深海液压钢缆切割器刀具设计及切断力研究.pdfVIP

深海液压钢缆切割器刀具设计及切断力研究--第1页

深海液压钢缆切割器刀具设计及切断力研究

新世纪以来,海洋探索及海洋技术已逐渐成为世界各国争相发展的热点领域,

人类的海上活动日益频繁。但与此同时,由于海洋环境的复杂与未知性,海洋事故

时有发生。

因此,建立并健全深海打捞救助应急保障体系不仅是我国追赶世界先进海洋

技术水平的战略需要,也是保障我国海上人员生命及财产安全的现实需要。在多

数的深海打捞救助作业中,液压钢缆切割器由于切割效率高、能力强而被广泛采

用。

然而,在现有的液压钢缆切割器中普遍存在以下两个突出问题:一是刀具易

损坏,随着切割直径的增大,现有的切割刀具极易出现翻边、缺口等失效现象,工

作可靠性难以保证;二是设计理论并不完善,尤其是切断力的设计仍处于试验法

设计阶段,不仅存在成本高、周期长的缺点,同时也造成了切割器整体体积与重量

的冗余,进而影响切割器的水下便携性。针对这两个关键问题,本文展开了研究工

作,主要成果如下:首先,在总体结构设计基础上,对现有剪切形式进行了结构特

点及适用性分析,针对斧头型剪切方式,分析发现了现有刀具刃口失效的主要原

因是:当工件切断后,切割刀片将在额定液压力作用下互顶接触,这导致了刃口因

接触应力过大而失效。

因此,本文根据实际应用背景和作业对象的需要,提出了一种非全刃型刀具

结构。进而,不同于常规的试验设计法,本文在切断力的设计过程中,根据总体结

构方案,同时结合有限元技术及金属变形相关理论,对切割器的切断过程进行了

建模研究,并提出了一种新型有效的钢丝绳切断力理论评估方法。

最后,本文在完成深海液压钢缆切割器的样机切割试验基础上,利用上海交

深海液压钢缆切割器刀具设计及切断力研究--第1页

深海液压钢缆切割器刀具设计及切断力研究--第2页

通大学的压力筒设备及广州海洋地质调查局的“海洋六号”南海海上科考平台,

对切割器的耐水深性能及深海远程使用性能进行了测试。本论文的研究成果有效

丰富了钢缆切割器的设计理论,实现了由传统试验法到理论设计法的转变。

同时,研制的深海液压钢缆切割器经试验证明,其有效工作次数较传统结构

得到了大幅的提升,满足了深海高工作可靠性的需求。

深海液压钢缆切割器刀具设计及切断力研究--第2页