专利名称：水下卧式金刚石绳锯机的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种水下切割作业设备，尤其涉及一种用于海上石油平台导 管架和桩基以及海底破损油气管道等大直径、多种材料填充的管道切割作业的水 下卧式金刚石绳锯机。
(二)
背景技术：
经过几十年的建设，全球海域油气平台(Offshore Oil and Gas Platform)等 结构物的数量愈来愈多(约6500座)，随着油气田的逐步开采，逐渐达到可开采 量的尽头时，其衍生的潜在问题也日趋复杂，例如，开采的经济性，潜在的污染、 对环境的危害等。因此，及时、适时地停止生产，并将废弃结构物进行适当的处 置问题，业已受到全球普遍重视。海洋结构物(海洋平台)的拆除是一个建造新 结构相当或更加复杂的、涉及许多技术领域的综合性系统工作，并且要受到经济、 技术、安全、环境保护等多种因素的制约，是一项极具危险性的工程。而且该工 程本身对海洋环境也是一个潜在的污染源， 一旦发生事故，将造成巨大的损失。 为了保障施工人员的安全，防止海洋环境遭受污染，保护生态平衡，对拆除工程 的全过程必须进行严格的管理。
目前国内还没有进行海上石油平台导管架和桩基切割，对于海底破损油气管 道等小直径、多种材料填充的管道切割作业多采用立式绳锯机来完成，但其主要 用于水平、小直径管道的切割作业。其缺点是夹紧力力小，不利于竖管的切割 作业；适应直径范围小，不适合用于导管架桩基等大直径管道的切割；导向方式 也不利于将切削力传递到机架上。
国外已经在上石油平台导管架和桩基切割方面采用金刚石绳锯切割技术，其 采用V型块定位，由液压缸施力夹紧的结构形式，但其他方面结构形式的介绍较 少。
专利申请号为200520020037.7，名称为"金刚石绳锯机"的实用新型专利 文件中公开的技术方案，也是用于水下管道切割，但是它主要适用于水平放置的、 小直径油气管道等的切割，其整体框架兼做导向，当串珠绳进给时，主动轮、张紧轮及导向轮的支撑臂受力状态不好，严重时会使整个机架发生变形。其固定装 置的夹紧固定部分仅起到夹紧作用，并且其夹紧作用面积小，只适用于水平小直 径管道的切割。
申请号为200520080892.7，名称为"龙门式绳锯切割机"的实用新型专利 文件中公开的技术方案，主要用于石板材的切割，其主要釆用电机驱动主动轮， 张紧部分采用气动方式，因此只能适合于陆上工作。此外，其基座为普通机床的 基座，不能适应在海底这样特殊环境中作业。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够适应水下大管径、多种材料填充管道切割作 业的水下卧式金刚石绳锯机。 本发明的目的是这样实现的
包括夹紧固定部分l、切割部分2、进给部分4及水下液压控制阀箱及检测 系统部分5;所述各部分安装在整体框架上，所述整体框架是由支撑顶板41、支 撑底板42、两根固定导向柱43以及加强筋板44连接构成的龙门式框架结构； 所述夹紧固定部分l包含有V形定位装置ll、液压夹紧装置12、切割框架导向 装置13、滑动导轨重力支撑装置14，其V形定位装置11上设有与整体框架支撑 底板相联的螺栓孔和定位销孔，通过螺栓和定位销将夹紧部分与整体框架联在一 起；所述切割部分2包含有主动轮组件21、张紧轮组件22、导向轮组件23、滑 动导轨24、切割框架25，主动轮组件21依靠主动轮轴套211上的法兰与切割框 架主动侧翼251相联，主动液压马达插入主动轮轴212内，张紧轮组件22依靠 基座221与切割框架的张紧侧翼252的立板相联，两套导向轮组件23分别安装 在两侧翼，并与主动轮213、张紧轮223在同一平面上；所述进给部分包含有进 给液压马达45、变速箱46、蜗轮蜗杆减速器47、丝杠螺母进给装置48，进给液 压马达45通过变速箱46与蜗轮蜗杆减速器47、丝杠螺母进给装置48相联，为 串珠绳6的进给运动提供动力；
本发明还可以包括
1、还包括串珠绳防卡装置3，串珠绳防卡装置3由切口垫片31、垫片支座 32和垫片预紧螺栓33组成，垫片支座31安装在切割框架的两侧翼，切口垫片 31放置在垫片支座32上，并由支座保证垫片与串珠绳6在同一平面上，垫片支座32的侧面设有垫片预紧螺栓33，切口垫片厚度小于串珠绳直径，并且靠近主 动轮213方向一侧制成楔形。
2、 所述固定导向柱的主体431为钢管，固定导向柱的两端部432与固定导 向柱的主体431为两体结构，固定导向柱的主体431与固定导向柱的两端部432 焊接。
3、 整体框架上的加强筋板44也与V形定位装置11相联。
4、 立板与进给方向成45度，使串珠绳的张紧合力尽量沿着张紧丝杠222的 轴向方向。
5、所述水下液压控制阀箱及检测系统5安装在绳锯机本体上，检测系统和 液压控制阀均安装放在密闭的阀箱内，电缆和数据线等通过水密接头引出阀箱外 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。
为了适应海上工程发展的需要，比如对海底破损油气管道、海上废弃油田平 台的导管架和桩基的切割等等，能够适应水下大管径、多种材料填充管道切割 作，本发明设计出了水下卧式金刚石绳锯机。这种水下金刚石绳锯机夹紧力大、 操作简便，完成切割作业时，整机受力状态更好，工作更加平稳、可靠。
本发明的结构设计合理，能适应水下竖管作业方式和环境的特殊需要。该绳 锯机能够夹紧在大直径管道上，夹紧力能够克服重力和进给力产生的弯矩；同时， 径向进给的导向柱与导向套分别设置在切割框架和夹紧框架上，这种设计方式能 使进给力通过夹紧装置最终作用在被切割管道上，改善了绳锯机的整体受力状 态，有效避免了丝杠变形，保证金刚石绳锯机的正常作业，作业效果明显改善。
图1为本发明水下卧式金刚石绳锯机的整体结构示意图。
图2为本发明水下卧式金刚石绳锯机的夹紧固定部分结构示意图。
图3为本发明水下卧式金刚石绳锯机的切割部分结构示意图。
图4为本发明水下卧式金刚石绳锯机的防卡装置结构示意图。
图5为本发明水下卧式金刚石绳锯机的进给部分结构示意图。
图6为本发明水下卧式金刚石绳锯机的液压控制阀箱及检测系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述-
结合图l。本发明的水下卧式金刚石绳锯机包括夹紧固定部分l、切割部分 2、串珠绳防卡装置3、进给部分4及水下液压控制阀箱及检测系统5等部分组 成，使用时呈卧式状态抱紧在待切割工件7上。其整体框架是由支撑顶板41、 支撑底板42、两根固定导向柱43以及加强筋板44等构成的龙门式框架结构， 并根据实际作业时的受力情况，将加强筋设置成了桁架式的结构，保证了整体框 架的强度和刚度要求，这种框架式的结构工作可靠性高，抗振性和抗冲击性好。 为减轻联接框架的重量，固定导向柱主体431采用钢管，固定导向柱两端部432 与支撑顶板和底板安装部分另行制造后与钢管焊接而成，导向柱表面镀铬，能起 到防锈的作用，同时导向柱与顶板和底板的垂直度必须严格按照要求加工和装 配，以保证导向的精度和可靠性。
同时结合图2。所述夹紧固定部分l包含有V形定位装置ll、液压夹紧装 置12、切割框架导向装置13、滑动导轨重力支撑装置14等。其V形定位装置 II上设有与整体框架支撑底板相联的螺栓孔和定位销孔，通过螺栓和定位销将 夹紧部分与整体框架联在一起，并确保切割框架上的固定导轨43的安装位置准 确。同时，整体框架上的桁架式加强筋44也与V形定位装置11相联，加强了绳 锯机的整体刚性。
同时结合图3。所述切割部分包含有主动轮组件21、张紧轮组件22、导向 轮组件23、滑动导轨24、切割框架25。主动轮组件21依靠主动轮轴套211上 的法兰与切割框架主动侧翼251相联，为减轻重量，主动轮轴套采用铝材制成； 主动液压马达插入主动轮轴212内，减小了主动轮组件的轴向长度；张紧轮组件 22依靠基座221与切割框架的张紧侧翼252的立板相联，立板与进给方向成45 度，使串珠绳的张紧合力尽量沿着张紧丝杠222的轴向方向，确保张紧轮组件 22有良好的承力状态；两套导向轮组件23分别安装在两侧翼，并与主动轮213、 张紧轮223在同一平面上，它们共同将封闭的串珠绳6支撑成四边形，并能使串 珠绳6在主动轮213的带动下做循环运动。
同时结合图4。串珠绳防卡装置3由切口垫片31、垫片支座32和垫片预紧 螺栓33组成。垫片支座31安装在切割框架的两侧翼，切口垫片31放置在垫片支座32上，并由支座保证垫片与串珠绳6在同一平面上，垫片支座32的侧面设 有垫片预紧螺栓33,主要起到顶紧垫片的作用，当垫片随串珠绳进入到切口内 时，由于与被切割工件7的接触面积不断增加，摩擦力也不断增加，当摩擦力大 于垫片顶紧螺栓的预紧力时，垫片脱落，留在切口内，保证切口不会由于被切割 件的重力作用而闭合。切口垫片厚度应小于串珠绳直径，并且靠近主动轮213方 向一侧制成楔形，便于切口垫片进入切口。
同时结合图5。所述进给部分包含有进给液压马达45、变速箱46、蜗轮蜗 杆减速器47、丝杠螺母进给装置48等。变速箱46可实现减速和增速，以适应 串珠绳6慢速进给和快速退回的需要；蜗轮蜗杆减速器47和丝杠螺母48能实现 大速比的减速作用，同时丝杠螺母48推动与之相联的切割部分2实现串珠绳6 的进给和退回运动；进给液压马达45通过变速箱46与蜗轮蜗杆减速器47、丝 杠螺母进给装置48相联，为串珠绳6的进给运动提供动力。
所述水下液压控制阀箱及检测系统5安装在绳锯机本体上，检测系统和液 压控制阀均安装放在密闭的阀箱内，电缆和数据线等通过水密接头引出阀箱外与 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。
本发明的水下卧式金刚石绳锯机的工作过程为
① 根据待切割管道的直径，确定水下卧式金刚石绳锯机夹紧瓣的选用尺寸， 通过绳锯机液压控制系统控制水下金刚石绳锯机夹紧装置的夹紧瓣处于完全张 开的状态，通过整机操作界面，将夹紧装置的夹紧主要参数，即夹紧液压缸的压 力、流量输入到操作系统中，然后利用工作母船上的起吊装置，将水下卧式金刚 石绳锯机吊放入水。
② 在潜水员的配合下将，将绳锯机下放到带切割管道附件，并完成初定位， 根据潜水员发出的夹紧指令，母船上的操作人员按下控制面板上的夹紧按钮，完 成夹紧动作后，再按下保持按钮，绳锯机处于夹紧保压状态。夹紧瓣上的滚轮主 要起到减小摩擦的作用。
③ 夹紧动作完成后，潜水员撤离到安全区，向工作母船发出切削指令，母 船上的操作人员按下切削按钮，绳锯机主动轮高速旋转，带动串珠绳做相对管道 的切向运动。 切向运动稳定后，潜水员发出进给指令，母船上的操作人员按下自动按 钮，绳锯机的进给部分可根据管道的直径自行调整快进和工进的速度，即自动完 成切割部分相对管道的径向进给运动。此时，潜水员可返回到工作母船上待命。
通过水下卧式金刚石绳锯机控制面板上显示的位移和压力，判断切割作 业完成后，停止进给运动和切削运动，此时绳锯机仍然处于夹紧保持状态。
潜水员下潜到绳锯机附近，将串珠绳张紧装置放松，使串珠绳自动脱开 废弃丢在海底，或者由潜水员使用专门的剪断器将串珠绳剪断带回到工作母船 上。
⑦ 由潜水员将工作母船上的吊装设备与绳锯机联接，确认联接可靠后，潜 水员远离，并向工作母船发出指令，操作人员通过操作系统发出放松指令实施放 松动作，使夹紧液压缸实施放松动作，通过压力表观察，当压力急剧下降时，即 确定放松动作完成。
⑧ 将绳锯机控制系统断电停止，工作母船上的吊装设备启动，将绳锯机吊 回到工作母船上，并放置在专用托架上。
◎启动绳锯机，操作人员通过控制面板，发出快退指令，绳锯机的切割框 架退回到原位后，关闭控制系统。
⑩根据保养手册，对绳锯机进行及时的养护。
权利要求
1、一种水下卧式金刚石绳锯机，包括夹紧固定部分(1)、切割部分(2)、进给部分(4)及水下液压控制阀箱及检测系统部分(5)；其特征是所述各部分安装在整体框架上，所述整体框架是由支撑顶板(41)、支撑底板(42)、两根固定导向柱(43)以及加强筋板(44)连接构成的龙门式框架结构；所述夹紧固定部分(1)包含有V形定位装置(11)、液压夹紧装置(12)、切割框架导向装置(13)、滑动导轨重力支撑装置(14)，其V形定位装置(11)上设有与整体框架支撑底板相联的螺栓孔和定位销孔，通过螺栓和定位销将夹紧部分与整体框架联在一起；所述切割部分(2)包含有主动轮组件(21)、张紧轮组件(22)、导向轮组件(23)、滑动导轨(24)、切割框架(25)，主动轮组件(21)依靠主动轮轴套(211)上的法兰与切割框架主动侧翼(251)相联，主动液压马达插入主动轮轴(212)内，张紧轮组件(22)依靠基座(221)与切割框架的张紧侧翼(252)的立板相联，两套导向轮组件(23)分别安装在两侧翼，并与主动轮(213)、张紧轮(223)在同一平面上；所述进给部分包含有进给液压马达(45)、变速箱(46)、蜗轮蜗杆减速器(47)、丝杠螺母进给装置(48)，进给液压马达(45)通过变速箱(46)与蜗轮蜗杆减速器(47)、丝杠螺母进给装置(48)相联，为串珠绳(6)的进给运动提供动力；
2、 根据权利要求1所述的水下卧式金刚石绳锯机，其特征是还包括串 珠绳防卡装置(3)，串珠绳防卡装置(3)由切口垫片(31)、垫片支座(32)和垫片 预紧螺栓(33)组成，垫片支座(31)安装在切割框架的两侧翼，切口垫片(31)放 置在垫片支座(32)上，并由支座保证垫片与串珠绳(6)在同一平面上，垫片支座 (32)的侧面设有垫片预紧螺栓(33)，切口垫片厚度小于串珠绳直径，并且靠近 主动轮(213)方向一侧制成楔形。
3、 根据权利要求2所述的水下卧式金刚石绳锯机，其特征是所述固定导 向柱的主体(431)为钢管，固定导向柱的两端部(432)与固定导向柱的主体(431) 为两体结构，固定导向柱的主体(431)与固定导向柱的两端部(432)焊接。
4、 根据权利要求3所述的水下卧式金刚石绳锯机，其特征是整体框架上 的加强筋板(44)也与V形定位装置(11)相联。
5、 根据权利要求4所述的水下卧式金刚石绳锯机，其特征是立板与进给方向成(45)度，使串珠绳的张紧合力尽量沿着张紧丝杠(222)的轴向方向。
6、根据权利要求5所述的水下卧式金刚石绳锯机，其特征是所述水下液压控制阀箱及检测系统(5)安装在绳锯机本体上，检测系统和液压控制阀均安 装放在密闭的阀箱内，电缆和数据线等通过水密接头引出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。
全文摘要
本发明提供的是一种水下卧式金刚石绳锯机。包括夹紧固定部分(1)、切割部分(2)、串珠绳防卡装置(3)、进给部分(4)及水下液压控制阀箱及检测系统(5)等部分组成，使用时呈卧式状态抱紧在待切割工件(7)上。这种水下金刚石绳锯机夹紧力大、操作简便，完成切割作业时，整机受力状态更好，工作更加平稳、可靠。能适应水下竖管作业方式和环境的特殊需要。该绳锯机能够夹紧在大直径管道上，夹紧力能够克服重力和进给力产生的弯矩；同时，径向进给的导向柱与导向套分别设置在切割框架和夹紧框架上，这种设计方式能使进给力通过夹紧装置最终作用在被切割管道上，改善了绳锯机的整体受力状态，有效避免了丝杠变形，保证金刚石绳锯机的正常作业，作业效果明显改善。
文档编号B23D57/00GK101612683SQ20091007253
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月17日 优先权日2009年7月17日
发明者孟庆鑫, 岚 张, 茁 王, 王立权, 陈东良 申请人:哈尔滨工程大学