采已经有一段历史了，一些海域的油气资源逐渐枯竭，其海域上的油气开采平台也逐渐废弃。仍在开采中的平台也因年久失修诱发了管道锈蚀、泄漏等安全问题。因此，我国如今面临的问题是怎样维修或拆除海洋设备。

金刚石绳锯机做为水下切割工具，具有适应性强、整机体积小、切割范围广等优点。在水下复杂多变的环境中，金刚石绳锯机有着常规的切割方法不可比拟的优势。

中国专利申请(公开号CN106141304A)公开了一种深水金刚石绳锯机，该绳锯机采用进给速度调节机构，这种绳锯机在作业过程中能够随着串珠的张紧力变化而调节进给速度。但由于绳锯机采用丝杠和减速器实现进给，导致进给总量越大，绳锯机横向尺寸越大。

中国专利申请(公开号CN101612683A)公开了一种水下卧式金刚石绳锯机，该绳锯机使用时呈卧式状态抱紧在待切割结构物上，这种水下金刚石绳锯机夹紧力大、操作简便。但该绳锯机的进给机构和切削机构所在位置与结构物垂直，使绳锯机整体体积偏大，限制了水下作业的灵活性和应用范围。此外，在切割过程中若出现一根串珠绳没有完成切割任务的情况，无法及时更换串珠绳。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种模块化水下立式金刚石绳锯机，用于海底复杂环境大直径结构物的切割作业，且能在水下对切削模块进行更换并保持切口位置不变。

本发明的目的是这样实现的：包括整体框架、进给装置、夹紧固定装置、切削装置，所述整体框架包括支撑背板、垂直设置在支撑背板上的底板架、对称设置在底板架上的两根导轨，每个滑轨的端部还设置有行程开关；所述进给装置包括设置在支撑背板两侧的滑柱、设置在两根滑柱之间并可沿滑柱运动的滑轨架、通过连接转件与滑轨架两端连接的进给装置机架，进给装置机架包括进给后板和进给前板组成的双层壳体、设置在双层壳体下端两侧的两个侧架，每个侧架的端部固连有导轨滑块，两个导轨滑块分别设置在两根导轨中，每个侧架上还设置有进给液压缸，进给液压缸的输出端铰接有一推杆，推杆的端部与地板架铰接；所述夹紧固定装置包括设置在底板架下端的固定肋板、垂直设置在固定肋板下端夹紧框架、对称铰接在夹紧框架端部的两个夹紧爪瓣，所述夹紧框架包括上下布置的两块V型缺口板、用于连接两块V型缺口板外侧面的连接板，在两块V型缺口板之间对称设置有两个夹紧液压缸，每个夹紧液压缸的输出与对应的夹紧爪瓣连接；所述切削装置包括设置在进给装置机架前端面上的拆装面板、设置在进给装置机架的进给后板上的液压马达、设置在拆装面板上部的主动轮和从动轮一、设置在拆装面板下部发从动轮二和从动轮三、分别设置在两个导轨滑块上的两个导向轮底板、设置在每个导向轮底板上的导向轮组，液压马达的输出端与主动轮连接，金刚石串珠绳按依次从主动轮上侧绕进、穿过从动轮一再到从动轮二、从导向轮组并列两排之间穿过、绕到从动轮三后绕回主动轮的顺序绕线。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.还包括张紧装置，在拆装面板上段设置有一条形槽口，所述张紧装置包括设置在进给前板和进给后板之间的齿条框架、设置在进给前板和进给后板之间的相互啮合的齿轮一和齿轮二、设置在齿轮一的齿轮轴端部的转动把手、设置在齿条框架侧面上的沟槽、通过滑块挂钩设置在沟槽内组装滑块、设置条形槽口内的连接块、与连接块固连的张紧轮、设置在连接块与拆装面板上设置的条形槽口的侧壁面之间的弹簧，齿轮一和齿轮二还分别和齿条框架设置的齿条啮合，且张紧轮位于拆装面板上段，而金刚石串珠绳按依次从主动轮上侧绕进、穿过从动轮一后绕过张紧轮再到从动轮二、从导向轮组并列两排之间穿过、绕到从动轮三后绕回主动轮的顺序绕线，当张紧轮上的传感器感应到张紧力变小，启动ROV拨转转动把手，带动齿轮一旋转，使齿条框架横向移动，带动组装滑块推压连接块实现张紧轮的张紧，进而调节金刚石串珠绳的松紧程度。

2.所述支撑背板之间还设置有加强肋板。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在金刚石绳锯机结构中，切削装置采用可拆装的模块，一旦发生一根串珠绳没有完成切割任务的情况，可以及时在水下实现更换切削模块，省去了吊出水面、重新定位、抱紧结构物等一系列工作。

切削装置采用五轮传动，金刚石串珠绳从主动轮上侧串入，穿过主动轮与从动轮之间，从从动轮下侧绕出，增加了接触长度，增大了接触角度，使切削传动更稳定。进给装置由液压缸控制横向进给运动，通过液压缸伸缩实现以较小的推杆摆动范围达到大的进给范围要求，有效的简化了进给结构，缩小了绳锯机的体积；设置行程开关和限位阻块，控制了进给运动的工作范围，保证了进给工作的稳定运行，杜绝了滑块脱离导轨、推杆产生卡顿等现象的发生。绳锯机呈立式姿态环抱待切割结构物，距离结构物更靠近，使机具整体结构更紧凑，工作更平稳、更可靠，更便于水下作业。

附图说明

图1为本发明模块化水下立式金刚石绳锯机的整体结构示意图；

图2为本发明模块化水下立式金刚石绳锯机的进给装置结构示意图；

图3为本发明模块化水下立式金刚石绳锯机的切削装置结构示意图；

图4为本发明模块化水下立式金刚石绳锯机的张紧装置正面结构示意图；

图5为本发明模块化水下立式金刚石绳锯机的张紧装置背面结构示意图；

图6为本发明模块化水下立式金刚石绳锯机的夹紧装置结构示意图；

图7是本发明加上结构物时的示意图。

图中主要标号说明：

1.整体框架，2.进给装置，3.夹紧固定装置，4.切削装置，5.张紧装置，6.结构物，7.ROV吊耳，101.支撑背板，102.加强肋板，103.底板架，104.导轨，201.滑轨架，202.进给前板，203.进给后板，204.侧架，205.推杆，206.导轨滑块，207.行程开关，208.限位阻块，209.连接转件，210.滑柱，301.肋板固定块，302.夹紧爪瓣，303.固定肋板，304.V型缺口板，305.固定块，306.连接板，401.金刚石串珠绳，402.导向轮组，403.从动轮3，404.从动轮2，406.从动轮1，405.主动轮，407拆装面板，408导向轮底板，501.齿轮，502.齿条框架，503.组装滑块，504.连接块，505.张紧轮，506.压力弹簧，507.转动把手，508.滑块挂钩，509.沟槽，601.液压马达，602.进给液压缸，603.夹紧液压缸。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明的目的是这样实现的：

包括具有支撑背板、加强肋板、底板架和两条导轨的整体框架，由进给后侧部分和进给前侧部分构成的进给装置，由可拆装部分和固定部件组成的切削装置，由可拆装构件和不可拆装构件组成的张紧装置，以及垂直安装在支撑背板底部、连接加强肋板的夹紧固定装置。

进给装置包括：进给前板、进给后板、侧架、导轨、推杆、进给液压缸、行程开关、限位阻块和滑轨架。侧架与进给液压缸的缸筒底部铰接，液压缸的活塞杆与推杆一端铰接。推杆的另一端铰接在整体框架上。侧架的两端通过滑块和滑轨架与整体框架动连接。所述的进给液压缸由液压系统控制，通过控制液压缸的进油量和进油速度来调节切割过程中的进给量和进给速度。液压缸收缩时，推杆、液压缸和侧架的铰接作用限制了三者的相对运动，在对应的液压缸每一伸缩位置，侧架和推杆都有唯一的明确的动态位置，使进给系统传动稳定。侧架和推杆以较短的横向、纵向移动，较小的摆动角度即可满足进给装置整个工作过程的进给量要求，既提高了动力效率又使绳锯机结构变紧凑，节省了空间。安装在整体框架导轨起始位置前侧的限位阻块有效的限制滑块起始端的工作位置，防止进入推杆的死点位置，产生卡顿；设置在整体框架导轨终止端后侧的行程开关对进给作业进行终端保护，一旦进给位置超出预设，触碰行程开关，控制液压回路向反向运动。

切削装置由可拆装部分和固定部件组成，包括液压马达、金刚石串珠绳、主动轮、从动轮、拆装面板、磁耦合联轴器、导向轮和导向轮底板。液压马达安装在进给后板的后侧，连接磁耦合联轴器主动部分，驱动可拆装部分上的磁耦合联轴器从动部分，带动主动轮转动。在张紧轮、导向轮和各从动轮的配合下，带动金刚石串珠绳运动，串珠绳的绕绳方式为：从主动轮的上侧串入，穿过主动轮与从动轮之间，自从动轮的下侧绕出，增加了轮与串珠绳之间的接触长度，增大了接触角度，避免串珠绳与轮之间产生打滑，使切削传动更稳定。导向轮两两并列安装在导向轮底板上，导向轮底板定位于进给装置的导轨滑块端面上。在拆装面板的下端，导向轮的绕线平面与两从动轮的绕线平面最低点对齐，串珠绳从一侧两导向轮间串入，从另一侧两导向轮间串出。设置导向轮使串珠绳切割作业时线性稳定，防止跳绳现象的发生。一旦发生串珠绳断裂等情况，反向驱动进给装置的进给液压缸，使切削装置可以按切割路径原路返还至起始准备的位置，利用ROV将进给侧架上端的可旋压片拨转开，把损坏的可拆装部分替换掉。ROV将新的可拆装部分从进给装置的进给前板前侧、侧架左侧推入。当拆装面板侧面的定位端面与进给装置的侧架到达同一平面后，继续沿进给前板平面向下推入，使拆装面板下侧的滑动卡扣推入进给装置侧架下端的滑槽。当可拆装部分达到预定位置后，拨动进给侧架上端的可旋压片将可拆装部分固定，即可继续未完成的切割作业，为切割工作提供了便利的更换条件。

张紧装置包括齿轮、齿条框架、组装滑块、张紧轮、连接块、压力弹簧。张紧装置不可拆装构件安装在进给装置的进给前板和后板之间，即齿轮和齿条框架。通过ROV拨转齿轮调定旋转周数，带动齿条框架直线移动一定的距离，即张紧轮需要调整的距离。张紧装置的可拆装构件安装在切削装置的拆装面板右上侧的条形槽口处，组装滑块通过其后侧的挂钩连接齿条框架，将齿条框架的直线运动通过挤推右侧的连接块传递给安装在连接块上的张紧轮，连接块右侧连接压力弹簧，平衡初始张紧力。在张紧轮上设置压力传感器，当串珠绳过于绷紧，张紧力变大时，连接块向左拉长压力弹簧，张紧轮将向左移动；当串珠绳松弛，张紧力变小时，启动ROV调转齿轮，则组装滑块向右推动连接块，张紧轮将向右移动，从而实现调节串珠绳的松紧程度。

夹紧固定装置由夹紧爪瓣、连接板、固定肋板、V型缺口板、固定块和夹紧液压缸组成。在夹紧部分有两个对称设置的夹紧爪瓣，夹紧爪瓣与液压缸活塞铰接，缸筒尾端与夹紧框架铰接，通过液压缸伸缩控制夹紧爪瓣的开合。框架部分由V型缺口板及连接板焊接而成，在V型缺口板的缺口处有两个固定块，在夹紧过程中接触结构物，起固定作用。在整体框架的底板架与夹紧固定装置之间设置一个固定肋板，加强了夹紧固定装置结构的稳定性，保证了该装置工作的顺利进行。夹紧固定装置设置在整体框架的支撑背板底部使夹紧的尺寸范围更大，操作更方便。

为了让适应水下切割作业的工作环境，进行更有效的切割工作，本发明设计出了模块化水下立式金刚石绳锯机，这种水下金刚石绳锯机操作简单，结构紧凑，工作平稳、可靠。该绳锯机能实现以进给装置较小的摆动范围达到大的进给要求，能够完成水下更换切削模块的功能。克服了水下复杂环境带给金刚石绳锯机作业的空间限制，保证了金刚石绳锯机水下切割作业的顺利进行。

如图1、图2所示，主要由整体框架1、进给装置2、夹紧固定装置3、切削装置4和张紧装置5组成，整体框架1通过安装在滑轨架201上端面的ROV吊耳7连接ROV使其吊装下放至水下。滑轨架201两侧通过连接转件209连接进给装置的侧架204上端面，后侧与整体框架1相接，通过背后的滑柱210实现沿支撑背板101两条支管内壁的上下移动，为了使整体框架1结构更稳定牢固，在支撑背板101两竖杆中部加装了加强肋板102。整体框架1的底板架103上端面的左右两侧各有一条导轨104，与进给装置2的导轨滑块206滑动连接，使进给装置2上部沿整体框架1的支撑背板101方向、下部沿底板架103上导轨104方向进行进给运动。

进给装置2由滑轨架201、进给前板202、进给后板203、侧架204、推杆205、行程开关207、限位阻块208和导轨滑块206组成。导轨滑块206安装在侧架204的下端两侧，与导轨104配合进行进给运动。行程开关207与限位阻块208分别安装在导轨104的起止两端，保护进给装置顺利的进行进给工作。侧架204的铰孔与进给液压缸602铰接，进给液压缸602的另一端与推杆205铰接，推杆205的另一端则连接在整体框架1的支撑背板101与底板架103的结合处。推杆205、进给液压缸602和侧架204的铰接作用限制了三者的相对运动，构成了进给运动的驱动部分。通过控制进给液压缸602，调节进给装置2沿整体框架1的导轨方向的运动位置，达到作业过程中对切削进给量的要求。

如图6所示，夹紧固定装置3由肋板固定块301、夹紧爪瓣302、固定肋板303、V型缺口板304、固定块305、若干块连接板306和夹紧液压缸603组成。V型缺口板304与连接板306焊接组成夹紧框架，在V型缺口板304缺口处各放置一块固定块305，增大了夹紧时的接触面积。在夹紧框架上部与整体框架1的底板架103之间设有一块固定肋板303，用肋板固定块301与底板架103相连接，使该结构更稳定。夹紧框架的内部支杆与夹紧液压缸603铰接，夹紧液压缸603另一端与夹紧爪瓣302铰接，通过液压缸的伸缩控制夹紧爪瓣302的开合，使装置抱紧待切割结构物。

如图3所示，切削装置4由金刚石串珠绳401、主动轮405、从动轮403、404、406、导向轮组402、拆装面板407、导向轮底板408和液压马达601组成。其中，从动轮403、404、406、主动轮405和磁耦合联轴器的从动部分安装在拆装面板407上，构成了切削装置4的可拆装部分。该部分在绳锯机下放到水下前已安装完毕，当切割过程中发生串珠绳断裂等情况时，无需将绳锯机吊回，可直接利用ROV把旧的替换掉，将新的可拆装部分重新安装，继续进行水下作业。可拆装部分通过拆装面板407的左侧定位端面与下端滑动卡扣安装在进给装置的进给前板202上。液压马达601安装在进给后板203的后端面上，连接磁耦合联轴器主动部分，并与磁耦合联轴器的从动部分和主动轮405同轴，可有效的将液压马达601提供的动力传递给主动轮405，实现稳定的切削作业。各个从动轮分别安装在主动轮405的右侧和拆装面板407的下侧两端。导向轮组402两两并列平行排放在导向轮底板408上，导向轮底板408安装在进给装置2的导轨滑块206上。金刚石串珠绳401按照从主动轮405上侧绕进，穿过从动轮一406下侧，绕到张紧轮505再到从动轮二404，从导向轮组402并列两排之间穿过，绕到从动轮三403后绕回主动轮405的顺序绕线。

如图4、图5所示，张紧装置5由齿轮501、齿条框架502、组装滑块503、连接块504、张紧轮505、压力弹簧506、转动把手507，滑块挂钩508，沟槽509组成。在拆装面板上设置有一条形槽口，且条形槽口位于拆装面板上段与主动轮、从动轮一近似位于同一水平线上，张紧轮505安装在连接块504上，右端连接压力弹簧506，左端靠近组装滑块503和滑块挂钩508，通过弹簧的回拉和滑块的推压来调节位置。所述连接块位于组装滑块右端、且设置在条形槽口内，且连接块可带动张紧轮在条形槽口内移动。压力弹簧506一侧固连连接块504，另一侧固定在拆装面板407条形槽口的右壁上。在可拆装的切削模块定位安装时，组装滑块503后侧的滑块挂钩508自上而下滑进齿条框架502左侧的沟槽509内。齿轮501与齿条框架502安装在进给装置的进给前板与进给后板之间，当张紧轮上的传感器感应到张紧力变小，则启动ROV拨转进给后板后侧露出的转动把手507，带动齿轮501旋转以指定的角度，使齿条框架502横向移动相应的长度，通过滑块挂钩508和沟槽509连接其上的滑块503推压连接块504以相同长度，即张紧轮505的张紧长度，从而实现调节金刚石串珠绳401的松紧程度。

本发明的原理是：

本发明的一种模块化水下立式金刚石绳锯机，由用于实现切割运动的可更换式切削装置、用于控制切削装置沿结构物径向进给的进给装置、用于调整串珠绳张紧力大小的张紧装置和用于抱紧结构物的夹紧固定装置组成，其特征在于：

所述的各部分安装在绳锯机的整体框架上，整体框架是由支撑背板、底板架、加强肋板和导轨共同构成的。切削装置包括可拆装部分和固定部件；进给装置包括进给后侧部分和进给前侧部分；张紧装置包括不可拆装构件和可拆装构件。其中，切削装置的可拆装部分和张紧装置的可拆装构件安装在拆装面板上，共同组成了绳锯机的可更换模块。张紧装置的不可拆装构件位于进给装置的进给前侧部分与后侧部分之间，切削装置的固定部件则安装在进给装置上。所述的进给装置包括进给前侧部分和进给后侧部分。进给前侧部分由进给前板、侧架、滑轨架和导轨滑块组成，进给后侧部分由进给后板、推杆、进给液压缸、行程开关和限位阻块构成。其结构为：进给前板和侧架的上端连接滑轨架，下端连接导轨滑块。进给前侧、后侧两部分通过进给前侧的侧架相连接。在进给侧架后侧安装进给后板，且与进给前板平行。侧架底端的两铰孔与进给液压缸缸筒铰接，液压缸另一端的活塞杆与推杆铰接，推杆另一端则铰接在整体框架的支撑背板与底板架的结合处。通过液压缸的伸缩带动推杆摆动，推动导轨滑块沿导轨方向产生前后的运动，实现进给装置的进给功能。行程开关位于导轨上切割工作终止端的后侧，限位阻块位于导轨上切割工作起始位置的前侧。所述的切削装置由可拆装部分和固定部件两部分组成。可拆装部分包括拆装面板、主动轮、磁耦合联轴器的从动部分、各个从动轮和金刚石串珠绳。主动轮与磁耦合联轴器的从动部分连接，安装在拆装面板上。各个从动轮分别位于主动轮右侧和拆装面板的下侧两端部。固定部件包括液压马达、磁耦合联轴器的主动部分、导向轮等，液压马达连接磁耦合联轴器的主动部分，安装在进给后侧部分的进给后板上，并与主动轮和磁耦合联轴器的从动部分保持同轴，磁耦合联轴器两部分距离小于等于5毫米，驱动主动轮转动。导向轮两两并列安装在垂直于支撑背板的导向轮底板上，该板定位于进给装置的导轨滑块上。可拆卸部分通过拆装面板左侧的定位端面、下侧的滑动卡扣和进给装置侧架上端面的可旋压片共同实现与固定部件的定位连接。所述的张紧装置包括不可拆装构件和可拆装构件。其中，可拆装构件为：组装滑块、张紧轮、连接块、压力弹簧；不可拆装构件为：齿轮和齿条框架。齿条框架由上下两根齿条和左右两根固定条组成，左侧固定条上带有挂钩槽，它和齿轮共同固定安装于进给装置的进给前板与进给后板之间。张紧轮安装在连接块上，右侧连接压力弹簧，与组装滑块共同安装在切削装置的拆装面板上，位于其右上侧的条形槽口处。组装滑块由滑块和背面的挂钩组成，通过挂钩与齿条框架左侧固定条上的挂钩槽相连。ROV驱动齿轮旋转带动齿条框架直线运动，滑块则推动连接块使其上的张紧轮实现张紧作用。

综上，本发明提供的是一种模块化水下立式金刚石绳锯机，适用于完成水下大直径结构物的切割工作，能在水下对切削模块进行更换并保持切口位置不变。该机具主要由整体框架1、进给装置2、夹紧固定装置3、切削装置4和串珠绳张紧装置5等组成，使用时呈立式状态抱紧在待切割结构物6上。夹紧装置使绳锯机相对固定在结构物上，切削装置和进给装置共同作用实现切割作业。这种水下金刚石绳锯机工作状态平稳可靠、占用空间小，可以在水下利用ROV更换串珠绳，操作简便、易于实现，全部工作过程通过液压控制实现。