海洋廢棄平臺樁基拆除繩鋸機研制及其動力學(xué)研究.pdf

1、隨著海洋石油工業(yè)的迅猛發(fā)展，廢棄的油氣平臺越來越多，如何安全、環(huán)保、經(jīng)濟的拆除掉這些平臺，成為世界各國海洋工程公司越來越關(guān)心的問題。金剛石繩鋸機在廢棄平臺樁基拆除領(lǐng)域的應(yīng)用歷史不長，但是它在此領(lǐng)域的優(yōu)勢越來越為人們所認識。我國在該項技術(shù)發(fā)展方面起步較晚，提出研制一種繩鋸機使它完成廢棄平臺樁基拆除任務(wù)，并且能安全、穩(wěn)定和高效的工作越來越成為該領(lǐng)域急需解決的一項關(guān)鍵技術(shù)。 本課題來源于中國海洋石油總公司科技發(fā)展計劃項目(項目編號：C

2、/KJFH001—2005)，此項目是以國家“863”計劃重大專項(項目編號：2002AA6020212—1)“渤海大油田勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”所屬專題“海底管道修復(fù)技術(shù)”中的管道切割金剛石繩鋸機技術(shù)為基礎(chǔ)。目的是研制出一種能夠完成廢棄平臺樁基拆除任務(wù)的金剛石繩鋸機，并且對其關(guān)鍵技術(shù)進行研究，提高它的智能化作業(yè)水平，為我國的海洋石油工程進行技術(shù)儲備，進而為參與國際市場競爭打下一定的基礎(chǔ)。 論文綜述了國內(nèi)外海洋廢棄平臺樁基拆除的現(xiàn)狀及

3、其常用的五種切割方法，并且對它們進行了分析比較，其中重點概述了金剛石繩鋸機的發(fā)展歷程及其在樁基拆除領(lǐng)域的最新進展。 根據(jù)廢棄平臺樁基拆除繩鋸機的技術(shù)要求，參考國外的設(shè)計經(jīng)驗，考慮國內(nèi)現(xiàn)有的技術(shù)條件，提出了廢棄平臺樁基拆除繩鋸機的總體方案，包括機械本體結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)和檢測控制系統(tǒng)。在充分論證的基礎(chǔ)上，完成了機械本體各部分結(jié)構(gòu)和測控系統(tǒng)的設(shè)計，研制出了廢棄平臺樁基拆除繩鋸機工程樣機。 文中對繩鋸機夾緊裝置的最小夾緊力計算進行

4、了研究。針對繩鋸機工作時的特殊受力狀態(tài)，進行了模型簡化，對夾緊位置處的受力進行了理論分析，并且證明了繩鋸機夾緊裝置能實現(xiàn)型封閉。分別對繩鋸機靜態(tài)條件下一次夾緊，分步夾緊兩種情況進行了分析，提出了各自條件下最小夾緊力的多目標(biāo)優(yōu)化求解數(shù)學(xué)模型。分析了夾緊瓣與樁基接觸部分在夾緊時的動態(tài)相互作用后，提出了動態(tài)條件下的最小夾緊力多目標(biāo)優(yōu)化求解數(shù)學(xué)模型。根據(jù)繩鋸機的實際作業(yè)工況，采用三種數(shù)學(xué)模型對最小夾緊力進行了求解。比較三種計算結(jié)果，為繩鋸機的結(jié)

5、構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和液壓系統(tǒng)的設(shè)計提供了一定的理論依據(jù)。 根據(jù)繩鋸機切割框架的結(jié)構(gòu)，采用圖形理論建模法，建立了串珠繩閉環(huán)切割運動的動力學(xué)方程。分析了驅(qū)動輪與串珠繩之間的相互作用，得到了驅(qū)動輪穩(wěn)定和非穩(wěn)定運行情況下的力矩傳遞計算方法。分析了串珠繩切割運動時的橫向振動誘因，建立了橫向振動的動力學(xué)方程，將方程的求解結(jié)果與實驗相結(jié)合，提出了切割樁基時減小串珠繩橫向振動的切割工藝。針對串珠繩切割單層管樁基的沖擊特性，進行了理論分析，得到了串珠繩軸

6、向沖擊時的動力學(xué)模型，采用有限元瞬態(tài)動力學(xué)仿真的方法對沖擊過程進行了仿真，分析了仿真結(jié)果。通過實驗比較了切割單層管樁基和復(fù)合樁基時串珠繩的工作狀態(tài)和切割后的樁基斷面，并且得到了切割單層管樁基時切割效率與串珠間距的關(guān)系。 通過分析國內(nèi)外現(xiàn)有的柔性體張力檢測裝置，針對廢棄平臺樁基拆除繩鋸機的實際工作特點，自行研制了一種張緊檢測裝置，它同時具有串珠繩張緊和張力測量兩種功能。文中論述了檢測裝置中壓力傳感器的設(shè)計原理和方法?？紤]到檢測裝置

7、中張緊輪的動態(tài)偏心特性對張力測量結(jié)果的影響，提出了一種理論修正公式，實驗表明了此公式的合理性。 在建立的廢棄平臺樁基拆除繩鋸機實驗平臺上進行切割性能實驗，實驗表明繩鋸機能完成直徑為48"的樁基切割任務(wù)，并且驗證了液壓系統(tǒng)和檢測控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。測量了繩鋸機的切割工藝參數(shù)，給出了各參數(shù)之間的相互影響關(guān)系，得到了切割樁基截面不同位置時切削速度和進給速度的最佳配合關(guān)系，建立了徑向切削力和切向切削力的經(jīng)驗公式。切割實驗為繩鋸機實際工程施