摘 要 摘 要随着我国海洋强国战略的实施，水下湿法切割在海洋作业中的比重越来越高，在水下湿法切割发展的同时水下自动化切割技术也在全面提升。水下切割小车的发展是水下自动化切割技术中很重要的一部分，但是现在能满足水下切割任务的小车比较少，所以研制新的水下切割小车就显得尤为重要。目前已有的水下切割小车已经实现200m水深下的平面切割。为了使水下切割小车可以更高效的完成切割任务，就需要对现在的水下切割小车进行改进。本文对国内外切割小车的研究现状进行了综述。根据切割小车工作环境的需要，提出设计指标，经过对比和分析选择了双履带行走。永磁铁吸附的总体结构。进行了小车的本体结构设计，包括了切割装置的设计、行走装置的设计、吸附方式的选用和驱动装置的设计。模拟进行了200m水深环境下的水下切割试验，并且在200m水深下顺利完成了切割任务。完成了切割装置的设计，将小车的轮式行走装置换成了履带式行走装置，在履带上装上永磁铁，并通过计算求得履带在接地面积内的永磁铁的数量。对小车的扭矩、转速和功率等做出了计算从而确定了小车电机的型号和尺寸。在各零件设计完成之后，用Solidworks装配体设计功能将各零件组装成一个整体。关键词水下切割；结构设计；爬壁；履带
Keywords:Underwater cutting;Structure design;Crawling;Track目 录
第一章 绪论 1
1.1 本课题研究的背景及意义 1
1.2 水下熔化极电弧切割发展现状 1
1.3 水下切割小车的国内外研究现状 2
1.4 本文主要研究内容 6
第二章 水下切割小车设计方案的确定 7
2.1 引言 7
2.2 水下切割小车的指标要求 7
2.3 水下切割小车在设计上所需解决的问题 8
2.4 开发环境solidworks简介 9
2.5 水下切割小车的框架选择 9
2.5.1 框架材料的选择 9
2.5.2 水下切割小车的连接方式 10
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
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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。
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图11 水下熔化极电弧切割设备
1.3 小车行走装置的国内外研究现状
在自动化小车方面，目前的水下切割小车行走装置大致可分为三种：轮式、履带式、腿脚式。
（1）轮式行走小车：轮式行走装置具体可分为有轨道式和无轨道式。在水下切割时，小车运动较灵活，所以水下切割小车采用的是无轨道式。轮式行走小车结构简单，行走速度较快，可自由在平地、斜坡上行走、控制比较方便。但是轮式行走装置只能在较硬的平地上行走较为方便，在崎岖路段，或者有台阶之类的路段时，轮式行走装置的不足就显露出来了。轮式行走装置从轮子的数量上来分类大致可以分为：独轮式、两轮式、三轮式、四轮式、六轮式、多轮式行走装置。其中最主要的两种是三轮式和四轮式行走装置。

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