水下管道維修機(jī)具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與切割過(guò)程建模及仿真.pdf

1、水下管道維修裝備，尤其是水下管道切割機(jī)具，是管道維修系統(tǒng)的重要組成部分，其種類繁多，主要有閘刀具、繩鋸機(jī)和坡口機(jī)等。我國(guó)現(xiàn)有的水下管道維修裝備存在功能單一、可靠性低、作業(yè)水深淺的性能缺陷。本文在國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)”的支持下開(kāi)展對(duì)水下管道維修機(jī)具的研究。本文主要的研究?jī)?nèi)容包括:
　　設(shè)計(jì)水下管道維修機(jī)具的總體結(jié)構(gòu)方案。在參考國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出機(jī)具作業(yè)功能與原理。基于模塊化設(shè)計(jì)思想，提出了總體的設(shè)計(jì)方案

2、，包括總體框架、管道作業(yè)機(jī)構(gòu)、夾持機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)和浮力平衡機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)每個(gè)模塊的結(jié)構(gòu)方案，建立機(jī)具的三維模型。
　　建立機(jī)具銑削切割過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)機(jī)具作業(yè)原理，確定機(jī)具作業(yè)過(guò)程的基本運(yùn)動(dòng)?；谲囥娫?，建立機(jī)具銑削切割過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，描述機(jī)具刀盤作業(yè)刀具的動(dòng)力學(xué)行為。推導(dǎo)出銑刀單個(gè)圓周刃理想運(yùn)動(dòng)矢量方程、單個(gè)圓周刃偏心運(yùn)動(dòng)矢量方程以及多圓周刃運(yùn)動(dòng)矢量方程。推導(dǎo)出動(dòng)態(tài)銑削厚度和銑削深度方程，優(yōu)化切入角和切出角的計(jì)算方法，推導(dǎo)出單

3、個(gè)圓周刃瞬時(shí)動(dòng)態(tài)銑削力方程、銑刀一個(gè)周期內(nèi)數(shù)值合成銑削力方程、銑刀一個(gè)周期內(nèi)矢量合成銑削力方程以及銑削切割功率方程。
　　仿真機(jī)具銑削切割過(guò)程，優(yōu)化選擇工藝參數(shù)。根據(jù)銑刀圓周刃運(yùn)動(dòng)矢量方程，在Pro/E中編程仿真，研究方程中各個(gè)參數(shù)對(duì)圓周刃軌跡的影響和圓周刃軌跡與管道的相對(duì)位置關(guān)系?；谧顑?yōu)化原理，建立優(yōu)化銑削切割過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。以刀具耐用度、銑削用量等為約束條件，優(yōu)化選擇刀具參數(shù)和作業(yè)參數(shù)。根據(jù)銑刀圓周刃銑削力方程，在Matla

4、b中編程仿真，研究單個(gè)圓周刃瞬時(shí)動(dòng)態(tài)銑削力、銑刀一個(gè)周期內(nèi)數(shù)值合成銑削力和矢量合成銑削力的變化規(guī)律，得出各自的極值、均值和變化周期。
　　分析銑刀的靜力特性與模態(tài)。銑刀數(shù)值合成銑削力最大時(shí)工況最為惡劣，在HyperWorks中仿真，分析銑刀此時(shí)的應(yīng)力分布及位移變形狀況，檢驗(yàn)銑刀的強(qiáng)度與剛度。根據(jù)實(shí)際工況，在Abaqus中仿真分析銑刀的模態(tài)，求解出銑刀前八階的固有頻率與振型。計(jì)算施加給銑刀的激勵(lì)頻率，并與前八階固有頻率對(duì)比，分析銑刀