基于ROV的水下摩擦螺柱焊装置液压系统模块化设计

密 级 公 开学 号 120534毕 业 设 计（论 文）基于 ROV 的水下摩擦螺柱焊装置液压系统模块化设计院（系、部）： 机 械 工 程 学 院姓 名：班 级： 机 122 班专 业： 机械设计制造及其自动化指 导 教 师 ： 高 辉教 师 职 称 ： 副 教 授2016 年 06 月 17 日基于 ROV 的水下摩擦螺柱焊装置液压系统模块化设计北 京 石 油 化 工 学 院毕 业 设 计 （论 文） 任 务 书学院（系、部）机械工程学院专业 机械工程及自动化 班级 机122 学生姓名 指导教师/职称 高辉/副教授 1.毕业设计（论文）题目基于 ROV 的水下摩擦螺柱焊装置液压系统模块化设计2.任务起止日期： 2014 年 2 月 22 日 至 2014 年 5 月 27 日3.毕业设计（论文）的主要内容与要求（含课题简介、任务与要求、预期培养目标、原始数据及应提交的成果）（1）课题简介我国在南海海域拥有近 10 个油气田群，近年来不仅油气田开发数量不断增长，而且开采深度也在不断加深。例如：西江油田平均水深 100 米、惠州油田群平均水深 98116 米、流花油田平均水深 305 米、陆丰 221 油田平均水深 332 米、番禺 51 油田平均水深 110 米、崖城131 气田平均水深 100 米、文昌 131 油田平均水深 117 米。另外，从投产时间上来看绝大多数油田服役期限已达到 10 年以上，有的甚至超过 20 年。例如：涠洲 103 油田 1986 年 08月投产、惠州 211 油田 1990 年 9 月投产、陆丰 131 油田 1993 年 10 月投产、崖城 131 气田 1995 年 10 月投产。不论从油田数量还是从服役年限来看，可以预计在未来几年中，海底管道维修以及更换牺牲阳极的工作量必将大幅攀升。因此，研究一套水下管道摩擦螺柱焊装置对提高我国海底管道牺牲阳极修复技术水平具有重要意义。通过本课题的研究，力争使学生掌握基本的设计方法和技巧，提高知识的综合运用的能力。（2）任务与要求1) 查阅相关国内外文献资料。2) 对海底管道摩擦螺柱焊液压系统进行模块化设计、计算及元器件选型。3) 绘制绘制油路块三维图和二维图。（3）预期培养目标通过该毕业设计，使学生将所学的知识系统化，并得到扩展和补充，将理论与实践相结合使其学会独立解决实际工程技术问题的初步技巧，掌握基本的文献检索方法，熟练掌握Solidworks、CAD等机械绘图软件和AMESim系统仿真软件，了解液压系统设计的基本过程，提高综合运用所学知识基于 ROV 的水下摩擦螺柱焊装置液压系统模块化设计独立解决问题的能力，为将来的工作打下坚实的基础。（4）原始数据1) 实现主轴头旋转、进给动作的控制2) 按照安装方便的原则将对液压阀的油路块进行拆分并进行模块化设计3) 主油路最大流量为 90L/min4) 进给油路最大流量为 5L/min5) 液压系统压力为 32MPa6) 油路块耐压等级为 3000 米水深（5）应提交的成果1) 开题报告2) 外文资料翻译3) 液压系统设计图 4) 油路块设计图5) 毕业论文6) 工作日记4.主要参考文献1) 赵卫军,机械设计基础课程设计M.北京:科学出版社,20102) 王守城,液压元件及选用M.北京:化学工业出版社,20073) 李松晶,液压系统原理图分析技巧M.北京:化学工业出版社,20095.进度计划及指导安排周次 设计任务及要求1 完成课题相关文献检索2 完成并提交外文资料翻译3 阅读所有文件并完成文献综述4 完成总体方案设计、开题报告，进行开题报告答辩5 液压系统总体方案设计6 绘制液压原理图 7 绘制液压原理图8 液压系统参数计算、校核与原件选型9 绘制油路块图纸10 绘制油路块图纸11 液压系统仿真12 液压系统仿真13 书写毕业论文14 预答辩；所有毕业设计资料的修改、整理及定稿打印基于 ROV 的水下摩擦螺柱焊装置液压系统模块化设计任务书审定日期 年 月 日 系（教研室）主任（签字） 任务书批准日期 年 月 日 教学院（系、部）院长（签字） 任务书下达日期 年 月 日 指导教师（签字） 计划完成任务日期 年 月 日 学生（签字） 基于 ROV 的水下摩擦螺柱焊装置液压系统模块化设计摘 要本文主要对水下管道摩擦螺柱焊装置液压系统进行设计。文章首先简单阐明了摩擦螺柱焊装置液压系统的选题背景，阐述了摩擦螺柱焊的研究意义，对摩擦螺柱焊技术的起源及成型过程进行描述，并介绍了摩擦螺柱焊技术的特点及局限性、应用等，明确了影响焊接质量的几个主要焊接工艺参数的范围和设计技术要求。第二，根据设计要求进行了摩擦螺柱焊液压系统设计。设计工作主要分为：液压系统的计算和元件选型，焊接泵站液压系统的设计、油路块的设计、油箱的设计及其液压系统辅件的一些选型。液压系统的计算时，需要根据转速的要求，先确定主轴的扭矩，然后选择液压马达，根据扭矩计算出液压泵的最大工作压力，然后选择出合适的液压泵和电机。在液压缸的设计计算时，根据主轴头中轴的直径，逐步推导算出液压缸的外径。在液压缸壁厚方面，以防液压缸的强度不够，要进行壁厚的校核。第三，设计的重点部分是焊接泵站的系统设计。根据设计出的液压原理图，进行液压阀的选型，油箱的设计以及管件压力表、液位计等辅助元件的选型。在选型时，一定注意要满足液压系统的最高压力、温度、流量等要求。最后，阐述了液压系统常见故障及其排除方法。关键词：水下焊接、摩擦螺柱焊、液压传动、液压系统设计基于 ROV 的水下摩擦螺柱焊装置液压系统模块化设计AbstractThis article mainly discusses the underwater pipeline friction stud welding device of the hydraulic system design. The article first briefly illuminates the friction stud welding device of the hydraulic system of the selected topic background, this paper expounds the research significance of friction stud welding, the origin of friction stud welding technology and the molding process was described, and introduces the friction characteristics and limitations of stud welding technology, application, etc., has been clear about the main welding technological parameters affecting the quality of welding the scope and design of the technical requirements. Second, according to the design requirements for a hydraulic system of friction stitch welding. Design work is mainly divided into: the calculation of the hydraulic system and component selection, welding pump hydraulic system design, the design of the tank and some of the hydraulic system accessories selection. Calculation of the hydraulic system, it is necessary according to the requirements of speed, make sure the spindle torque, and then select the hydraulic motor, the torque is calculated according to the maximum working pressure of the hydraulic pump, and then select a suitable hydraulic pumps and motors. Design and calculation of the hydraulic cylinder, the axis of the spindle head according to the diameter of the cylinder gradually derive the calculated diameter. The cylinder wall, the strength is not enough to prevent the hydraulic cylinder, the wall thickness to be checked. Third, the focus of the design part is welded main pump station and auxiliary pumping system design. According to design a hydraulic schematic diagram, the hydraulic valve selection, design and fitting tank gauge, level gauge and other auxiliary component selection. In the selection, we must pay attention to the hydraulic system to meet the highest pressure, temperature, flow and other requirements. Finally, elaborated hydraulic system faults and troubleshooting.Key Words: underwater welding, friction stitch welding, hydraulic transmission, hydraulic system design.基于 ROV 的水下摩擦螺柱焊装置液压系统模块化设计目 录第一章 绪 论 .11.1 选题背景 .11.2 研究意义 .11.3 文献综述 .21.3.1 螺柱焊方法研究和发展现状 .21.3.2 螺柱焊国内外发展现状 .41.3.3 水下焊接技术的发展应用 .5第二章 液压系统设计 .92.1 液压传动的发展概况 .92.2 液压传动在机械行业中的应用 .92.3 液压传动系统的组成 .102.4 液压与气压传动的优缺点 .102.5 水下机器人的海水液压执行机构系统 .112.5.1 海水液压执行机构系统 .112.5.2 海水液压系统的伺服特性 .142.5.3 远程操作系统 .152.5.4 控制系统 .182.6 液压系统的计算和元件选型 .182.6.1 确定主轴扭矩 .182.6.2 液压马达的选型 .202.6.3 液压泵的选型 .212.6.4 电机的选型 .222.6.5 轴的校核 .232.6.6 轴承的校核 .242.6.7 液压缸的设计计算 .252.6.8 液压控制阀 .272.7 焊接泵站液压系统设计 .362.8 电动机与液压泵的联接方式 .372.9 液压泵结构设计的注意事项 .37基于 ROV 的水下摩擦螺柱焊装置液压系统模块化设计第三章 油箱的设计 .383.1 油箱 .383.1.1 油箱的作用 .383.1.2 油箱的种类 .393.1.3 油箱的容量、箱顶、通气孔 .393.2 箱壁、清洗孔、吊耳、液位计 .423.3 箱底、放油塞、支脚 .43第四章 压力表辅件及管件 .454.1 压力表辅件 .454.1.1 压力表 .454.1.2 压力表开关 .464.2 管件 .464.2.1 管路的配置 .46第五章 结论与展望 .47致 谢 .48声 明 .491基于 ROV 的水下摩擦螺柱焊装置液压系统模块化设计第一章 绪 论1.1 选题背景目前，随着海上油气勘探和生产活动的不断增加，海洋石油的开采逐渐由近海向深海发展。在我国南海海域，其平均水深为 1212 米，中部深海平原最深处则达 5567 米，而我国目前在南海海域拥有的近 10 个油气 ICI 群中除澜洲南海油田群(水深 30-40 米)和东方气田水深 63-70 米)外，其余作业水深均接近或超过 100 米，尤其流花油田水深达到 305 米，荔湾气田水深更深达 1500 米。一方面是随着海洋开发力度的增加，深水海洋结构物数量快速增长;另一方面是部分平台、管道的在役时间也逐渐接近其设计寿命(如 1986 年投产的南海澜洲油田服役已经超过了 20 年)，水下结构物修复及其牺牲阳极更换工作的重要性日益突出。摩擦焊属于新型的固相连接技术，在水下应用具有独特的技术