CN102229009A - 变结构自适应进给式绳锯机 - Google Patents

Abstract

本发明的主要目的是提供一种变结构自适应进给式绳锯机，可在水陆两栖对不同管径的复合管道进行切割。它由夹紧机构、切削机构、进给机构和张紧机构组成；所述夹紧机构包括V形板，所述V形板是由两个相互独立的半板对合而成，每个半板都与各自的滑块连接，所述滑块与导轨I形成滑动副；固定在各自滑块上的两个半板可沿导轨I做径向上的相对运动；所述半板分别连接液压缸，所述液压缸与控制系统连接；所述半板下端通过固定销与夹紧爪连接，所述夹紧爪的后端连接液压缸。本发明可适用于管径为φ300mm～φ1500mm的管道，很大程度上扩展了被切割管道直径范围，同时，可根据不同的切割状态自动调节不同的切割速度与其适应，提高了切割效率。

Description

变结构自适应进给式绳锯机

技术领域：

本发明涉及一种即可在陆上又可在水下进行切割作业的绳锯机。

背景技术：

随着世界海洋资源的开发利用，水下作业技术和设备的研究越来越显得重要。其中，在海洋油气田开发、生产与油气外输的过程中海底管道是主要维修设施，管道运输成为目前油气运输中最主要的也是最快捷、最经济、最可靠的方式。但随着海底管道使用年限的增加，由于工作环境恶劣等各种原因，不断地出现海底管道损坏的现象。这海底管道通常为钢筋混凝土、聚乙烯、油脂、泡沫、石棉、钢管等材料组成的复合管道，在维修过程中需要将破损管道切断，现在常用的切割工具是绳锯机。

绳锯机所使用的切割部件为镶嵌有金刚石的串珠绳，故又称为金刚石绳锯机，切削对象主要为陆上石材矿料和水下复合管道，具体特点如下：

(1)切割石材矿料的金刚石绳锯机

该类绳锯机一般可以分为水平和垂直切割两种规格，用来切花岗石，大理石，混凝土等，广泛运用于拆迁、拆除工程项目中。在建筑工程改造和石材矿料开采工程中作业环境适应性强，可满足于锯式切割机所不及的切割深度。尤其在建筑工程中，液压绳锯机作为液压墙锯机的后援设备，它的线性切割可以使施工截面更加整齐，能有效的保障建筑保护性拆除，是地下室、烟囱和支柱等的切割拆除以及修缮工作最适用的切割施工设备。具有以下特点：降低了劳动强度，操作安全可靠，具有过载保护功能，动力强劲，提高了切割能力和劳动生产率，同时，液压系统自身的安全、可靠和稳定性，大大降低了施工设备的损耗成本。但此类绳锯机仅局限于陆地工作。

(2)切割水下复合管道的金刚石绳锯机

此类绳锯机广泛运用于海洋工程中，通常用于拆除海上平台和海底石油管道切割中，一般与遥控潜水器或者潜水员协作工作。在工程作业中，首先由潜水员牵引绳锯机机体到作业区域，然后将其固定在指定位置进行切割作业。由于在水下工作，一般都采取液压传动驱动方式，即一方面采用液压缸输出的往复运动实现管道的夹紧作业；另一方面采用液压马达输出的旋转运动实现金刚石串珠绳的回转与进给，进行管道的切割作业。被切割的海上平台支腿及海底石油管道具有不同的规格，一般是外径φ300mm至φ1500mm。由现国内外所研制出的金刚石绳锯机产品看，不同的管径对应不同的绳锯机，即绳锯机系列，一种规格的绳锯机只能切割固定范围的管道，因此，对加工对象的适应性不强，增加了设备制造成本。

中国专利申请(公开号CN101444921A)公开了一种水下绳锯切割机，它采用了三角形固定的进给机构，三轮的结构布置虽然结构简单、工作稳定，但很大程度上限制了切削管道的管径范围。另外，该专利的夹紧装置不能够调整夹持空间，因而无法通用于不同直径的管道，从而限制了它的使用范围。

中国专利申请号200710303952.0(公开号CN101468440A)公开了一种水下金钢石绳锯机的夹紧装置，虽然该申请通过结构设计达到夹持稳定的目的，但它同时存在着只能夹持大管径管道，而不能同时通用于小管径管道，因此同样存在着使用范围狭窄的问题。

发明内容：

本发明的主要目的是提供一种主要应用于水下切割的智能型绳锯机，它可在水陆两栖对不同管径的复合管道进行切割。

所述目的是通过如下方案实现的：

一种变结构自适应进给式绳锯机，由用于夹持的夹紧机构、用于实现切割的切削机构、用于控制切削机构运动的进给机构和用于控制切削效果的张紧机构组成；

所述夹紧机构包括V形板，所述V形板是由两个相互独立的半板对合而成，每个半板都与各自的滑块连接，所述滑块与导轨I形成滑动副；固定在各自滑块上的两个半板可沿导轨I做径向上的相对运动；所述半板分别连接液压缸，所述液压缸与控制系统连接；所述半板下端通过固定销与夹紧爪的中后部位置连接，所述夹紧爪的后端通过移动销连接液压缸，液压缸推动夹紧爪以固定销为轴实现旋转。

肋板以燕尾槽的导轨相配合的滑块为基座通过螺栓和V型板相连接辅助支撑，光杆导轨上的滑套也与V型板相接起主导向主用，则构成机械手移动的主导轨装置。

在燕尾槽导轨的中间位置上安装了光杆导轨，而与光杆导轨形成滑动副的滑套通过销连接连杆和支架，同时支架通过螺栓与滑块相接，这样在滑块移动时通过连杆的限位作用保持两夹紧爪同步移动。

所述切削机构包括主切割锯，所述主切割锯上安装四个转轮，四个转轮的相对位置大致处于矩形的四个点上；其中，至少有一个转轮通过转轴固定在调整架上，所述调整架一端与主切割锯铰接，另一端连接可伸缩机构，所述可伸缩机构与主切割锯铰接；至少有一个转轮与齿轮马达连接实现驱动；所述四个转轮通过一条金钢石串珠绳连接。所述可伸缩机构包括调整筒和调整螺栓，所述调整螺栓的一端与调整筒的一端通过调整螺母连接，调整螺栓的另一端与调整架固接，调整筒的另一端与主切割锯铰接。

所述张紧机构包括固定有转轮的张紧架，所述转轮与张紧架间通过转轴连接；所述张紧架的一端与主切割锯铰接，张紧架的另一端与活塞杆固接，活塞杆与活塞筒配合连接，活塞筒的另一端与主切割锯铰接，所述活塞杆及活塞筒与液压控制系统连接。

所述进给机构的结构为：在所述夹紧机构的导轨I两侧固定有导轨II，所述导轨II与导轨I呈垂直状态且沿切削机构的进给方向布置；所述主切削锯两侧的相应位置设置导槽，所述导槽与导轨II形成移动副；所述夹紧机构与架体固定在一起，所述架体顶端设置端面配油摆线液压马达，所述液压马达驱动齿轮旋转带动齿条相对运动，所述齿条固定在主切削锯顶端。在所述金刚石串珠绳上安装有压力传感器，所述压力传感器测试反馈金刚石串珠绳工作时受到的切割管道施加的张力，通过把张力测试信号传递给控制系统，并通过控制系统来控制液压马达的进油量及出油量。

本发明具有以下优点：

首先，由于采取变结构式设计，即调节夹紧爪与主机相配合的套筒和滑套之间的相互位置即可抓取不同管径的管道，可适应φ300mm～φ1500mm的管径切割。在切割管道的前期准备工作中可以提前将机械手爪粗调制至适应要切割管道直径的所张开角度的位置以便后续操作，接着由操作者配合吊车将绳锯机推到管道待切割处，利用V形块自动对中的特性，将绳锯机放置在被切割管道上，之后，液压缸推动液压杆直线运动，夹紧爪在液压杆的推动下夹紧管道。

其次，在传统切割结构中采用两轮或者三轮的结构布置虽然结构简单、工作稳定，但很大程度上限制了切削管道的管径范围。本发明采取一个主动轮，三个从动轮的四轮机构，虽然增加了结构难度，但是大大地增加了切割管道管径范围。同时若在切割是张紧力过大，能提高切削速度，但是容易导致金刚石串珠绳被拉断；若是张紧力过小，金刚石串珠绳在工作中挠度过大，切削速度低，金刚石串珠绳磨损严重，从而增加了张紧装置来保证绳子张力的大小，从而提高工作稳定程度。

最后，自适应式进给机构的设计是利用切割框架自身重力作为进给运动的驱动力，在地球引力的作用下绳锯机将沿辅助支撑轨道自动往下运动。在切削进给机械传动部分中采用了齿轮齿条传动，利用其自锁性来限制和控制绳锯机的上下位置。同时在金刚石串珠绳上安装有压力传感器测试反馈金刚石串珠绳工作时受到的管道施加的张力，通过把张力测试信号传递给控制器，并通过控制器来控制进给液压马达的进油量及出油量，达到控制齿轮的转速的目的。这样根据不同的切割状态自动调节不同的切割速度与其适应，进一步提高了绳锯机的切割速度，提高切割效率。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的左视图。

图3是图2的B-B视图。

图4是图1中的A处放大示意图。

图5是图3中的C处放大示意图。

图6是夹紧机构主视图。

图7是图6的俯视图。

具体实施方式：

下面结合附图详细阐述本发明优选的实施方式。

变结构自适应进给式绳锯机中由燕尾槽导轨1-18和滑块1-17形成滑动副，而滑动副则通过螺栓连接依次把滑块1-17，肋板1-12以及V型板1-9相接，这样就形成了机械手移动的主导轨装置。通过连接板1-19上有套筒与光杆导轨1-20形成辅助移动副，并且通过螺栓副连接连接板1-19和V型板1-9组成了机械手移动的主导轨装置。驱动液压缸1-8和液压杆1-10推动与滑套1-14相连的连杆1-7，从而使夹紧爪运动。由于使用了双向液压杆1-10，为了使两侧的夹紧爪同步运动设计了辅助同步机构。在燕尾槽导轨1-18上安装光杆导轨1-15，光杆导轨1-15上的滑套1-14通过销连接连杆1-13和支架1-16，而支架1-16通过螺栓与滑块1-17相接，这样在滑块移动时通过连杆1-13的限位作用保持两夹紧爪同步移动。V型板1-9与夹紧爪1-1通过固定销1-2连接构成机械手主体框架，两侧的夹紧爪通过加强轴1-24连接。夹紧爪1-1通过移动销1-3跟夹紧液压缸1-4，驱动安装在液压缸座1-21的夹紧液压杆5连接，实现夹紧动作。最后，由两侧的侧板1-11和燕尾槽导轨1-18，光杆导轨1-20构成了夹紧结构。在主切割锯3上安装有两个固定的导向轮、一个可调整的导向轮和一个可调整主动轮12。在把金刚石串珠绳4初安装好以后，调整由张紧活塞筒5、张紧活塞杆6、张紧弹簧7、张紧架8、调整筒16、调整螺栓14、调整螺母15、调整架10组成的调整机构即可使金刚石串珠绳处于合适的张力状态。金刚石串珠绳的切削旋转运动由齿轮马达19提供动力。在主切削锯顶部的六角马达座9上安装的端面配油摆线液压马达21、平键24、、齿轮23、齿条22构成了自重式进给机构。主切削锯7两侧部上的有凸起导轨与安装在固定在连接板1-19上的进给导轨18组成辅助移动副，通过端面配油摆线液压马达21驱动齿轮23与齿条22的相对运动，实现了整个切割过程上下的进给运动。为了加强刚度，增加了顶板17和加强板20起辅助支撑。

本发明的工作原理：

(1)定位夹紧：在前期准备工作中对整个设备进行系统检查外，可以对绳锯机的夹紧机构的夹紧爪姿态位置进行初调整以适应将加工管道的直径，以便更好地找准切削管道位置减少水下作业工作量和工作强度。然后在ROV或者潜水员的辅助下将绳锯机主体部分放置到在海底管道待切割部位。驱动夹紧机构的液压缸，因绳锯机自身夹持机构采用V型块的设计能自动找准中心，这样就将机体固定在待切割管道上。

(2)切削加工：在前期准备工作中利用张紧装置调节金刚石串珠绳的张力至合适幅值。在机体定位夹紧以后，首先驱动液压马达使绳索旋转实现切削动作，然后驱动进给装置的液压马达使绳索和管道相接触摩擦开始切削。在切削加工的过程中，采用了自重式的进给，即机体的自身重量为切削进给的主要动力，通过驱动齿轮运动就能完成进给动作。虽然简化了结构和节省了能源，但是绳索和管道作用力过大或过小时一定程度上影响了切削效率。于是通过压力传感器实时采集反馈管道对绳索的压力值，控制器控制液压马达的进出油量来调节齿轮转速进而以保证绳索和管道的压力值在合适范围内，这样，就提高了切削效率并缩短了加工的工时。

本发明主要在水深1500m以上范围内进行对管径为300～1500mm的不同材质的管道进行切割，管径可以是500mm、800mm、880mm、1000mm、1200mm。在陆地环境中或者其他没有液体介质环境使用时，需添加水或者润滑剂，减少摩擦生热和绳索损耗，提高切削效率。

本实施方式只是对本专利的示例性说明而并不限定它的保护范围，本领域人员还可以对其进行局部改变，只要没有超出本专利的精神实质，都视为对本专利的等同替换，都在本专利的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种变结构自适应进给式绳锯机，由用于夹持的夹紧机构、用于实现切割的切削机构、用于控制切削机构运动的进给机构和用于控制切削效果的张紧机构组成，其特征在于：

所述夹紧机构包括V形板，所述V形板是由两个相互独立的半板对合而成，每个半板都与各自的滑块连接，所述滑块与导轨I形成滑动副；固定在各自滑块上的两个半板可沿导轨I做径向上的相对运动；所述半板分别连接液压缸，所述液压缸与控制系统连接；

所述半板下端通过固定销与夹紧爪的中后部位置连接，所述夹紧爪的后端通过移动销连接液压缸，液压缸推动夹紧爪以固定销为轴实现旋转。

2.根据权利要求1所述的变结构自适应进给式绳锯机，其特征在于肋板以燕尾槽的导轨相配合的滑块为基座通过螺栓和V型板相连接辅助支撑，光杆导轨上的滑套也与V型板相接起主导向主用，则构成机械手移动的主导轨装置。

3.根据权利要求2所述的变结构自适应进给式绳锯机，其特征在于在燕尾槽导轨的中间位置上安装了光杆导轨，而与光杆导轨形成滑动副的滑套通过销连接连杆和支架，同时支架通过螺栓与滑块相接，这样在滑块移动时通过连杆的限位作用保持两夹紧爪同步移动。

4.根据权利要求1、2或3所述的变结构自适应进给式绳锯机，其特征在于所述切削机构包括主切割锯，所述主切割锯上安装四个转轮，四个转轮的相对位置大致处于矩形的四个点上；其中，至少有一个转轮通过转轴固定在调整架上，所述调整架一端与主切割锯铰接，另一端连接可伸缩机构，所述可伸缩机构与主切割锯铰接；至少有一个转轮与齿轮马达连接实现驱动；所述四个转轮通过一条金钢石串珠绳连接。

5.根据权利要求4所述的变结构自适应进给式绳锯机，其特征在于所述可伸缩机构包括调整筒和调整螺栓，所述调整螺栓的一端与调整筒的一端通过调整螺母连接，调整螺栓的另一端与调整架固接，调整筒的另一端与主切割锯铰接。

6.根据权利要求4所述的变结构自适应进给式绳锯机，其特征在于所述张紧机构包括固定有转轮的张紧架，所述转轮与张紧架间通过转轴连接；所述张紧架的一端与主切割锯铰接，张紧架的另一端与活塞杆固接，活塞杆与活塞筒配合连接，活塞筒的另一端与主切割锯铰接，所述活塞杆及活塞筒与液压控制系统连接。

7.根据权利要求4所述的变结构自适应进给式绳锯机，其特征在于所述进给机构的结构为：

在所述夹紧机构的导轨I两侧固定有导轨II，所述导轨II与导轨I呈垂直状态且沿切削机构的进给方向布置；所述主切削锯两侧的相应位置设置导槽，所述导槽与导轨II形成移动副；

所述夹紧机构与架体固定在一起，所述架体顶端设置端面配油摆线液压马达，所述液压马达驱动齿轮旋转带动齿条相对运动，所述齿条固定在主切削锯顶端。

8.根据权利要求7所述的变结构自适应进给式绳锯机，其特征在于在所述金刚石串珠绳上安装有压力传感器，所述压力传感器测试反馈金刚石串珠绳工作时受到的切割管道施加的张力，通过把张力测试信号传递给控制系统，并通过控制系统来控制液压马达的进油量及出油量。

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