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高壓水切割管道外切割臂設計

時間:2018-07-26 16:12   作者: www.mangashark.com 點擊:

  高壓水射流切割是一種新型的切割方法,近20年來得到迅速發展。其用途和優勢主要體現在難加工材料方麵,並能同時對金屬及非金屬材料進行切割,因此有著十分廣闊的應用前景。

  目前,高壓水射流切割已經在海洋工程中得到廣泛應用。在海洋工程中經常涉及各種管狀構件的切割作業,這就需要一種特殊的裝夾設備,既能起到固定高壓水噴嘴的作用,又能使噴嘴按照既定速度沿待切割管道做周向運動。為此,設計了一種能夠在水下工作的高壓水切割管道外切割臂,協助高壓水射流切割機完成海管或導管架基的切割作業。

  1基本組成及工作原理水下管道外切割臂主要由夾緊裝置、張緊裝置、周向爬行裝置和水下液壓閥箱四大部分組成,通過液壓裝置驅動和控製其運動。

  水下外切割臂工作時,先借助工作母船上的吊裝設備,將外切割臂套進待切割管狀物,並在確定的切割位置處利用夾緊裝置將其固定在待切割管狀物上,使待切割管狀物成為高壓水射流噴嘴的主機座;周向爬行裝置采用鏈傳動的方式帶動高壓水噴嘴完成周向切割作業;張緊裝置用於保證周向爬行裝置的傳動鏈在工作過程中始終處於張緊狀態,確保周向運動所需的張緊力;水下液壓控製閥箱安裝在外切割臂本體上,檢測係統和液壓控製閥均安裝在密閉的閥箱內,電纜和數據線等通過水密接頭引到閥箱外與母船上的控製櫃相聯,主油路和各個執行元件的進出油管通過快換接頭與油源和執行元件相聯。

  2水下管道外切割臂的總體設計根據海洋工程的實際需要,針對48〃導管架基,設計了一種水下管道外切割臂,它能適應水下工作環境和高壓水射流切割管狀物的特殊需要,整機結構緊湊,操作簡便,均布夾緊的方式能夠保證切割作業的平穩性和可靠性。

  2-1夾緊裝置水下管道外切割臂的夾緊裝置采用‘’緊態“夾緊設計,可以使外切割臂機體穩定地固定在待切割管狀物上,切削作業過程中不易引起機體振動,有利於保證切口位置的準確性。

  根據水下管道外切割臂的實際作業工況,設計中采用了與待切割管道同軸的夾緊方式,既能夠減輕本體質量,又能使各零部件承載均勻,同時滿足設計的強度與剛度要求。如所示為該機的夾緊裝置,主要由同軸夾緊框架、夾緊液壓缸和支撐定位塊組成。

  同軸夾緊框架呈環形,其上設置有夾緊液壓缸的安裝平台和周向行走裝置鏈條安裝的導槽,使用時與待切割管道同軸安裝,承受液壓缸夾緊反力,同時作為周向行走裝置的基座;夾緊液壓缸依靠端麵法蘭安裝在同軸夾緊框架上,要求能輸出機體工作所需夾緊力,同時能承受一定的力矩;支撐定位塊采用模塊化設計,根據待切割管道的直徑設計成不同的弧形,保高壓水噴嘴搭載在水下管道外切割臂上的移動小車上,移動小車通過張緊裝置與夾緊裝置相聯,並實現繞管道的運動。該張緊裝置主要由鏈輪、鏈條、從動輪和絲杠螺母構成。移動小車齒形鏈條固定在被切割導管架上,為了適應不同的管徑,並保持鏈條始終緊貼管子處於張緊狀態,采用前3個張緊輪和後3個張緊輪的不同組合及張緊螺杆的適當調節來實現。

  外切割臂的張緊裝置及周向爬行裝置2.3周向爬行裝置周向爬行裝置由周向液壓馬達、減速器、齒形鏈輪、齒形鏈條、鏈張緊裝置等組成。移動小車通過鏈張緊裝置壓緊在機械臂外殼體上,液壓馬達通過減速器驅動鏈輪使移動小車沿夾緊裝置外圓做周向爬行,形成高壓水噴嘴的周向進給運動,同時減速器可對周向爬行速度進行調節,以滿足高壓水切割作業的實際需要。

  3水下管道外切割臂的液壓係統設計3.1液壓係統水下管道外切割臂在工作過程中共需要7個執行元件,6個均布在夾緊框架上的夾緊液壓缸和1個周向運動液壓馬達。在液壓係統的設計中,需要考慮夾緊缸保壓的問題。周向運動馬達屬於低速雙向馬達,需要係統保證其低速穩定性。液壓係統中夾緊缸采用自動補油的方式進行保壓,由於夾緊液壓缸的支撐定位塊與被切割物外表麵曲率相同,可在6個液壓缸共同作用下實現自動定心夾緊,所以采用液壓缸並聯的形式實現其同步運動和速度的控製。周向運動馬達的轉速利用比例流量閥來控製。設計的液壓係統工作原理圖如所示。

  液壓係統工作原理。2水下液壓閥箱普通的液壓傳動控製元件(換向閥、調速閥、溢流閥等)經常設置在油箱上,通過連接油管與各執行機構聯結。而如果水下管道外切割臂的液壓控製元件也設置在油箱上,則油源與切割臂的7個執行元件至少需要14根油管相聯,這些連接油管不但增大了係統的損失,也使外切割臂的總體質量增加,吊裝的難度加大,同時,使得裝置在水下的移動變得十分困難。因而在外切割臂的設計中,采用將液壓控製閥塊集成、封裝在密閉箱體中,與船上油源連接的隻剩下電纜、輸入、輸出油管3根管線,減小了吊放、安裝的複雜程度,操作方便,提高了外切割臂水下移動的靈活性。
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