畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-管道切割機(jī)液壓站設(shè)計(jì)（全套圖紙）.pdf

圖書分類號(hào)： 密 級(jí)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 管道切割機(jī)液壓站設(shè)計(jì)管道切割機(jī)液壓站設(shè)計(jì) PIPELINE HYDRAULIC CUTTING MACHINE DESIGN 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 院 名 稱 徐 州 工 程 學(xué) 院 專 業(yè) 名 稱 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 制 造 及 其 自 動(dòng) 化 指 導(dǎo) 教 師 2008 年 6 月 2 日 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) I 徐州工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究 工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè) 人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。 對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集 體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。 本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 論文作者簽名： 日期： 年 月 日 徐州工程學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書 本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校 學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。 徐州工程學(xué) 院有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝， 允許論文被查閱和借閱。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以 將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影 印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) I 摘要 隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，能源短缺的現(xiàn)象日益嚴(yán)重，海洋油氣資源的開發(fā)呈現(xiàn)出新的前景。 石油平臺(tái)和海底管道安裝與拆除技術(shù)是海洋油氣設(shè)備維護(hù)維修技術(shù)的十分重要的部分。 導(dǎo)管架切割用水下金剛石繩鋸機(jī)主要用于石油平臺(tái)和海洋管道中各種導(dǎo)管架的切割作業(yè)，這 方面技術(shù)問題的成功解決，將縮短我國(guó)與世界發(fā)達(dá)國(guó)家在這一領(lǐng)域技術(shù)水平的差距，并能提高我 國(guó)在海洋開發(fā)方面的國(guó)際地位和競(jìng)爭(zhēng)能力，還可以避免受國(guó)外公司技術(shù)限制，提高海洋石油開采 的效率，降低成本費(fèi)用。 本論文是以海上石油平臺(tái)和海底輸油管道拆除為背景，設(shè)計(jì)一臺(tái)適合于導(dǎo)管等大直徑鋼質(zhì)構(gòu) 件（中間灌注了混凝土）切割的水下金剛石繩鋸機(jī)工程樣機(jī)的液壓站部分。論文通過設(shè)計(jì)方案分 析、設(shè)計(jì)計(jì)算、油源和集成塊設(shè)計(jì)、部分細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)校核等，細(xì)致地給出該液壓站的設(shè)計(jì)方 法和設(shè)計(jì)過程，并給出了液壓站的控制工作過程和系統(tǒng)的裝配圖。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：導(dǎo)管架；金剛石繩鋸機(jī)；液壓站 全套圖紙，加全套圖紙，加153893706 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) II Abstract As the development of the modern economic society, the phenomenon of energy short is more serious day by day. Thus the exploitation of marine resource especially petroleum and natural gas resources is to show a new prospect. The installation and the demolition of the petroleum platforms and the seagoing pipe lines is the extremely important part of the technology which is used in preserving and servicing the equipment for exploiting the oil and gas. The pipelines frames cutting underwater diamond wire saw is mainly used to cut each kind of pipelines frames which are usually in petroleum platform and seagoing pipe lines. If we successfully solve the problems in this technology, it will be able to reduce the disparity between our country and the world developed country in this scientific domain. And it will be able to improve our country international standing and the competitive power in the aspect of ocean development. And it also can be able to avoid the technical blockade from foreign corporation, to enhance the efficiency in mining the oil and to reduce the cost expense. The paper is designed by the background as the demolition of the marine petroleum platform and the submarine oil pipeline. The paper is to expound how to design an hydraulic pressure station which is the one part of the underwater diamond wire saw that is suited to cut the large diameter steel component such as submarine oil pipeline ( to pour concrete into it)。By analyzing kinds of design proposal, computing the design data, and designing the integrated lumps design, hydraulic pressure power fountainhead and other details, proofreading the design data, and so on, thus the paper exhaustively shows the design methods and the design processes of the hydraulic pressure station. Last, the control processes and system assembly drawing of the hydraulic pressure station were given in the paper. 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) III Keywords：pipeline frame Underwater Diamond Wire Saw Hydraulic pressure station 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) I 目 錄 1 緒 論 .1 1.1 引言 .1 1.2 課題背景與研究的目的意義 .1 1.2.1金剛石繩鋸機(jī)的介紹與特點(diǎn) .1 1.2.2本課題研究目的、內(nèi)容與意義 .2 1.3 相關(guān)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 .3 1.3.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 .3 1.3.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 .4 1.4 課題的主要工作內(nèi)容 . 5 1.5 論文的主要工作計(jì)劃 . 5 2 繩鋸機(jī)液壓站的總體設(shè)計(jì) .7 2.1 針對(duì)實(shí)際情況和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的液壓站設(shè)計(jì)方案分析 . 7 2.1.1 實(shí)際工作環(huán)境要求的設(shè)計(jì)方案分析 .7 2.1.2 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的設(shè)計(jì)方案分析 .7 2.2 液壓站的總體設(shè)計(jì)方案 . 8 2.2 本章小結(jié) . 9 3 液壓站系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 . 10 3.1 液壓站系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)計(jì)算 . 10 3.1.1 系統(tǒng)原始參數(shù) . 10 3.1.2 系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)計(jì)算 . 10 3.2 液壓泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 . 11 3.2.1 液壓泵的計(jì)算和選擇 . 11 3.2.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 . 13 3.3 液壓油液和油管的選擇 . 14 3.3.1 液壓油液的選擇 . 14 3.3.2 液壓油管的選擇 . 14 3.3.3 液壓管接頭的選擇 . 15 3.4 液壓站油箱設(shè)計(jì) . 15 3.4.1 液壓站油箱的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 15 3.4.2 油箱的部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 16 3.5 液壓油源布置設(shè)計(jì)和附件選擇 . 17 3.5.1 油源布置設(shè)計(jì) . 17 3.5.2 油源附件的選擇 . 18 3.6 液壓閥類元件和液壓輔件的選擇 . 18 3.7 液壓站塊式集成設(shè)計(jì) . 19 3.7.1 采用塊式集成的原因與優(yōu)點(diǎn). 19 3.7.2 塊式集成單元油路圖設(shè)計(jì) . 19 3.8 本章小結(jié) . 20 4 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)性能驗(yàn)算 . 21 4.1 系統(tǒng)性能驗(yàn)算分析 . 21 4.2 回路中壓力損失驗(yàn)算 . 21 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) II 4.2.1 沿程壓力損失計(jì)算 . 21 4.2.2 局部壓力損失計(jì)算 . 25 4.2.3 回路總壓力損失計(jì)算和校核. 26 4.3 本章小結(jié) . 26 結(jié) 論 . 27 致 謝 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 參 考 文 獻(xiàn) . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 附錄1 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 1 1 緒 論 1.1 引言 我國(guó)近海已發(fā)現(xiàn)的大型含油氣盆地有 10 個(gè)，它們是渤海盆地、北黃海盆地、南黃海盆地、 東海盆地、臺(tái)灣西部盆地、南海珠江口盆地、琉東南盆地、北部灣盆地、鶯歌海盆地和臺(tái)灣淺灘 盆地。已探明的各種類型的儲(chǔ)油構(gòu)造400多個(gè)。根據(jù)科學(xué)家估算，我國(guó)的海洋石油儲(chǔ)量可達(dá)22億 噸，天然氣儲(chǔ)量達(dá) 480 億立方米，而且各個(gè)大海區(qū)不斷有新的油氣田發(fā)現(xiàn)。據(jù)估計(jì)，我國(guó)的海底 石油資源儲(chǔ)量約占全國(guó)石油資源儲(chǔ)量的10%-14%； 我國(guó)的海底天然氣資源量約占全國(guó)天然氣資源的 25%-34%。該數(shù)據(jù)為我國(guó)海上油氣開發(fā)展示了可觀的前景。隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，資源尤其 是能源短缺的現(xiàn)象日益嚴(yán)重，因而海洋資源尤其是海洋油氣資源的開發(fā)和利用呈現(xiàn)出新的前景。 海洋油氣資源是世界海洋開發(fā)的最重要的組成部分，海洋油氣工程更是一個(gè)高投入高技術(shù)含 量的綜合性工程。我國(guó)的海上油田的開發(fā)已經(jīng)日漸龐大，規(guī)模變大，生產(chǎn)周期變長(zhǎng)，然而我國(guó)對(duì)作 為硬件的石油平臺(tái)和海底管道的設(shè)備維護(hù)維修水平仍和世界先進(jìn)水平存在很大差距。為了盡早避免 租用和依靠國(guó)外的設(shè)備， 縮短我國(guó)與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的差距,因此急需我國(guó)自己開發(fā)在這方面的科技設(shè) 備。 石油平臺(tái)和海底管道安裝與拆除是海洋油氣開采運(yùn)輸設(shè)備維護(hù)維修的研制開發(fā)十分重要的部 分，具有重大的研究?jī)r(jià)值和實(shí)際意義，其研制成功將使我國(guó)在相關(guān)領(lǐng)域的科技水平得到提高，縮 短了我國(guó)與世界發(fā)達(dá)國(guó)家在這一領(lǐng)域技術(shù)水平的差距，并能提高我國(guó)在海洋開發(fā)方面的國(guó)際地位 和競(jìng)爭(zhēng)能力，還可以避免受國(guó)外公司技術(shù)限制，提高海洋石油開采的效率，降低成本費(fèi)用。 本文的水下金剛石繩鋸機(jī)主要用于石油平臺(tái)和海洋管道中各種海管的切割作業(yè)。本論文設(shè)計(jì) 是以海上石油平臺(tái)拆除為背景，設(shè)計(jì)一臺(tái)適合與導(dǎo)管架等大直徑鋼質(zhì)構(gòu)件（中間灌注了混凝土） 切割的水下金剛石繩鋸機(jī)工程樣機(jī)的液壓站。 1.2 課題背景與研究的目的意義 1.2.1金剛石繩鋸機(jī)的介紹與特點(diǎn) 金剛石繩鋸機(jī)是一種普通的第三代金剛石工具，主要用于切割各種工程機(jī)械上較難切除的硬 質(zhì)材料。它的基本原理是：利用外力帶動(dòng)金剛石繩鋸轉(zhuǎn)動(dòng)，而金剛石繩鋸是一條鋼絲繩竄入特殊 加工的塑料后按一定間隙固定上孕鑲或電鍍金剛石串珠的繩索，因而當(dāng)這樣的繩索快速運(yùn)動(dòng)并給 予一定的壓力摩擦所被切割的材料時(shí)，就會(huì)因?yàn)榻饎偸榈母哂捕榷蜗吕K鋸所摩擦經(jīng)過的材 料表面物質(zhì)，如此串珠繩循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)不斷摩擦，并給予不斷進(jìn)給，經(jīng)過一定時(shí)間后就能夠?qū)⒁恍┯?質(zhì)材料切割下來。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 2 金剛石繩鋸機(jī)有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： （1）切割速度快，效率高，使用靈活，操作簡(jiǎn)單方便。 （2）耐磨性好，可以廣泛用于切割石材、混凝土等各種硬質(zhì)量材料。 （3）空間適應(yīng)性好，僅僅在被切割材料的一側(cè)就可以完成切割工作。 （4）相對(duì)與其他同類的金剛石工具，工作噪聲較小。 （5）切割時(shí)沒有粉塵、泥漿等污染環(huán)境情況。 （6）切割材料越大，成本越底。 鑒于以上所述優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)不同的用途，制造出的不同結(jié)構(gòu)的金剛石繩鋸機(jī)，并分為不同的類 別，目前其被廣泛運(yùn)用在如下幾個(gè)不同的工程技術(shù)場(chǎng)所： （1）目前較多用于礦山石材的開采，可切割大理石、花崗石等各種不同石材，也常常被用于 石材荒料的整形。 （2）用于建筑施工領(lǐng)域，道路、房屋、橋梁的拆遷上，主要是切割對(duì)象是鋼精混凝土。 （3）用于機(jī)械加工過程中其他一些硬脆材料的切割，例如一些硬性塑料、玻璃的切割等。 （4）用于其他工程技術(shù)領(lǐng)域，例如本文所述的用于石油平臺(tái)和海底管道中各種海管切割，然 而這方面國(guó)內(nèi)還處在基礎(chǔ)空白階段。 1.2.2本課題研究目的、內(nèi)容與意義 我國(guó)在水下導(dǎo)管切割用金剛石繩鋸機(jī)的工程技術(shù)方面目前仍基本處在最基本的研究和試驗(yàn)階 段，因此具體國(guó)產(chǎn)設(shè)備在實(shí)際當(dāng)中的運(yùn)用方面仍是一塊空白。目前每到實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合只能租用和 依靠國(guó)外的同類設(shè)備進(jìn)行該水下條件的海管切割，這樣勢(shì)必造成技術(shù)上受制于國(guó)外的廠家，而且 租用使用過程麻煩經(jīng)費(fèi)昂貴。因此盡早研究出水下金剛石繩鋸機(jī)并投入運(yùn)用于我國(guó)自己的工程技 圖1.1 切割建筑物的金剛石繩鋸機(jī) 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 3 術(shù)場(chǎng)合勢(shì)在必行。 參考并借鑒各種國(guó)內(nèi)外各場(chǎng)合應(yīng)用的金剛石繩鋸機(jī)，個(gè)人認(rèn)為應(yīng)該在如下幾個(gè)內(nèi)容方面進(jìn)行 研究和探討。 本論文中類似的大型石油平臺(tái)海管切割用金剛石繩鋸機(jī)切割裝置，都可簡(jiǎn)要的分成如下切割 部分、夾緊部分和液壓站部分。 切割部分研究?jī)?nèi)容主要是切割機(jī)構(gòu)形式和繩鋸的選擇。 夾緊部分研究?jī)?nèi)容主要是關(guān)于夾緊形式的設(shè)計(jì)，如何夾緊才能提供整個(gè)裝置的水下位置的固 定和平衡。 本課題設(shè)計(jì)的液壓站主要為切割導(dǎo)管架的金剛石繩鋸機(jī)提供必需的動(dòng)力， 研究?jī)?nèi)容是關(guān)于液壓 裝置的集成與控制。 金剛石繩鋸機(jī)液壓系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是根據(jù)其機(jī)械本體的具體結(jié)構(gòu)和切削的技術(shù) 指標(biāo)需要所決定的，所以要做到滿足裝置工作的前提下，還要盡量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成化程度要高，零 件盡量標(biāo)準(zhǔn)化，這樣才能使得處水上部分的液壓站系統(tǒng)占用船體的空間盡量小。 本文是以海上石油平臺(tái)拆除為背景，研究出的金剛石繩鋸機(jī)主要用于石油平臺(tái)和海洋管道中 各種海管的切割作業(yè)。其方面內(nèi)容研制成功，勢(shì)必開辟出國(guó)產(chǎn)金剛石繩鋸機(jī)又一大技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域， 縮短我國(guó)在水下導(dǎo)管切割技術(shù)領(lǐng)域方面與國(guó)外技術(shù)的差距，打破依靠一些特定國(guó)外設(shè)備的局面， 增強(qiáng)了我國(guó)海洋技術(shù)方面切割技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)力與競(jìng)爭(zhēng)力。因此，進(jìn)行本論文內(nèi)容方面研究很有意 義。 1.3 相關(guān)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1.3.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 早在上個(gè)世紀(jì)七十年代發(fā)達(dá)國(guó)家就有開始金剛石繩鋸機(jī)的研究。早期繩鋸只用于切害軟質(zhì)石 材，在世界范圍內(nèi)繩鋸開采大理石礦山的工藝已十分成熟。對(duì)于花崗石等硬質(zhì)石材，經(jīng)過繩鋸、 串珠繩廠商與礦山企業(yè)長(zhǎng)期不懈的努力，用繩鋸開采花崗巖技術(shù)越來越成熟，目前繩鋸可廣泛應(yīng) 用于花崗巖、砂巖等各種硬度石材開采上，產(chǎn)品質(zhì)量越來越高、成本越來越低，在世界范圍內(nèi)已 成為趨勢(shì)。近幾十年，金剛石繩鋸的發(fā)展十分迅猛，根據(jù)國(guó)外 對(duì)十幾個(gè)國(guó)家和地區(qū)的 26 個(gè)金剛石工具生產(chǎn)廠家進(jìn)行調(diào)研后 資料， 現(xiàn)今繩鋸年產(chǎn)已逾100萬(wàn)米，而且實(shí)際需要量還在不斷 增長(zhǎng)，繩鋸廣泛應(yīng)用于石材行業(yè)、建筑行業(yè)及機(jī)械行業(yè)，用來 加工石材、鋼筋混凝土、玻璃等硬脆材料，大有和金剛石圓鋸 片、圓筒鋸，以及砂鋸等傳統(tǒng)加工工具并駕其驅(qū)的趨勢(shì)，而成 為第三代金剛石工具。 如圖 1.21.4 所示為國(guó)外生產(chǎn)的 Q4A64 型繩鋸機(jī)和 TL3A20型繩鋸機(jī)和TR4A30型繩鋸機(jī)，其作用與本文所設(shè)計(jì)的 圖1.2 Q4A64 金剛石繩鋸機(jī) 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 4 水下金剛石繩鋸機(jī)的作用類似，都是導(dǎo)管切割用繩鋸機(jī)。目前發(fā)達(dá)國(guó)家在這方面的發(fā)展研究是十 分迅速的。 發(fā)達(dá)國(guó)家在深化繩鋸技術(shù)研究的同時(shí)，一直不懈地拓展其市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域。近幾年，其拓展的 重點(diǎn)方面為如下兩個(gè)方面： （1）把繩劇廣泛應(yīng)用于建筑施工領(lǐng)域，用來拆遷房屋、橋梁和道路施工等方面，其切割對(duì)象 主要為鋼筋混凝土。 （2）用繩鋸取代砂鋸，切割花崗石大板。 市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的拓展依賴與技術(shù)領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新，目前國(guó)外在串珠繩領(lǐng)域主要有兩個(gè)動(dòng)態(tài)： （1）采用高溫釬焊技術(shù)制作金剛石串珠。 （2）不懈地開發(fā)小直徑繩鋸。 1.3.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)的金剛石繩鋸機(jī)的發(fā)展起步較晚，發(fā)展很不充分。從市場(chǎng)應(yīng)用角度來看，國(guó)內(nèi)繩鋸應(yīng)用 面還很窄，小部分用于大理石礦山開采，其余部分主要用于荒料整形和分割以及異型石材的加工 等。建筑施工領(lǐng)域繩鋸機(jī)仍未涉足，玻璃和復(fù)合木板等硬脆材料加工方面更是一片空白；從技術(shù) 領(lǐng)域來看，目前僅有少數(shù)幾個(gè)廠家已開發(fā)出大理石切割用的電鍍金剛石繩鋸，憑借低廉的價(jià)格， 可以取代小部分進(jìn)口繩鋸；花崗石切割用的燒結(jié)金剛繩鋸，盡管目前有不少?gòu)S家參與研制開發(fā)， 但目前均處于探索性試驗(yàn)階段，試制的樣品繩鋸在試用過程中存在斷繩頻繁，胎體與基體剝離， 串珠胎體性能與切割對(duì)象不匹配，串珠固定效果差等諸多技術(shù)問題，從而表現(xiàn)出繩鋸整體性能差， 根本無法與進(jìn)口繩鋸進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。 然而我國(guó)繩鋸前景仍十分光明，因?yàn)槔K鋸作為金剛石工具類中唯一的柔性切割工具能加工其 他金剛石工具所不能加工的對(duì)象，我國(guó)的石材、礦山和建筑行業(yè)都有需要繩鋸機(jī)的必要性，而且 隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境的重視，繩鋸的各個(gè)環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)將促使其有著更大的發(fā)展。近年來，與金剛石繩 鋸機(jī)配套的金剛石串珠繩，質(zhì)量和技術(shù)也穩(wěn)步提高，尤其是國(guó)產(chǎn)串珠繩質(zhì)量提升很快，已達(dá)到或 接近進(jìn)口同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。其主要的提高有以下幾個(gè)方面：一是鋼絲繩質(zhì)量的提高，由于普遍 采用了進(jìn)口優(yōu)質(zhì)鋼絲繩，解決了鋼絲繩易斷的問題，直接提高了串珠繩的耐用性；二是串珠間距 圖1.3TR4A30金剛石繩鋸機(jī) 圖1.4 TL3A20金剛石繩鋸機(jī) 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 5 保持材質(zhì)質(zhì)量的提商，現(xiàn)在普遍采用了高強(qiáng)度塑料、橡膠，使得串珠與鋼絲繩結(jié)合更為牢固，解 決了松珠、竄珠等問題，使得串珠繩質(zhì)量大大改善；三是金剛石串珠質(zhì)量的提高，無論是電鍍的 還是燒結(jié)的串珠，無論是在切割大理石還是切割花崗巖方面，其穩(wěn)定性、耐磨性都有了很大提高， 大大提高了串珠繩的壽命。 目前國(guó)產(chǎn)金剛石繩鋸機(jī)主要是山西機(jī)床廠 （礦山用） 、 鞏義市紅波機(jī)械有限公司 （異型切割用） 等制造，還有一些廠也在制造，但產(chǎn)量均較小。 在此仍專門強(qiáng)調(diào)下導(dǎo)管切割用金剛石繩鋸機(jī)在我國(guó)目前的繩鋸機(jī)領(lǐng)域的空白狀況， 現(xiàn)在國(guó)內(nèi)沒 有一家金剛石繩鋸機(jī)廠家有生產(chǎn)該用途類的金剛石繩鋸機(jī)。 因此為擺脫對(duì)國(guó)外設(shè)備的依賴， 這面的 研究與實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)突顯其重要性。 1.4 課題的主要工作內(nèi)容 本課題的任務(wù)是以海上石油平臺(tái)拆除為作業(yè)背景，與同組設(shè)計(jì)其他部分的同學(xué)合作，設(shè)計(jì)一 臺(tái)適合于導(dǎo)管架等大直徑構(gòu)件（中間灌注了混凝土）切割的水下金剛石繩鋸機(jī)工程樣機(jī)，并獨(dú)自 設(shè)計(jì)出該裝置的液壓站部分。 要求本設(shè)計(jì)滿足如下要求： a.能夠完成針對(duì)水下60米以內(nèi)淺海域內(nèi)的48英寸導(dǎo)管架的切割工作。 b.液壓站能夠提供給水下裝置工作足夠的動(dòng)力，并且能夠完成整個(gè)切割過程的控制。 總結(jié)本設(shè)計(jì)的主要工作內(nèi)容有： (1)分析本設(shè)計(jì)中金剛石繩鋸機(jī)的機(jī)械構(gòu)造原理，工作方式及特點(diǎn)。 (2)分析海上石油平臺(tái)拆除的基本情況，分析本論文（設(shè)計(jì)）針對(duì)60米以淺海域內(nèi)的48英寸 導(dǎo)管架切割工作基本要求。 (3)與負(fù)責(zé)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同學(xué)協(xié)作,設(shè)計(jì)一臺(tái)基于導(dǎo)管架切割用金剛石繩鋸機(jī)工程樣機(jī)，并自主 完成液壓站部分設(shè)計(jì)。 (4)借助與相關(guān)技術(shù)工具書籍和計(jì)算機(jī)CAD軟件，完成如下工作量： a. 導(dǎo)管架切割用金剛石繩鋸機(jī)的液壓站系統(tǒng)原理圖與工作方案。 b. 導(dǎo)管架切割用金剛石繩鋸機(jī)的液壓站裝配圖。 c. 導(dǎo)管架切割用金剛石繩鋸機(jī)的液壓站集成塊設(shè)計(jì)圖。 d. 導(dǎo)管架切割用金剛石繩鋸機(jī)的液壓站部分零件設(shè)計(jì)圖。 e. 撰寫論文說明書（包括關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)、計(jì)算和CAD繪圖等） 。 1.5 論文的主要工作計(jì)劃 第一階段：開題階段。 明確論文課題的要求， 搜集與水下金剛石繩鋸機(jī)內(nèi)容相關(guān)的資料， 然后對(duì)資料進(jìn)行細(xì)致地查閱、 整理、分析。明確金剛石繩鋸機(jī)的基本組成和工作原理，形成論文的初步設(shè)計(jì)方案。然后撰寫開題 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 6 報(bào)告，完善設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行開題。最后進(jìn)一步細(xì)化設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算工作。 第二階段：主體設(shè)計(jì)階段。 首先完成液壓站系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)， 進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)元件的設(shè)計(jì)和選型。 然后完成液壓系統(tǒng)的總體結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)方案圖，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，完成裝配圖初稿。接著進(jìn)行并完成零件圖的繪制工作。最后完成裝 配圖，進(jìn)行圖紙?jiān)u審工作，完成圖紙的修改、完善工作。 第三階段：完成論文階段。 完成學(xué)位論文的撰寫工作，整理并完善與論文相關(guān)的文件。最后上交論文于指導(dǎo)教師，然后進(jìn) 行論文答辯。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 7 2 繩鋸機(jī)液壓站的總體設(shè)計(jì) 2.1 針對(duì)實(shí)際情況和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的液壓站設(shè)計(jì)方案分析 2.1.1 實(shí)際工作環(huán)境要求的設(shè)計(jì)方案分析 繩鋸機(jī)在需要滿足水下60米以內(nèi)海管切割作業(yè)工作， 因此針對(duì)其設(shè)計(jì)特點(diǎn)， 液壓站布局就有兩 種設(shè)計(jì)方案： (1)繩踞機(jī)和液壓站機(jī)站水上水下分開設(shè)計(jì)布局。 (2)機(jī)站一體式水下布局。 根據(jù)綜合因素考慮選擇了前者。 首先考慮水下分布。由于繩鋸機(jī)機(jī)體不可避免的必須水下，如果將液壓站做成跟隨機(jī)體設(shè)計(jì)， 當(dāng)然可以節(jié)省大量管路油路，壓力損失小，機(jī)體整體完整。然而，整個(gè)液壓站龐大，零部件眾多， 重量大， 這樣配置勢(shì)必加重繩鋸機(jī)機(jī)體機(jī)構(gòu)的負(fù)擔(dān)， 而且水下還需要考慮密封以及海水與液壓油的 分開，顧必須考慮將液壓站放在密閉容器里與水隔離開來，如此則加重制造技術(shù)要求與經(jīng)濟(jì)費(fèi)用， 而且液壓站設(shè)置在水下還增加了對(duì)水下潛水員操作性能的要求， 使水下的操作除機(jī)械操作以外還必 須包括液壓的操作，操作過程邊的更加復(fù)雜?？梢姍C(jī)站一體式水下布局是弊大于利。 其次考慮水上水下分開布局。 由于如前述機(jī)站一體式水下布局的弊端， 而水上水下分開布局恰 好完全可以克服。 將龐大沉重的液壓站放在水上船面上， 液壓控制簡(jiǎn)單， 無須考慮隔水密封。 當(dāng)然， 由此增加水面上下多根長(zhǎng)長(zhǎng)的60米管路油路，壓力損失加大。 綜合考慮，選擇繩踞機(jī)和液壓站機(jī)站水上水下分開設(shè)計(jì)布局。 2.1.2 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的設(shè)計(jì)方案分析 以下逐個(gè)分析。 第一，針對(duì)夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行液壓站方案設(shè)計(jì)。 根據(jù)同組負(fù)責(zé)導(dǎo)管架切割用水下金剛石繩鋸機(jī)夾緊部分設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)同學(xué)所提供的設(shè)計(jì)方案， 并參 與其設(shè)計(jì)討論后，繩鋸機(jī)設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)采用如下設(shè)計(jì)方案：采用V型塊加上下兩對(duì)夾緊瓣夾緊導(dǎo)管 的方法來實(shí)現(xiàn)繩鋸機(jī)在水下對(duì)海管的夾緊并使自身固定其上面。 根據(jù)設(shè)計(jì)思路，并對(duì)設(shè)計(jì)的詳細(xì)方案進(jìn)行分析后，確定設(shè)計(jì)中采用4個(gè)夾緊液壓鋼來帶動(dòng)夾緊瓣 的運(yùn)動(dòng)，從而現(xiàn)夾緊功能。 第二，針對(duì)切割機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行液壓站方案設(shè)計(jì)。 根據(jù)同組負(fù)責(zé)導(dǎo)管架切割用水下金剛石繩鋸機(jī)切割部分設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)同學(xué)所提供的設(shè)計(jì)方案， 并 參與其設(shè)計(jì)討論后，繩鋸機(jī)設(shè)計(jì)切割機(jī)構(gòu)采用如下設(shè)計(jì)方案：切割機(jī)構(gòu)固定在夾緊機(jī)構(gòu)上，通過采 用4個(gè)繩鋸輪來張緊金剛石繩鋸并帶動(dòng)繩鋸切割轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過導(dǎo)軌絲杠等機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)切割繩鋸裝 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 8 置的進(jìn)給，從而實(shí)現(xiàn)海管的切斷。 根據(jù)設(shè)計(jì)思路，并對(duì)設(shè)計(jì)的詳細(xì)方案進(jìn)行分析后，得出以下幾個(gè)繩鋸機(jī)液壓站設(shè)計(jì)要點(diǎn)： (1)在4個(gè)繩鋸輪中， 以其中一個(gè)繩鋸輪為帶動(dòng)繩鋸轉(zhuǎn)動(dòng)的主動(dòng)力輪， 作為海管切割的主動(dòng)力來源， 其轉(zhuǎn)動(dòng)用一個(gè)切向切割工作液壓馬達(dá)來實(shí)現(xiàn)。 (2)在4個(gè)繩鋸輪中, 以其中另選出一個(gè)繩鋸輪為張緊輪來實(shí)現(xiàn)金剛石繩鋸在繩鋸輪上的實(shí)時(shí)地 張緊。 因其張緊力來源用一個(gè)張緊液壓缸來實(shí)現(xiàn)， 由于繩鋸的切割過程中受力和繩鋸形狀都是實(shí)時(shí) 變化的， 為了實(shí)現(xiàn)預(yù)定不變的張緊力， 因此設(shè)計(jì)采用一個(gè)電接觸式壓力表來反應(yīng)并控制液壓缸的施 力受力情況。 (3)切割機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中絲杠是用來實(shí)現(xiàn)切割裝置進(jìn)給的主動(dòng)力來源，設(shè)計(jì)采用一個(gè)徑向進(jìn)給液壓馬 達(dá)通過升降機(jī)的蝸輪蝸桿傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。 2.2 液壓站的總體設(shè)計(jì)方案 根據(jù)前面的設(shè)計(jì)方案的分析， 結(jié)合液壓站設(shè)計(jì)的常用基本設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法， 總結(jié)出一個(gè)完 整的總體設(shè)計(jì)方案。 具體設(shè)計(jì)方案如下： (1)首先利用電力通過三相異步電機(jī)帶動(dòng)液壓泵，從而使液壓油產(chǎn)生足夠液力，這是整個(gè)水下金 剛石繩鋸機(jī)的動(dòng)力來源； (2)液壓站設(shè)有的各個(gè)油路通道和各種液壓閥，從液壓泵流出油液通過這些裝置到達(dá)執(zhí)行元件， 通過對(duì)這些裝置的控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)于水下繩鋸機(jī)運(yùn)動(dòng)過程的控制； (3)設(shè)計(jì)中夾緊機(jī)構(gòu)最先工作，采用4個(gè)夾緊液壓缸帶動(dòng)夾緊瓣，上下兩層夾緊海管，保證整個(gè)機(jī) 體在水下的固定和平衡； (4)切割裝置中的張緊機(jī)構(gòu)采用一個(gè)電觸點(diǎn)式壓力表結(jié)合張緊液壓缸張緊繩鋸輪，可以實(shí)時(shí)提供 恒定足夠的張緊壓力； (5)切割裝置的金剛石繩鋸是利用一個(gè)切向切割工作液壓馬達(dá)參數(shù)帶動(dòng)繩鋸輪實(shí)現(xiàn)繩鋸切割海 管； (6)采用一個(gè)徑向進(jìn)給液壓馬達(dá)通過絲杠帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)切割裝置進(jìn)給。 (7)通過油路路徑和閥塊分析，決定液壓站控制油路閥塊部分設(shè)計(jì)采用塊式集成方式。 (8)液壓站和繩鋸機(jī)機(jī)體采用分開式水上水下布置，4類液壓執(zhí)行元件布置在繩鋸機(jī)體上，通過主 進(jìn)回油軟管共計(jì)8根來實(shí)現(xiàn)水下60米與水上液壓站的連接。 整個(gè)繩鋸機(jī)液壓站系統(tǒng)設(shè)計(jì)中， 工作進(jìn)程緊湊， 形式盡量簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)， 并且又能夠保證整個(gè)繩鋸 機(jī)各個(gè)功能和各個(gè)部分的先后次序工作。 根據(jù)如前所敘述的總體設(shè)計(jì)方案，可繪制出一張?jiān)敱M的液壓站系統(tǒng)原理圖，詳見圖2.1。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 9 圖2.1 液壓系統(tǒng)原理圖 根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案，結(jié)合液壓站系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖，設(shè)計(jì)出各個(gè)電磁閥的電磁控制順序，順序表 格如下表2.1 表2.1 電磁鐵控制動(dòng)作順序表 控制動(dòng)作 1DT 2DT 3DT 4DT 5DT 6DT 7DT 8DT 夾緊缸夾緊 + - - - + - - + 張緊缸張緊 - - - + + - - + 切向切割、徑向進(jìn)給 - - - - - + - - 切割停止、徑向退回 - - - - - - + + 張緊缸松開 - - + - + - - + 夾緊缸松開 - + - - + - - + 工作停止 - - - - - - - - 2.2 本章小結(jié) 本章主要通過各種設(shè)計(jì)分析， 對(duì)水下金剛石繩鋸機(jī)器液壓站進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)思路。 通過本章 的設(shè)計(jì)介紹，了解了整個(gè)設(shè)計(jì)的想法和思路，整個(gè)液壓站的工作方式和過程。 通過本章的設(shè)計(jì)，繪制出了整個(gè)液壓站系統(tǒng)原理圖。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 10 3 液壓站系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1 液壓站系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)計(jì)算 3.1.1 系統(tǒng)原始參數(shù) 根據(jù)液壓系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，液壓系統(tǒng)有四組執(zhí)行元件：4個(gè)夾緊液壓缸、1個(gè)張緊液壓缸、 1個(gè)徑向進(jìn)給液壓馬達(dá)和1個(gè)切向切割工作液壓馬達(dá)。 液壓執(zhí)行元件原始參數(shù)如下 （以下參數(shù)由同組設(shè)計(jì)金剛石繩鋸機(jī)夾緊部分設(shè)計(jì)同學(xué)， 切割部分 設(shè)計(jì)同學(xué)，和三維設(shè)計(jì)同學(xué)提供）： (1)夾緊液壓缸參數(shù)： 夾緊缸壓力 p夾=10 MPa 夾緊缸總輸入流量 q夾=8.503 L/min 夾緊缸總輸出流量 q夾出=3.337 L/min (2)張緊液壓缸參數(shù)： 張緊缸壓力 p張4 MPa 張緊缸流量 q張=4.7124 L/min (3)徑向進(jìn)給液壓馬達(dá)參數(shù)：（馬達(dá)型號(hào)EPM50） 額定排量 Vn進(jìn)=49.5 mL/r 額定壓力 pn進(jìn)=17.5 MPa 額定轉(zhuǎn)速 nn進(jìn)=1210 r/min 轉(zhuǎn)速范圍n=101515 r/min (4)切向切割液壓馬達(dá)參數(shù)：(馬達(dá)型號(hào)CMG2063-BF*S) 額定排量 Vn切=63 mL/r 額定壓力 pn切=20 MPa 最高壓力25MPa 工作轉(zhuǎn)速 n切=1420 r/min 轉(zhuǎn)速范圍n=6002500 r/min 3.1.2 系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)計(jì)算 根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)情況要求，切割裝置的進(jìn)給量為24mm/min,裝置中升降機(jī)的渦輪渦桿的傳動(dòng)比 為1:6,渦桿螺距為0.292mm, 根據(jù)公式: u n l = 式 （3 . 1） 式中：n 蝸桿的轉(zhuǎn)速(r/min) u 蝸桿的進(jìn)給速度(mn/min) 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 11 l 蝸桿的螺距(mm) 取進(jìn)給量最大值u=4mm,計(jì)算得的蝸桿轉(zhuǎn)速n=13.697r/min。 根據(jù)傳動(dòng)比公式： 1 2 n i n = 式 （3 . 2） 式中：i 傳動(dòng)比 n1 蝸輪轉(zhuǎn)速(r/min) n2 蝸桿轉(zhuǎn)速(r/min) 計(jì)算得渦輪轉(zhuǎn)速n2=13.6976082r/min。由于渦輪軸向與進(jìn)給馬達(dá)相連，故進(jìn)給馬達(dá)實(shí)際工 作轉(zhuǎn)速n進(jìn)=n2=82r/min。 根據(jù)流量計(jì)算公式： 3 n10qV = 進(jìn)進(jìn)進(jìn) 式 （3.3） 式中：q進(jìn) 進(jìn)給馬達(dá)的實(shí)際流量(L/min) V進(jìn) 進(jìn)給馬達(dá)的排量(mL/min) n進(jìn) 進(jìn)給馬達(dá)的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速(r/min) 計(jì)算得進(jìn)給馬達(dá)的實(shí)際工作流量q進(jìn)=49.58210 -3=4.059L/min。 根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)情況要求，切割工作馬達(dá)的實(shí)際工作壓力P切=16MPa。 根據(jù)流量計(jì)算公式： 3 qn10v = 切切切 式（3.4） 式中：q切 切割工作馬達(dá)的實(shí)際流量(L/min) V切 切割工作的排量(mL/min) n切 切割工作馬達(dá)的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速(r/min) 計(jì)算得切割工作馬達(dá)的實(shí)際流量q切=63142010 -3=89.46L/min。 3.2 液壓泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 3.2.1 液壓泵的計(jì)算和選擇 (1)液壓泵的最大工作壓力估算 根據(jù)液壓泵的最大工作壓力計(jì)算公式： p1 pPp+ 式 （3.5） 式中：pp 液壓泵最大工作壓力(Pa) p1 液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件工作過程中最高工作壓力(Pa) p 系統(tǒng)進(jìn)油路上的總壓力損失(Pa)。初算時(shí)憑經(jīng)驗(yàn)估 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 12 取，簡(jiǎn)單系統(tǒng)取0.20.5MPa，復(fù)雜系統(tǒng)取0.51.5MPa。初算完成后需要進(jìn)行p的核算。 由執(zhí)行元件的工作情況可知， p1=p切=16MPa， 系統(tǒng)為高壓復(fù)雜系統(tǒng)， 輸油路長(zhǎng)， 估算取p=1.5MPa， 可得： pp16+1.5=17.5MPa (2)液壓泵的最大流量估算 多個(gè)執(zhí)行器同時(shí)工作時(shí)的系統(tǒng)， 液壓泵最大流量應(yīng)大于同時(shí)動(dòng)作的執(zhí)行器所需的總流量， 有公式： max () p qkq 式 （3.6） 式中：qp 液壓泵的最大流量 K 系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般取1.11.3(小流量取大值，大流量取小值) (q)max 同時(shí)工作的液壓執(zhí)行器的最大流量(m/s)，并要考慮加上流量閥的的最小溢流 量，一般取23L/min。 根據(jù)系統(tǒng)的具體工作情況，流量最大出現(xiàn)切割過程，即夾緊缸和張緊缸分別夾緊張緊工作后，切 割馬達(dá)和進(jìn)給馬達(dá)同時(shí)工作時(shí)， 并且兩馬達(dá)的流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于夾緊缸和張緊缸流量。 因此計(jì)算時(shí)可以 姑且忽略此時(shí)兩液壓缸的流量，取溢流量2 L/min，則有： (q)max=89.46+4.059+295.519(L/min) 取泄漏系數(shù)K=1.1，則有： qp1.195.519105.071(L/min) (3)液壓泵的規(guī)格選擇 根據(jù)前面計(jì)算的pp，為保證系統(tǒng)工作過程中不致因過高的動(dòng)態(tài)壓力作用而被破壞，系統(tǒng)需要有