2.6小结 10

第三章水下切割小车本体结构机械设计 11

3.1引言 11

3.2切割装置的设计 11

3.2.1送丝装置的设计 11

3.2.2高度调节装置的设计 12

3.2.3高度跟踪装置 13

3.3行走装置的选择与设计 14

3.3.1行走装置的选择 14

3.3.2履带结构的设计 15

3.4吸附方式的选择 16

3.4.1永磁材料的选择 17

3.4.2磁路的选择 18

3.4.3介质对永磁铁吸附力的影响 19

3.5步进电机的设计 20

3.5.1步进电机的选型 21

3.5.2电机的密封设计 22

3.6水下切割小车零件装配 25

3.7小结 25

结论 26

致谢 27

参考文献 28

第一章绪论

1.1本课题研究的背景及意义

随着海洋产业的蓬勃发展。水下切割作为海洋作业的重要部分正发挥着越来越大的作用。而且随着海洋产业的发展和海洋作业的提高，水下切割的要求也越来越高。但是目前水下自动化切割的水平并不是很高。水下切割小车作为水下自动化切割技术的一部分，它的发展也显得尤为重要。目前能够适应复杂环境的水下切割小车比较少，所以有研制能够适应复杂环境的水下切割小车的必要。现在的海洋作业中存在一些问题，例如废弃海洋桩基平台的拆除等工程所涉及的水深远超淡水的深度，以及海水相对于淡水来说有很强的腐蚀性等。这些问题的出现就让研制新的水下切割小车显得更加重要。

目前实验室中的水下切割小车使用的是轮式行走装置，小车可以在平面行走并进行模拟了200m水深下的平面切割。但是目前小车局限性比较大，只能适用于固定路线上的直线切割，小车行驶时候的转向需要人为去调整。在实际工程中，许多应用场合是有坡度或者需要小车进行转向操作的，所以水下切割小车就需要设计吸附装置和驱动装置来使小车能够吸附在壁面并且能实现转向等一系列操作。

在水下切割小车的切割装备方面，设计的送丝装置、高度调节装置和高度跟踪装置使小车在切割过程中燃弧更加稳定，割口更加美观。采用履带行走装置使切割小车在行驶中更加平稳，而且履带式的行走装置在转弯时所需要的空间更小。在工程应用中大多数是不平的岛礁、管道、船壁之类不平的面，采用履带式就可以更好的贴近于应用。在履带表面镶嵌了铁钕硼永磁铁来使小车吸附在导磁材料上。采用了两个步进电机来分别驱动左右两个履带的驱动轮。这样就可以使小车可以在导磁材料上实现吸附运动，而且小车可以在行驶的时候实现转弯。这些设计都是水下切割小车在实际工程应用中应对复杂环境所需要的。

1.2水下熔化极电弧切割发展现状

乌克兰的巴顿研究所研究出了水下熔化极电弧半自动切割技术，这项技术利用的是药芯割丝在割丝与工件之间引燃电弧然后再利用电弧熔化工件从而达到切割的效果。其中药芯割丝中的药芯主要作用是产生气体，其产生的气体既可以保护切口又可以把熔化了的金属吹落，从而形成割口。其最显著的特征便是在水下60m的淡水和海水中，对板厚40mm的碳钢、高合金钢和有色金属切割时不需要向电弧燃烧区提供氧气[1,2]。

这几年来江苏科技大学与乌克兰的巴顿焊接研究所共同合作对水下切割技术进行研究。江苏科技大学的李泽新等人通过高速摄像观察药芯焊丝在空气中的切割过程，初步的了解了其切割机理。

江苏科技大学的黎文航、龙秉政、郭嘉成等人[3,4]通过使用巴顿研究所所研制的药芯割丝进行了切割试验，充分证明了药芯割丝用于自动化切割是可行的。他们还对水下熔化极切割工艺进行了研究确定了其对切口的影响，充分分析了水下电弧稳定燃烧的因素。黎文航教授还研制出了一种用于水下湿式电弧切割的药芯割丝以及设备，通过切割试验证明切割效果较好[5]。但是目前的水下切割试验并不能做到很好的参数对比，在每次实验之前都是确定好了数据然后在进行切割，这样一来在切割过程中就不能够通过调节参数来进行对比。而且在切割过程中并不能对切割过程有很好的监控。在实际的试验中，切割厚度均匀的工件时可以形成很好的切口，但是工件一旦厚度不均匀就会因为参数不可以调节而导致割口不均匀甚至导致部分区域不能割穿等现象。