海底挖沟机管道力学分析及调整机构设计-机械设计及理论专业论文.docxVIP

Classified Index: U.D.C: ADissertation for the Degree of M. Eng Pipeline Stress Analysis and Pipe Handling Structures Design of the Pipeline Plough Candidate : Yu Guifu Supervisor : Prof. Xing Xiaodong Academic Degree Applied for : Master of Engineering Speciality : Mechanical design and theory Date of Submission : December, 2012 Date of Oral Examination : March, 2013 University : Harbin Engineering University 海底挖 海底挖沟机管道力学分析及调整机构设计 摘 要 伴随海洋能源的开发向深海不断发展，海底石油管道成为石油资源从深海油田向大 陆输送的重要途径，海底石油管道的安全问题日益彰显。现今保护海底管道的主流方法 为后挖沟法，即海底管道铺设完成后，沿管道挖掘出一定深度的沟槽并使管道落入其中， 增加海底管道的稳定性。海底犁式挖沟机作为一种结构简单、工作效率高、工况适应性 强的后挖沟设备具有广阔的应用前景。论文课题来源于海洋石油工程股份有限公司的 “硬质土挖沟技术与装备研究”项目，目的是研制具有自主知识产权的海底犁式挖沟机。 海底犁式挖沟机的犁体一般设计为可开合的左右对称的分体式结构，作业时左右 犁，就位于海底管道上方；位于挖沟机首尾端的管道机械手抓取管道并提升至规定高度， 置于导管架内，左右犁闭合，通过作业母船牵引进行挖沟作业。管道机械手与导管架组 成管道调整机构，在挖沟机就位时完成管道的抓取、释放，在作业过程中实现挖沟机的 导向，及对管道的保护，在挖沟机的整个作业过程中仅有这部分结构与管道发生直接接 触。挖沟机工作的前提是不允许对管道造成机械破坏，因此对于在整个作业过程中管道 受力状态及其与管道调整装置关系的研究具有重要的理论意义与应用价值。 本论文对作业过程中管道受力状态进行了理论分析，在此基础上进行了挖沟机管道 调整装置的结构设计，并进行了试验验证。论文主要内容如下： 根据海底挖沟机作业流程提出具有提升，导向功能的管道调整机构设计方案。针对 管道调整机构抓取海底管道产生的悬跨段，建立海底管道悬跨段受力分析模型，使用有 限元软件计算海底管道受力，通过分析悬跨段在不同刚度土壤表面接触点土抗力及土壤 变形分布,确定管道挖沟机初始作业点。根据抓取海底管道所需提升力为依据完成管道调 整机构设计受力分析及结构设计，并使用有限元软件进行结构强度校验。为验证海底挖 沟机的作业原理、工作流程以及作业过程机构的动作设计海底挖沟机陆上试验，使用安 装在管道导向架上的测力传感器测量管道悬跨段提升力，验证管道受力分析。 关键词：海底挖沟机、管道调整机构、土抗力、管道受力分析 海底挖 海底挖沟机管道力学分析及调整机构设计 Abstract Accompanied by the development of marine energy development, and to keep the deep-sea submarine oil pipeline to become an important way to transport oil resources from the deep-sea oil fields to the mainland, security issues highlight the growing offshore oil pipeline. Todays mainstream method for the protection of submarine pipelines after trenching method, complete the laying of submarine pipelines along the pipeline dig out a certain depth of the trench and the pipe fell into which increase the stability of submarine pipelines. Pipeline plough as a simple structure, high efficiency, and adaptability of conditions after trenching equipment h