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高压水切割管道外切割臂设计

时间:2018-07-26 16:12   作者: www.njjljt.com 点击:

  高压水射流切割是一种新型的切割方法,近20年来得到迅速发展。其用途和优势主要体现在难加工材料方面,并能同时对金属及非金属材料进行切割,因此有着十分广阔的应用前景。

  目前,高压水射流切割已经在海洋工程中得到广泛应用。在海洋工程中经常涉及各种管状构件的切割作业,这就需要一种特殊的装夹设备,既能起到固定高压水喷嘴的作用,又能使喷嘴按照既定速度沿待切割管道做周向运动。为此,设计了一种能够在水下工作的高压水切割管道外切割臂,协助高压水射流切割机完成海管或导管架基的切割作业。

  1基本组成及工作原理水下管道外切割臂主要由夹紧装置、张紧装置、周向爬行装置和水下液压阀箱四大部分组成,通过液压装置驱动和控制其运动。

  水下外切割臂工作时,先借助工作母船上的吊装设备,将外切割臂套进待切割管状物,并在确定的切割位置处利用夹紧装置将其固定在待切割管状物上,使待切割管状物成为高压水射流喷嘴的主机座;周向爬行装置采用链传动的方式带动高压水喷嘴完成周向切割作业;张紧装置用于保证周向爬行装置的传动链在工作过程中始终处于张紧状态,确保周向运动所需的张紧力;水下液压控制阀箱安装在外切割臂本体上,检测系统和液压控制阀均安装在密闭的阀箱内,电缆和数据线等通过水密接头引到阀箱外与母船上的控制柜相联,主油路和各个执行元件的进出油管通过快换接头与油源和执行元件相联。

  2水下管道外切割臂的总体设计根据海洋工程的实际需要,针对48〃导管架基,设计了一种水下管道外切割臂,它能适应水下工作环境和高压水射流切割管状物的特殊需要,整机结构紧凑,操作简便,均布夹紧的方式能够保证切割作业的平稳性和可靠性。

  2-1夹紧装置水下管道外切割臂的夹紧装置采用‘’紧态“夹紧设计,可以使外切割臂机体稳定地固定在待切割管状物上,切削作业过程中不易引起机体振动,有利于保证切口位置的准确性。

  根据水下管道外切割臂的实际作业工况,设计中采用了与待切割管道同轴的夹紧方式,既能够减轻本体质量,又能使各零部件承载均匀,同时满足设计的强度与刚度要求。如所示为该机的夹紧装置,主要由同轴夹紧框架、夹紧液压缸和支撑定位块组成。

  同轴夹紧框架呈环形,其上设置有夹紧液压缸的安装平台和周向行走装置链条安装的导槽,使用时与待切割管道同轴安装,承受液压缸夹紧反力,同时作为周向行走装置的基座;夹紧液压缸依靠端面法兰安装在同轴夹紧框架上,要求能输出机体工作所需夹紧力,同时能承受一定的力矩;支撑定位块采用模块化设计,根据待切割管道的直径设计成不同的弧形,保高压水喷嘴搭载在水下管道外切割臂上的移动小车上,移动小车通过张紧装置与夹紧装置相联,并实现绕管道的运动。该张紧装置主要由链轮、链条、从动轮和丝杠螺母构成。移动小车齿形链条固定在被切割导管架上,为了适应不同的管径,并保持链条始终紧贴管子处于张紧状态,采用前3个张紧轮和后3个张紧轮的不同组合及张紧螺杆的适当调节来实现。

  外切割臂的张紧装置及周向爬行装置2.3周向爬行装置周向爬行装置由周向液压马达、减速器、齿形链轮、齿形链条、链张紧装置等组成。移动小车通过链张紧装置压紧在机械臂外壳体上,液压马达通过减速器驱动链轮使移动小车沿夹紧装置外圆做周向爬行,形成高压水喷嘴的周向进给运动,同时减速器可对周向爬行速度进行调节,以满足高压水切割作业的实际需要。

  3水下管道外切割臂的液压系统设计3.1液压系统水下管道外切割臂在工作过程中共需要7个执行元件,6个均布在夹紧框架上的夹紧液压缸和1个周向运动液压马达。在液压系统的设计中,需要考虑夹紧缸保压的问题。周向运动马达属于低速双向马达,需要系统保证其低速稳定性。液压系统中夹紧缸采用自动补油的方式进行保压,由于夹紧液压缸的支撑定位块与被切割物外表面曲率相同,可在6个液压缸共同作用下实现自动定心夹紧,所以采用液压缸并联的形式实现其同步运动和速度的控制。周向运动马达的转速利用比例流量阀来控制。设计的液压系统工作原理图如所示。

  液压系统工作原理。2水下液压阀箱普通的液压传动控制元件(换向阀、调速阀、溢流阀等)经常设置在油箱上,通过连接油管与各执行机构联结。而如果水下管道外切割臂的液压控制元件也设置在油箱上,则油源与切割臂的7个执行元件至少需要14根油管相联,这些连接油管不但增大了系统的损失,也使外切割臂的总体质量增加,吊装的难度加大,同时,使得装置在水下的移动变得十分困难。因而在外切割臂的设计中,采用将液压控制阀块集成、封装在密闭箱体中,与船上油源连接的只剩下电缆、输入、输出油管3根管线,减小了吊放、安装的复杂程度,操作方便,提高了外切割臂水下移动的灵活性。
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