CN112958836A - 可水下拆分模块化金刚石绳锯机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可水下拆分模块化金刚石绳锯机，在定位支撑架上设置有进给装置、切削装置。夹紧固定装置与切口对正装置通过导轨连接。金刚石串珠绳发生断裂后，由ROV机械臂转动切口对正装置的ROV操作臂，定位支撑架凸起脱离定位锁紧锥筒槽位，由ROV携带定位支撑架、进给装置及切削装置返回母船进行换绳，换绳后携带此套装置下水与定位锁紧锥筒对接，定位支撑架凸起沿锥筒导轨运动到最末端，ROV机械臂转动切口对正装置的ROV操作臂，定位支撑架凸起卡住定位锁紧锥筒卡槽，定位支撑架锁紧到移动对接平台。驱动进给机构将切削装置移动一定距离到指定位置，根据压力传感器的信号变化结合切口对正装置将切削装置移动到切口位置，之后继续进行管道切割作业。

Description

可水下拆分模块化金刚石绳锯机

技术领域

本发明涉及一种可水下拆分模块化金刚石绳锯机，属于海洋工程技术领域。

背景技术

水下金刚石绳锯机，凭借其对管道加工质量好，操作方便，作业效率高，并且结构轻巧方便等优点，广泛应用于海底管道的切割等特殊领域的工作中。水下金刚石绳锯机通常由ROV(水下有缆机器人)携带，并辅助操作，进行水下切割作业。由于海底管道工作环境复杂且恶劣，金刚石绳锯机切割时间较长，金刚石串珠绳在作业过程中断裂的风险。而一旦串珠绳在水下作业过程中发生断裂，水下进行更换串珠绳作业技术极难，通常需要拉回水面母船更换串珠绳后下放，此情况下会出现三点问题：其一，水下视野极为受限，难以确定绳锯机初始固定位置；其二，金刚石串珠绳切割的切口极为狭小，难于确定切口的具体位置以继续切割作业；其三，当管道与海底的空间较小、水下地理环境较为恶劣时，潜水员难于方便地进行操作且效率较低，存在人员受伤等问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的不足而提供一种可水下拆分模块化金刚石绳锯机，用于完成绳锯机定位与切口对正。

本发明的目的是这样实现的：包括定位支撑架、设置在定位支撑架上的进给装置和切削装置、移动对接平台、位于移动对接平台下方的实现对管道夹紧固定的夹紧固定装置，进给装置实现对切削装置的进给驱动，切削装置完成对管道的切割，移动对接平台下端与设置在夹紧固定装置是上端面的水平导轨配合，在夹紧固定装置上端面还设置有移动对接平台驱动液压马达，与移动对接平台驱动液压马达输出端连接的水平丝杠，移动对接平台侧面通移动对接平台耳与丝杠配合，在移动对接平台上端设置有转动轮盘槽，转动轮盘槽与定位对接锥筒转动轮盘配合，对接锥筒转动轮盘上端设置有蜗轮，蜗轮上端设置有定位对接锥筒，在移动对接平台上端一侧设置有与蜗轮配合的蜗杆，蜗杆的端部设置有ROV操作手柄，定位对接锥筒上设置有竖直的定位锥筒导轨，在定位锥筒导轨上设置有定位锥筒卡槽，定位支撑架为倒L型结构，在水平端下方设置有定位支撑架对接引导体，定位支撑架对接引导体上设置有定位支撑架对接凸体，定位支撑架对接凸体沿定位锥筒导轨移动并与定位锥筒卡槽配合。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述进给装置包括设置在定位支撑架竖直段内侧的竖直齿条、与定位支撑架竖直段配合的可移动的环形架、设置在环形架上的进给装置驱动液压马达、设置在进给装置驱动液压马达输出端上的主动锥齿轮、设置在环形架上的齿轮轴、设置在齿轮轴中间的从动锥齿轮，齿轮轴上的齿形结构与竖直齿条啮合，主动锥齿轮与从动锥齿轮啮合。

2.所述切削装置设置在定位支撑架竖直段的外侧，包括与环形架连接的切削装置固定架、呈四边形布置的四个绕绳轮、绕在四个绕绳轮上的金刚石串珠绳，下端的两个绕绳轮设置在切削装置固定架上且其中一个绕绳轮为主动轮，且由切削装置驱动液压马达驱动，上方的两个绕绳轮通过连接架铰接在切削装置固定架上，在主动轮所在环形架的位置与其上方的绕绳轮连接架之间设置有张紧油缸，另外一侧的绕绳轮的连接架与对应的下方的切削装置固定架之间设置有压力传感器。

3.所述夹紧固定装置包括夹紧固定装置机架、铰接在夹紧固定装置机架下端的管道夹紧手爪、设置在夹紧固定装置机架和管道夹紧手爪之间的驱动夹紧手爪液压缸，所述水平导轨、移动对接平台驱动液压马达均设置在夹紧固定装置机架上。

4.所述定位支撑架对接凸体有三组，等间距设置在定位支撑架对接引导体外表面上，每组有两个凸体竖直设置，对应的定位锥筒导轨有三个，每个定位锥筒导轨的定位锥筒卡槽有两个。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.采用模块化设计，不同模块对应不同功能，将夹紧固定功能与切削功能分离，可替换性强，保证整体作业进行顺利；2.传统绳锯机采用丝杠传动作进给机构，本设计采用齿轮齿条传动进行切削装置进给，齿轮齿条传动适应性强，不易发生故障，对称的齿条和导轨保障进给运动不会发生摇晃；3.根据作业工况处于水下的特点，为进给装置添加浮力块，保证齿轮传动只为进给动作服务而无需考虑重力带来的侧倾以及轮齿损坏风险；4.切削装置可以沿管道轴向调整，智能控制切削装置与切口对正，无需手动调整；5.与传统绳锯机减速与进给功能由两个不同装置完成不同，本发明的进给装置可以同时完成减速功能与进给功能，结构更紧凑。

附图说明

图1是本发明总体结构视图；

图2是本发明总体结构侧视图；

图3是本发明夹紧固定装置示意图；

图4是本发明切削装置放松示意图；

图5是本发明切削装置侧视图；

图6是本发明进给装置示意图；

图7是本发明进给装置爆炸图；

图8是本发明切口对正装置移动对接平台示意图；

图9是本发明切口对正装置定位锁紧机构示意图；

图10是本发明切口对正装置定位锁紧机构爆炸图；

图11是本发明移动对接平台三视图；

图12是本发明进给装置切口对正移动示意图；

图中主要标号说明：1.水下管道，2.夹紧固定装置，3.切削装置，4.切削装置驱动液压马达，5.进给装置，6.进给装置驱动液压马达，7.切口对正装置丝杠平移机构，8.切口对正装置蜗轮蜗杆锁紧机构，9.吊装环，10.定位支撑架，101.定位支撑架对接引导体，102.定位支撑架对接凸体，11.浮力块，12.切削装置固定架，13.移动对接平台，131.蜗杆支撑架，132.转动轮盘槽，133.移动对接平台耳，14.联轴器，15.移动对接平台驱动液压马达，201.短螺栓，202.长螺栓，203.夹紧固定装置机架，2031.丝杠支撑架，2032.液压马达支撑架，204.驱动夹紧手抓液压缸，205.管道夹紧手抓，301.绕绳轮，302.张紧油缸，303.压力传感器，501.竖直齿条，502.进给装置环形架，503.齿轮轴，504.驱动锥齿轮，505.驱动锥齿轮紧定螺钉，506.驱动进给装置液压马达紧定螺钉，701.水平丝杠，702.水平导轨，801.定位对接锥筒，8011.定位对接锥筒导轨，8012.定位接锥筒卡槽，8013.定位对接锥筒蜗轮，8014.定位对接锥筒转动轮盘，802.驱动锥筒蜗杆，803.ROV操作手柄。

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。

结合图1-12，本发明的一种可水下拆分模块化金刚石绳锯机，机身的主体部分由移动对接平台与定位支撑架连接而成，在定位支撑架上设置有进给装置、切削装置。夹紧固定装置与切口对正装置通过导轨连接。工作过程为：金刚石串珠绳发生断裂后，由ROV机械臂逆时针转动切口对正装置的ROV操作臂，定位支撑架凸起脱离定位锁紧锥筒槽位，由ROV携带定位支撑架、进给装置及切削装置返回母船进行换绳，换绳后携带此套装置下水与定位锁紧锥筒对接，定位支撑架凸起沿锥筒导轨运动到最末端，ROV机械臂顺时针转动切口对正装置的ROV操作臂，定位支撑架凸起卡住定位锁紧锥筒卡槽，定位支撑架锁紧到移动对接平台。驱动进给机构将切削装置移动一定距离到指定位置，根据压力传感器的信号变化结合切口对正装置将切削装置移动到切口位置，之后继续进行管道切割作业。

本设计的主要特点为：采用模块化设计，不同模块起不同作用且相互独立，管道切割、进给、切口对正与管道夹紧固定功能分离；通过将管道抱紧机构留在原位置并设置对接锥桶，实现了初始切割位置的大致定位，通过增加水平移动平台与液压马达驱动的丝杠进给配合，实现了切口位置的精确对齐；改进原设计丝杠进给为对称齿轮齿条进给并为进给机构加装浮力块，增强了稳定性；对齐刀口操作过程智能化程度高，控制鲁棒性强。

所述的进给装置包括安装在定位支撑架上的环形抱架、安装在环形抱架上的低转速高扭矩液压马达、高传动比锥齿轮机构与齿轮齿条机构。进给液压马达启动，带动锥齿轮传动实现减速传动，锥齿轮驱动齿轮轴与定位支撑架之间齿轮齿条传动，进给装置竖直方向运动，切削装置固定在进给装置上，此机构实现切削机构沿海底管道径向的进给运动，控制进给速度为1.875～7mm/min并控制切削位置。

所述的切口对正装置丝杠平移机构通过导轨与夹紧固定装置相连，液压马达通过联轴器转动丝杠，丝杠与移动对接平台配合实现移动对接平台沿着夹紧固定装置上方导轨的水平移动。丝杠平移机构的驱动液压马达与切削机构的压力传感器有信号传输，通过此方式找准海底管道切口位置。

所述的切口对正装置蜗轮蜗杆锁紧机构安装于移动对接平台上，其中定位对接锥筒与移动对接平台通过轮盘槽实现转动连接，ROV操作臂上的蜗杆与锥筒上的蜗轮配合，当定位支撑架凸起沿着锥筒滑轨滑到最下方，ROV逆时针转动ROV操作臂使得凸起与槽位卡紧从而实现定位支撑架与对接锥筒、移动对接平台的固定。ROV顺时针转动操作臂实现支撑架与锥筒的放松，此机构目的在于实现移动对接平台与定位支撑架的相对固定，蜗轮蜗杆设计保证在切削装置、进给装置作业与切口对正过程中，定位支撑架与水平移动平台之间的自锁。

如图1、图3、图4、图6、图8、图9所示，主要由夹紧固定装置2、切削装置3、进给装置5与切口对正装置7、8组成。夹紧固定装置中，液压缸204一端通过长螺栓202铰接于夹紧固定装置机架203中部，另一端通过短螺栓201铰接于管道夹紧手爪205。同时，管道夹紧手抓205通过长螺栓202铰接于夹紧装置固定架203下部。通过控制液压缸204伸缩，可以控制管道夹紧手抓205抱紧与放松管道1。

切削装置3通过切削装置固定架12固定于进给装置5上，液压马达4驱动绕绳轮301旋转，带动金刚石串珠绳转动进行切削。张紧油缸302起到张紧串珠绳作用，压力传感器303起到检测切削过程串珠绳张紧力变化情况的作用。

进给装置5安装于进给装置环形架502上。环形架502两侧安装有提供浮力，用于防侧倾浮力块11，同时，环形架通过导轨与定位支撑架10配合，定位支撑架10上固定有吊装环9，方便ROV机械臂抓紧定位支撑架，实现回收与下放。液压马达6通过紧定螺钉506固定于环形架502上，驱动锥齿轮504通过紧定螺钉505与液压马达6相连，同时驱动锥齿轮504与齿轮轴503上的锥齿轮配合，实现减速功能，齿轮轴上的齿轮与竖直齿条501配合。液压马达6驱动此装置沿着竖直方向做进给。

切口对正装置由丝杠平移机构7和蜗轮蜗杆锁紧机构8组成，主体由移动对接平台13与定位对接锥筒801两个部分旋转配合而成。其中，液压马达15固定于液压马达支撑架2032，丝杠701固定于丝杠支撑架2031。液压马达15通过联轴器14与丝杠701相连实现驱动丝杠转动，丝杠701与移动对接平台耳133配合，丝杠转动将带动移动对接平台13沿着水平导轨702水平移动。蜗杆802与对接锥筒蜗轮8013配合，转动轮盘8014与转动轮盘槽132配合，ROV操作手柄与蜗杆支撑架131旋转配合。对接引导体101引导定位支撑架10与定位对接锥筒801对接，对接凸体102沿着导轨8011滑至导轨最末端，之后ROV机械臂顺时针转动ROV操作手柄803，对接凸体102卡住对接锥筒卡槽8012实现锁紧。当ROV机械臂逆时针转动ROV操作手柄803，凸体102与卡槽8012放松。该装置对正切口原理为：设定在母船进行串珠绳更换时，调节进给装置5使得切削装置3位于位置a处，在水下定位锁紧完成后，调节进给装置竖直向下移动距离(b-a)，使得切削装置3处于位置b处。此时，若切削装置3上的压力传感器303信号未发生变化，则说明切口已经对正，无需进行切口对正操作。若压力传感器信号发生变化，则说明串珠绳压在海底管道1上，未与切口对正，此时，首先由液压马达15驱动切口对正装置的水平对接平台13带动切削装置向前移动一定距离D，若压力传感器303信号急剧下降，则及时停机，此时切口得以对正。反之，说明切口方向与移动方向相反，进行同样操作以对正切口。之后便可以正常进行管道切割作业。

机身的主体部分由前到后依次为：机具的最前端是切削装置，包括串珠绳、绕绳轮、压力传感器、张紧油缸、液压马达，切削装置的作用是对管道进行切割，以及提供串珠绳张紧力变化信号。切削装置固定于进给装置上，进给装置位于切削装置后方且与定位支撑架通过齿轮齿条、导轨配合。进给装置通过矩形环架上的液压马达驱动锥齿轮实现减速，锥齿轮带动两侧大齿轮沿着两侧齿条运动，矩形环架的另一侧有槽型导轨，保证进给装置竖直运动。矩形环架两侧安装有浮力块，保证在水下浮力与进给装置、切削装置的重力相抵消，避免倾覆。进给装置可以有效控制切割水下管道作业的进给速度。机具的后端上部是切口口对正装置，该装置主体部分为通过圆盘槽相连的定位锁紧锥筒与移动对接平台，移动对接平台上固定的带ROV操作手柄蜗杆与定位锁紧锥筒上的蜗轮配合，移动对接平台通过导轨、丝杠机构与其下方的夹紧固定装置配合。定位锁紧锥筒上有槽位可用与定位支撑架后部凸起部分配合，起辅助对接与卡紧作用，蜗杆连有ROV转动臂，当其沿顺时针方向转动，定位支撑架凸起进入卡槽，定位支撑架被锁紧；当其沿逆时针方向转动时，定位支撑架凸起脱离卡槽，定位支撑架被松开。固定于夹紧固定装置上方的液压马达通过联轴器与丝杠相连，通过丝杠机构控制移动对接平台水平移动以另切削装置对正切口。机具的后端下部为夹紧固定装置，由四个液压缸带动夹爪对海底管道进行抱紧，起到将整个金刚石绳锯机固定至海底管道的作用。

综上，本发明提供一种可水下拆分模块化金刚石锯绳机，主要由切削装置、进给装置、夹紧固定装置、刀口对正装置组成，用于水下金刚石绳锯机模块化拆分与切口对正。该机具的进给装置是利用锥齿轮、齿轮齿条等机构的配合实现进给运动的，其中锥齿轮机构提供减速功能，保证进给速度满足管道切割要求。双齿轮齿条机构加强传动稳定性。浮力块设计保障进给装置不会发生侧倾，该装置用于控制切削装置的进给运动；切口对正装置的定位锁紧机构采用对接锥筒引导与卡紧定位支撑架，利用蜗轮蜗杆传动实现对接锥筒转动自锁，其中蜗杆上有ROV操作臂便于ROV机械臂进行操作。对接锥筒与移动对接平台相连，移动对接平台又通过滑动轨道与夹紧固定装置配合，在夹紧固定装置上部安装着液压马达，通过丝杠传动驱动移动平台沿管道轴向的移动，且此液压马达与切削装置上的压力传感器有信号传输，通过信号的变化判断切削装置是否与切口对正并执行对应动作。该装置用于控制模块的分离与结合，并智能对正切口位置；夹紧固定装通过液压缸伸长与缩回控制卡爪抱紧与放松海底管道。该装置将整套设备固定于海底管道上；切削装置由液压马达驱动绕绳轮，带动金刚石串珠绳执行切割动作，张进液压缸用于方便串珠绳的安装，压力传感器用于检测并传输信号。该装置执行管道切割动作并传递信号。

Claims (6)

1.可水下拆分模块化金刚石绳锯机，其特征在于：包括定位支撑架、设置在定位支撑架上的进给装置和切削装置、移动对接平台、位于移动对接平台下方的实现对管道夹紧固定的夹紧固定装置，进给装置实现对切削装置的进给驱动，切削装置完成对管道的切割，移动对接平台下端与设置在夹紧固定装置是上端面的水平导轨配合，在夹紧固定装置上端面还设置有移动对接平台驱动液压马达，与移动对接平台驱动液压马达输出端连接的水平丝杠，移动对接平台侧面通移动对接平台耳与丝杠配合，在移动对接平台上端设置有转动轮盘槽，转动轮盘槽与定位对接锥筒转动轮盘配合，对接锥筒转动轮盘上端设置有蜗轮，蜗轮上端设置有定位对接锥筒，在移动对接平台上端一侧设置有与蜗轮配合的蜗杆，蜗杆的端部设置有ROV操作手柄，定位对接锥筒上设置有竖直的定位锥筒导轨，在定位锥筒导轨上设置有定位锥筒卡槽，定位支撑架为倒L型结构，在水平端下方设置有定位支撑架对接引导体，定位支撑架对接引导体上设置有定位支撑架对接凸体，定位支撑架对接凸体沿定位锥筒导轨移动并与定位锥筒卡槽配合。

2.根据权利要求1所述的可水下拆分模块化金刚石绳锯机，其特征在于：所述进给装置包括设置在定位支撑架竖直段内侧的竖直齿条、与定位支撑架竖直段配合的可移动的环形架、设置在环形架上的进给装置驱动液压马达、设置在进给装置驱动液压马达输出端上的主动锥齿轮、设置在环形架上的齿轮轴、设置在齿轮轴中间的从动锥齿轮，齿轮轴上的齿形结构与竖直齿条啮合，主动锥齿轮与从动锥齿轮啮合。

3.根据权利要求2所述的可水下拆分模块化金刚石绳锯机，其特征在于：所述切削装置设置在定位支撑架竖直段的外侧，包括与环形架连接的切削装置固定架、呈四边形布置的四个绕绳轮、绕在四个绕绳轮上的串珠绳，下端的两个绕绳轮设置在切削装置固定架上且其中一个绕绳轮为主动轮，且由切削装置驱动液压马达驱动，上方的两个绕绳轮通过连接架铰接在切削装置固定架上，在主动轮所在环形架的位置与其上方的绕绳轮连接架之间设置有张紧油缸，另外一侧的绕绳轮的连接架与对应的下方的切削装置固定架之间设置有压力传感器。

4.根据权利要求1或2或3所述的可水下拆分模块化金刚石绳锯机，其特征在于：所述夹紧固定装置包括夹紧固定装置机架、铰接在夹紧固定装置机架下端的管道夹紧手爪、设置在夹紧固定装置机架和管道夹紧手爪之间的驱动夹紧手爪液压缸，所述水平导轨、移动对接平台驱动液压马达均设置在夹紧固定装置机架上。

5.根据权利要求1或2或3所述的可水下拆分模块化金刚石绳锯机，其特征在于：所述定位支撑架对接凸体有三组，等间距设置在定位支撑架对接引导体外表面上，每组有两个凸体竖直设置，对应的定位锥筒导轨有三个，每个定位锥筒导轨的定位锥筒卡槽有两个。

6.根据权利要求4所述的可水下拆分模块化金刚石绳锯机，其特征在于：所述定位支撑架对接凸体有三组，等间距设置在定位支撑架对接引导体外表面上，每组有两个凸体竖直设置，对应的定位锥筒导轨有三个，每个定位锥筒导轨的定位锥筒卡槽有两个。

Images