随着我国向深海油气领域的进军,海底管道数量与日俱增,对管道的维护、维修的工作量也在不断增加。而我国水下应急维修技术与国外相比有很大差距,这已成为制约我国海洋油气开发的重要因素之一。因此深水管道维修作业技术的研究意义重大。本课题来源于国家重大科技专项——深水水下应急维修装备与技术——深水水下应急维修作业工机具开发。项目研究旨在缩短与国外在深水应急维修技术方面的差距。本论文综述了国内外深水管道维修装备的发展现状、各种装备的性能特点与作业能力,概述了各种深水维修装备所使用的作业刀具及其特点。本文研究了深水管道切割机具的总体方案,说明了深水管道切削刀具与夹持机构的相互作用关系。本文根据深水管道切割机具的作业工况和作业要求,设计了专门用于深水管道切割作业的复合刀具,合理选取刀具材料,并进行结构参数设计。本文基于正交切削理论建立了适用于大壁厚管道切断作业的大背吃刀量铣削力的平均力数学模型,推导出了适用于大壁厚管道大背吃刀量切削的切削力计算公式,进行了基于ABAQUS的不同切削速度下的复合刀具切削模拟仿真,通过仿真获得了不同切削速度下的切削力数据。本文就深水管道切割机具的切断作业过程中夹持机构夹紧管道进行了力学建模,并基于ADAMS对机具夹持机构进行了力学仿真,通过仿真研究了洋流作用和切削抗力作用对机具夹持机构的夹持稳定性的影响;本文进行了复合刀具切削深水管道实验,通过实验研究了一定范围内不同的进给速度和主轴转速对复合刀具切削力大小的影响规律,从而确定出一组合理的适用于深水管道切割的铣削用量,并将实验结果与复合刀具作业过程切削力模拟仿真结果进行对比,验证了切削仿真的准确性和可信度。通过切割深水管道的陆上实验验证了夹持机构力学仿真分析的正确性。本文通过对深水管道切割机具的复合刀具的仿真与实验研究以及对深水管道切割机具的切割管道作业过程的力学分析与实验研究,为深水管道切割机具机械本体的优化设计和液压控制系统设计提供数据参考和指导。