水下管道維修機具結構設計與切割過程建模及仿真.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、繩鋸機和坡口機等。我國現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。本文在國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”的支持下開展對水下管道維修機具的研究。本文主要的研究內容包括:
　　設計水下管道維修機具的總體結構方案。在參考國內外研究現狀的基礎上，提出機具作業(yè)功能與原理?；谀K化設計思想，提出了總體的設計方案

2、，包括總體框架、管道作業(yè)機構、夾持機構、液壓系統(tǒng)和浮力平衡機構。設計每個模塊的結構方案，建立機具的三維模型。
　　建立機具銑削切割過程的數學模型。根據機具作業(yè)原理，確定機具作業(yè)過程的基本運動?；谲囥娫恚C具銑削切割過程的數學模型，描述機具刀盤作業(yè)刀具的動力學行為。推導出銑刀單個圓周刃理想運動矢量方程、單個圓周刃偏心運動矢量方程以及多圓周刃運動矢量方程。推導出動態(tài)銑削厚度和銑削深度方程，優(yōu)化切入角和切出角的計算方法，推導出單

3、個圓周刃瞬時動態(tài)銑削力方程、銑刀一個周期內數值合成銑削力方程、銑刀一個周期內矢量合成銑削力方程以及銑削切割功率方程。
　　仿真機具銑削切割過程，優(yōu)化選擇工藝參數。根據銑刀圓周刃運動矢量方程，在Pro/E中編程仿真，研究方程中各個參數對圓周刃軌跡的影響和圓周刃軌跡與管道的相對位置關系。基于最優(yōu)化原理，建立優(yōu)化銑削切割過程的數學模型。以刀具耐用度、銑削用量等為約束條件，優(yōu)化選擇刀具參數和作業(yè)參數。根據銑刀圓周刃銑削力方程，在Matla

4、b中編程仿真，研究單個圓周刃瞬時動態(tài)銑削力、銑刀一個周期內數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)。銑刀數值合成銑削力最大時工況最為惡劣，在HyperWorks中仿真，分析銑刀此時的應力分布及位移變形狀況，檢驗銑刀的強度與剛度。根據實際工況，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。計算施加給銑刀的激勵頻率，并與前八階固有頻率對比，分析銑刀