自上世纪60年代渤海探井“海一井”以来,我国海洋油气开采技术从一无所有到现在不断成熟进步。考虑海洋油气开采设备的工作使用年限,目前面临的问题是海底油气管道的维修作业以及破损管道的切除更换。 本课题来源于国家自然科学基金项目“深水环境下金刚石串珠绳切割钢基材料及磨损特性研究”,以海底破损油气管道的切割拆除作业作为应用背景,研制适用于16”到24”不同尺寸海底管道切割的、作业深度在500m以浅,可自动调节进给速度的水下金刚石绳锯机。 论文在分析金刚石绳锯机国内外发展应用现状以及相应关键技术研究现状,包括串珠绳张紧力控制和进给速度调节的基础上,根据绳锯机的工作原理及作业工况,考虑金刚石串珠绳的磨损情况,提出一种水下金刚石绳锯机的总体设计方案,并进行了绳锯机本体结构的详细设计。 分析水下金刚石绳锯机切削过程,对串珠绳的受力进行分析,建立串珠绳力学模型;针对张紧力与进给速度之间的耦合关系,通过切削实验确定最佳切削参数,完成耦合控制节流阀的设计及三维建模。 建立控制节流阀的流体仿真模型,通过流体仿真,得到节流阀流量特性曲线,确定串珠绳张紧力对节流阀流量的影响规律并建立数学模型;通过对串珠绳轴向振动的分析,确定其固有振型,研究串珠绳振动对节流阀控制进给速度稳定性的影响。 分析切削参数与串珠绳失效类型间内在联系,确定切削参数对串珠绳寿命的影响规律;分析串珠绳切削过程中串珠表面单颗磨粒脱落失效机理,建立磨粒微观磨损有限元模型,分析金刚石磨粒的形状、位姿以及磨粒的出刃高度和相邻磨粒之间的相互作用等主要因素对磨粒与胎体之间结合强度的影响。