高壓水切割管道外切割臂設(shè)計(jì)

　　高壓水射流切割是一種新型的切割方法，近20年來(lái)得到迅速發(fā)展。其用途和優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在難加工材料方面，并能同時(shí)對(duì)金屬及非金屬材料進(jìn)行切割，因此有著十分廣闊的應(yīng)用前景。

　　目前，高壓水射流切割已經(jīng)在海洋工程中得到廣泛應(yīng)用。在海洋工程中經(jīng)常涉及各種管狀構(gòu)件的切割作業(yè)，這就需要一種特殊的裝夾設(shè)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(yùn)動(dòng)。為此，設(shè)計(jì)了一種能夠在水下工作的高壓水切割管道外切割臂，協(xié)助高壓水射流切割機(jī)完成海管或?qū)Ч芗芑那懈钭鳂I(yè)。

　　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(guò)液壓裝置驅(qū)動(dòng)和控制其運(yùn)動(dòng)。

　　水下外切割臂工作時(shí)，先借助工作母船上的吊裝設(shè)備，將外切割臂套進(jìn)待切割管狀物，并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(jī)座；周向爬行裝置采用鏈傳動(dòng)的方式帶動(dòng)高壓水噴嘴完成周向切割作業(yè)；張緊裝置用于保證周向爬行裝置的傳動(dòng)鏈在工作過(guò)程中始終處于張緊狀態(tài)，確保周向運(yùn)動(dòng)所需的張緊力；水下液壓控制閥箱安裝在外切割臂本體上，檢測(cè)系統(tǒng)和液壓控制閥均安裝在密閉的閥箱內(nèi)，電纜和數(shù)據(jù)線等通過(guò)水密接頭引到閥箱外與母船上的控制柜相聯(lián)，主油路和各個(gè)執(zhí)行元件的進(jìn)出油管通過(guò)快換接頭與油源和執(zhí)行元件相聯(lián)。

　　2水下管道外切割臂的總體設(shè)計(jì)根據(jù)海洋工程的實(shí)際需要，針對(duì)48〃導(dǎo)管架基，設(shè)計(jì)了一種水下管道外切割臂，它能適應(yīng)水下工作環(huán)境和高壓水射流切割管狀物的特殊需要，整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)便，均布夾緊的方式能夠保證切割作業(yè)的平穩(wěn)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(tài)“夾緊設(shè)計(jì)，可以使外切割臂機(jī)體穩(wěn)定地固定在待切割管狀物上，切削作業(yè)過(guò)程中不易引起機(jī)體振動(dòng)，有利于保證切口位置的準(zhǔn)確性。

　　根據(jù)水下管道外切割臂的實(shí)際作業(yè)工況，設(shè)計(jì)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(zhì)量，又能使各零部件承載均勻，同時(shí)滿足設(shè)計(jì)的強(qiáng)度與剛度要求。如所示為該機(jī)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(huán)形，其上設(shè)置有夾緊液壓缸的安裝平臺(tái)和周向行走裝置鏈條安裝的導(dǎo)槽，使用時(shí)與待切割管道同軸安裝，承受液壓缸夾緊反力，同時(shí)作為周向行走裝置的基座；夾緊液壓缸依靠端面法蘭安裝在同軸夾緊框架上，要求能輸出機(jī)體工作所需夾緊力，同時(shí)能承受一定的力矩；支撐定位塊采用模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)待切割管道的直徑設(shè)計(jì)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(dòng)小車上，移動(dòng)小車通過(guò)張緊裝置與夾緊裝置相聯(lián)，并實(shí)現(xiàn)繞管道的運(yùn)動(dòng)。該張緊裝置主要由鏈輪、鏈條、從動(dòng)輪和絲杠螺母構(gòu)成。移動(dòng)小車齒形鏈條固定在被切割導(dǎo)管架上，為了適應(yīng)不同的管徑，并保持鏈條始終緊貼管子處于張緊狀態(tài)，采用前3個(gè)張緊輪和后3個(gè)張緊輪的不同組合及張緊螺桿的適當(dāng)調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　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(dá)、減速器、齒形鏈輪、齒形鏈條、鏈張緊裝置等組成。移動(dòng)小車通過(guò)鏈張緊裝置壓緊在機(jī)械臂外殼體上，液壓馬達(dá)通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)鏈輪使移動(dòng)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(jìn)給運(yùn)動(dòng)，同時(shí)減速器可對(duì)周向爬行速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足高壓水切割作業(yè)的實(shí)際需要。

　　3水下管道外切割臂的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1液壓系統(tǒng)水下管道外切割臂在工作過(guò)程中共需要7個(gè)執(zhí)行元件，6個(gè)均布在夾緊框架上的夾緊液壓缸和1個(gè)周向運(yùn)動(dòng)液壓馬達(dá)。在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，需要考慮夾緊缸保壓的問(wèn)題。周向運(yùn)動(dòng)馬達(dá)屬于低速雙向馬達(dá)，需要系統(tǒng)保證其低速穩(wěn)定性。液壓系統(tǒng)中夾緊缸采用自動(dòng)補(bǔ)油的方式進(jìn)行保壓，由于夾緊液壓缸的支撐定位塊與被切割物外表面曲率相同，可在6個(gè)液壓缸共同作用下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定心夾緊，所以采用液壓缸并聯(lián)的形式實(shí)現(xiàn)其同步運(yùn)動(dòng)和速度的控制。周向運(yùn)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速利用比例流量閥來(lái)控制。設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)工作原理圖如所示。

　　液壓系統(tǒng)工作原理。2水下液壓閥箱普通的液壓傳動(dòng)控制元件（換向閥、調(diào)速閥、溢流閥等）經(jīng)常設(shè)置在油箱上，通過(guò)連接油管與各執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié)。而如果水下管道外切割臂的液壓控制元件也設(shè)置在油箱上，則油源與切割臂的7個(gè)執(zhí)行元件至少需要14根油管相聯(lián)，這些連接油管不但增大了系統(tǒng)的損失，也使外切割臂的總體質(zhì)量增加，吊裝的難度加大，同時(shí)，使得裝置在水下的移動(dòng)變得十分困難。因而在外切割臂的設(shè)計(jì)中，采用將液壓控制閥塊集成、封裝在密閉箱體中，與船上油源連接的只剩下電纜、輸入、輸出油管3根管線，減小了吊放、安裝的復(fù)雜程度，操作方便，提高了外切割臂水下移動(dòng)的靈活性。

　　水下管道外切割臂的水下閥箱如所示，它固定在機(jī)體上，可隨機(jī)體一同吊入水中進(jìn)行作業(yè)，通過(guò)油管和水密電纜與船上動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸和實(shí)時(shí)通外切割臂的信，以滿足水下管道外切割臂水下閥箱水中控制的要求。

　　4結(jié)束語(yǔ)介紹了一種高壓水射流切割管狀物的輔助設(shè)（下轉(zhuǎn)第79頁(yè)）件可以捕獲并處理通訊事件，還可以檢查和處理通訊錯(cuò)誤。接收數(shù)據(jù)通過(guò)comEvReceive來(lái)響應(yīng)，并從MSComm.Input中讀入數(shù)據(jù)。

　　現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)從工控機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出，進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，監(jiān)控中心查詢到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)解析后均采用Excel表格來(lái)存儲(chǔ)，放在歷史記錄文件夾中。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)置的主要代碼如下：4結(jié)束語(yǔ)在煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，利用Modem進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、記錄和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)的監(jiān)控，并實(shí)時(shí)的傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，大大方便了工作人員。軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，采用AT指令即可實(shí)現(xiàn)撥號(hào)連接和掛斷；硬件實(shí)現(xiàn)容易，基本不受地域的限制，而且成本低，無(wú)須額外投入設(shè)計(jì)專用網(wǎng)絡(luò)，使用現(xiàn)成的公用電話網(wǎng)即可。目前，該遠(yuǎn)程通訊方式已經(jīng)在我國(guó)多個(gè)電廠現(xiàn)場(chǎng)的CEMS中應(yīng)用，并在CEMS國(guó)家環(huán)保認(rèn)證中得到了國(guó)家環(huán)保監(jiān)測(cè)總站的認(rèn)可。因此，在CEMS中使用Modem遠(yuǎn)程通訊將會(huì)是一種有效、可靠和持久的方式。