本发明涉及一种水下非闭合周向切割转动刀盘驱动机构，是一种适用于水下多种作业机具的轴向切割进给装置。
背景技术
伴随着我国海洋石油天然气开发不断有新的进展，油气产量的逐年增加，对于海洋资源开发技术的要求也越来越高，转动刀盘驱动机构是水下多功能维修作业机具的重要设备，其主要作用是作为三个作业刀具的载体，三个作业刀具均固定在转动刀盘上，在整个管道维修作业过程中，刀具随着刀盘的转动对管道进行周向切割；作为维修机具的主进给，刀盘的转动驱动作业刀具沿周向产生进给。目前国内在水下管道作业方面，国内技术处于刚刚起步状态，有关水下作业方面的研究工作一直很少，国际水下管道维修作业技术并没有普及，关键技术被世界几家公司垄断，其中，以美国的wachs、sonsub、oceaneering等公司和英国pipe公司为代表。到目前为止，我国海底石油管道铺设时间达到了几十年普遍。石油管道长期处于深海高压力、低温的恶劣环境中，同时还受各种混合物以及腐蚀物的侵蚀，很容易发生损坏失效现象。管道维修主要包括管道前期处理、管道连接以及管道后期的防护处理等程序，而水下管道多功能维修机具完成管道前期处理过程，如管道切割、坡口、钻孔、打磨等作业。水下环境中存在洋流、地形、水下生物等很多不可预测的因素，同时低温、低能见度、通信条件差等因素的存在将使得整个作业存在很大的难度。
技术实现要素：
本发明的目的是为了实现水下作业机具的非封闭刀盘实现360°的环形加工，以及为保证作业的平稳和精确而提供一种水下非闭合周向切割转动刀盘驱动机构，且传动系统需提供一个进给平稳的环境，不能有空程或间隙而产生抖动的现象。
本发明的目的是这样实现的：包括刀盘支撑板、通过立柱与刀盘支撑板连接的固定导轨、刀具支撑板、通过承载板与刀具支撑板连接的齿圈，所述刀盘支撑板的外端面上还安装有液压马达，液压马达的输出端通过减速机构连接有蜗杆，所述刀盘支撑板上还对称设置有两根蜗轮轴，每个蜗轮轴的一端安装有蜗轮、另一端安装有小齿轮，且两个蜗轮均与蜗杆啮合，两个小齿轮均与齿圈啮合，在刀具支撑板上还均匀设置有两圈滚轮，所述固定导轨的两侧通过设置的凸起卡在两圈滚轮中。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述齿圈、刀盘支撑板、固定导轨、刀具支撑板的横截面形状均为c形。
2.所述承载板沿着刀具支撑板的周向等间距设置。
3.所述立柱沿着刀盘支撑板的周向等间距设置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明传动力大、减速比大；同时保证了传动的平稳，减小切削中的振动现象，结构紧凑，具有自锁功能。本发明采用多个滚轮均布与刀盘外沿的一个与刀盘转动中心的一个圆上，提高了其支撑强度和稳定性，同时有效保证刀盘旋转时与管道的同心度，进而保证周向切割时刀具切削深度的稳定。整个管道维修作业过程中，刀具随着刀盘的转动对管道进行周向切割；作为维修机具的主进给，刀盘的转动驱动作业刀具沿周向产生进给。本发明为三个刀具和作业进给提供可靠的保证，具有较高的强度和稳定性的特点。
附图说明
图1是旋转刀盘主体三维结构图；
图2是旋转刀盘主体结构正视图；
图3是刀盘传动机构三维结构图；
图4是刀盘传动机构正视图图；
图5是刀盘传动机构右视图；
图6是本发明的爆炸分解图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
水下非封闭周向切割转动刀盘驱动机构的三个作业刀具载体，自身应具有足够的尺寸和强度，考虑机具定位时与管道同轴，刀盘中心需要预留最大作业管道尺寸的空间，同时，机具与管道定位安装时，整个机具是竖直方向下放到管道表面，所以，转动刀盘则需开口，开口宽度应比管道尺寸大，才能保证管道与刀盘同心。本发明提出的水下非闭合周向切割转动刀盘驱动机构，具体由以下几个结构模块组成：作业刀具支撑板1、齿圈2、刀盘支撑板4、固定导轨5、滚轮6、蜗杆7、蜗轮8、小齿轮9。承载作业刀具的部分为板状开口圆形结构的作业刀具支撑板1，该结构具有足够的强度承受三个作业刀具。本发明的末端采用齿轮传动，为了节约材料，减小加工难度，设计与承载刀具板尺寸相当的齿圈2，该齿圈与承载板3固定。为了实现刀盘的转动，设计固定于机具上的刀盘支撑板4，承载板与齿圈相对于此板块转动，且保持同轴。为了使转动刀盘能沿轴转动，需减小转动刀盘与固定导轨5之间的摩擦力，在两者之间增加若干个滚轮6，变滑动为滚动。液压马达经过减速机构驱动两个对称的蜗轮8蜗杆7运动，蜗轮7和小齿轮9在同一个输出轴上，这样运动最终传到小齿轮9上，小齿轮通过与刀盘上的齿圈2啮合带动整个刀盘1运动。齿圈2和刀盘1通过机械结构固定连接，整个刀盘安装在刀盘支撑板4上。
在水下管道维修作业的过程中，所有的控制均由海上作业人员实现，因此，从作业机具的安装到作业完成后的回收，由rov辅助进行管道维修作业。对于破坏相对严重的管道，需要切除受损部分，更换新的管道，在此过程中，受损管道的切割、端面的处理、管道外表面的处理等工作均由该机具完成。
其中作业刀具支撑板1结构主要用来承载三个作业刀具，结合实际管道的作业情况，将该板块进行“c”形开口，保证机具能够骑在管道上，并且实现管道与刀盘回转中心同轴。
齿圈2为刀盘传动系统的末端，通过连接块与刀具支撑板1形成固定联接，作业过程中，传动机构将驱动齿圈转动，带动整个刀盘支撑架的转动，完成刀具作业过程中的主进给运动。
滚轮6是用来连接转动刀盘和固定导轨5，变滑动为滚动，减小了刀盘转动时系统的摩擦力，同时，整个转动刀盘借助滚轮定位在固定导轨上，本机构采用多个滚轮均布与刀盘外沿的一个与刀盘转动中心的一个圆上，提高了其支撑强度和稳定性，同时有效保证刀盘旋转时与管道的同心度，进而保证周向切割时刀具切削深度的稳定。
固定导轨5固定在维修机具的刀盘支撑板4上，与维修机具固定，用来支撑转动刀盘的运动。
刀盘支撑板4与机具主体相连接，用来支撑整个作业机构，保证整个作业机构在作业时候的稳定性。
液压马达经过减速机构驱动蜗杆8和两个对称的蜗轮7运动，蜗轮7和小齿轮9在同一个输出轴上，这样运动最终传到小齿轮9上，小齿轮通过与刀盘上的齿圈2啮合带动整个刀盘1运动。齿圈2和刀盘1通过机械结构固定连接，整个刀盘安装在半圆形的支撑件4上。
作业刀具支撑板1结构主要用来承载三个作业刀具，结合实际管道的作业情况，将该板块进行“c”形开口，保证管道与刀盘回转中心同轴。齿圈2为刀盘传动系统的末端，通过连接块与刀具支撑板1形成固定联接，作业过程中，传动机构将驱动齿圈转动，带动整个刀盘支撑架的转动，完成刀具作业过程中的主进给运动。滚轮6是用来连接转动刀盘和固定弧形导轨5，变滑动为滚动，大大地减小了转动中的摩擦力，同时，整个转动刀盘借助滚轮定位在固定块上，本机构采用多个滚轮均布与刀盘外沿的一个与刀盘转动中心的一个圆上，提高了其支撑强度和稳定性。固定导轨5固定在维修机具的刀盘支撑板上，与维修机具固定，用来支撑转动刀盘的运动。刀盘支撑板4与机具主体相连接，用来支撑整个作业机构，保证整个作业机构在作业时的稳定性。
如图1所示，分析本机具传动机构应具有的要求：传动力大、减速比大；同时为了保证传动的平稳，减小切削中的振动现象，要求传动机构结构上不能有间隙，结构紧凑；动力系统不能保持高负载的作业状态，要求其具有自锁功能。综合以上传动方式的特点，本机构的减速传动方式选择蜗轮蜗杆方式，该传动方式比较合理的满足使用要求并且采用两级蜗轮蜗杆减速，有效的降低了刀盘的转速，提高了其转矩。对于末端与齿圈啮合的结构则采用直齿齿轮传动方式。
确定了转动刀盘传动方式，其结构形式和装配位置对机具的总体布局有很大的影响，在此，主要的目标就是满足转动刀盘的实时处于啮合状态，解决由于“c”形开口的限制而使得转动刀盘与传动机构传动产生脱离的问题。
如图2所示，根据齿圈2的结构形式，单点啮合是无法实现齿圈2的实时啮合，当啮合点运动到开口处时，必然会产生脱离的现象。因此，为了实现实时啮合，保证稳定的传动，末端啮合点至少应该为两个，在一个啮合点处于脱离状态时，另外一个啮合点起到传动的作用。基于这种思路，两个啮合点的相对于齿圈的圆心角必须大于“c”形开口边对应的圆心角，这样才能保证两个啮合点至少其中的一点能与齿圈保持实时啮合。为此，提出该传动机构的结构方案：
为实现较大减速比的传动，并具有较大的传动力矩，保证机具进给的平稳，该传动机构采取蜗轮蜗杆7的传动方式。
确保齿圈实时处于啮合状态，本机构采取两点与齿圈2同步啮合方式，一个动力系统同步驱动两点齿轮8的转动。
如图3所示，为保证两点齿轮能够同步，动力源经过两级减速后输出给两个同步的两点齿轮8，提高传动的平稳性。液压马达经过减速机构驱动两个对称的蜗轮7蜗杆8运动，蜗轮7和小齿轮9在同一个输出轴上，这样运动最终传到小齿轮9上，小齿轮通过与刀盘上的齿圈2啮合带动整个刀盘1运动。齿圈2和刀盘1通过机械结构固定连接，整个刀盘安装在半圆形的支撑件4上。
如图4所示，基于以上方案，采取对称传递方式，将输入齿轮设置于两个蜗杆7中间，这样布局的好处在于：输入端驱动俩对称蜗杆的转动，平衡两个蜗杆7所受到的扭矩，两个蜗杆7处于同样的扭曲状态，如此产生相同的微量扭曲变形，保证输出同步；由于“c”形刀盘1开口的限制，两个蜗轮7之间的距离应满足实现刀盘实时啮合的最小距离，两个蜗轮7之间有足够的空间建立输入装置，减小了机具的尺寸，平衡机具两侧重量，结构上更加紧凑。
综上，本发明提供的是水下非闭合周向切割转动刀盘驱动机构，该机构包括两个部分：转动刀盘主体机构；转动刀盘传动机构。转动刀盘在本机具中有两个作用：作为三个作业刀具的载体，三个作业刀具均固定在转动刀盘上，在整个管道维修作业过程中，刀具随着刀盘的转动对管道进行周向切割；作为维修机具的主进给，刀盘的转动驱动作业刀具沿周向产生进给。本发明具有转动刀盘的结构必须为三个刀具和作业进给提供可靠的保证，应具有较高的强度和稳定性的特点。