海洋廢棄平臺樁基拆除繩鋸機研制及其動力學研究隨著海洋石油工業的迅猛發展，廢棄的油氣平臺越來越多，如何安全、環保、經濟的拆除掉這些平臺，成為世界各國海洋工程公司越來越關心的問題。金剛石繩鋸機在廢棄平臺樁基拆除領域的應用歷史不長，但是它在此領域的優勢越來越為人們所認識。我國在該項技術發展方面起步較晚，提出研制一種繩鋸機使它完成廢棄平臺樁基拆除任務，并且能安全、穩定和高效的工作越來越成為該領域急需解決的一項關鍵技術。本課題來源于中國海洋石油總公司科技發展計劃項目(項目編號：C／KJFH001-2005)，此項目是以國家“863”計劃重大專項(項目編號：2002AA6020212-1)“渤海大油田勘探開發關鍵技術”所屬專題“海底管道修復技術”中的管道切割金剛石繩鋸機技術為基礎。目的是研制出一種能夠完成廢棄平臺樁基拆除任務的金剛石繩鋸機，并且對其關鍵技術進行研究，提高它的智能化作業水平，為我國的海洋石油工程進行技術儲備，進而為參與國際市場競爭打下一定的基礎。論文綜述了國內外海洋廢棄平臺樁基拆除的現狀及其常用的五種切割方法，并且對它們進行了分析比較，其中重點概述了金剛石繩鋸機的發展歷程及其在樁基拆除領域的最新進展。根據廢棄平臺樁基拆除繩鋸機的技術要求，參考國外的設計經驗，考慮國內現有的技術條件，提出了廢棄平臺樁基拆除繩鋸機的總體方案，包括機械本體結構、液壓系統和檢測控制系統。在充分論證的基礎上，完成了機械本體各部分結構和測控系統的設計，研制出了廢棄平臺樁基拆除繩鋸機工程樣機。文中對繩鋸機夾緊裝置的最小夾緊力計算進行了研究。針對繩鋸機工作時的特殊受力狀態，進行了模型簡化，對夾緊位置處的受力進行了理論分析，并且證明了繩鋸機夾緊裝置能實現型封閉。分別對繩鋸機靜態條件下一次夾緊，分步夾緊兩種情況進行了分析，提出了各自條件下最小夾緊力的多目標優化求解數學模型。分析了夾緊瓣與樁基接觸部分在夾緊時的動態相互作用后，提出了動態條件下的最小夾緊力多目標優化求解數學模型。根據繩鋸機的實際作業工況，采用三種數學模型對最小夾緊力進行了求解。比較三種計算結果，為繩鋸機的結構優化設計和液壓系統的設計提供了一定的理論依據。根據繩鋸機切割框架的結構，采用圖形理論建模法，建立了串珠繩閉環切割運動的動力學方程。分析了驅動輪與串珠繩之間的相互作用，得到了驅動輪穩定和非穩定運行情況下的力矩傳遞計算方法。分析了串珠繩切割運動時的橫向振動誘因，建立了橫向振動的動力學方程，將方程的求解結果與實驗相結合，提出了切割樁基時減小串珠繩橫向振動的切割工藝。針對串珠繩切割單層管樁基的沖擊特性，進行了理論分析，得到了串珠繩軸向沖擊時的動力學模型，采用有限元瞬態動力學仿真的方法對沖擊過程進行了仿真，分析了仿真結果。通過實驗比較了切割單層管樁基和復合樁基時串珠繩的工作狀態和切割后的樁基斷面，并且得到了切割單層管樁基時切割效率與串珠間距的關系。通過分析國內外現有的柔性體張力檢測裝置，針對廢棄平臺樁基拆除繩鋸機的實際工作特點，自行研制了一種張緊檢測裝置，它同時具有串珠繩張緊和張力測量兩種功能。文中論述了檢測裝置中壓力傳感器的設計原理和方法。考慮到檢測裝置中張緊輪的動態偏心特性對張力測量結果的影響，提出了一種理論修正公式，實驗表明了此公式的合理性。在建立的廢棄平臺樁基拆除繩鋸機實驗平臺上進行切割性能實驗，實驗表明繩鋸機能完成直徑為48”的樁基切割任務，并且驗證了液壓系統和檢測控制系統的穩定性。測量了繩鋸機的切割工藝參數，給出了各參數之間的相互影響關系，