目录摘要（中文） (Ⅰ)摘要（英文） (Ⅱ)第一章前言 (3)第二章研究内容及简介 (3)2.1 研究内容 (3)2.2 坡口机简要分析 (3)2.3 实现方法及预期目标 (4)2.4 对设计进度具体安排 (4)2.5 坡口机的主要类型 (4)2.5.1 坡口机的主要类型 (4)2.5.2 管端坡口机 (5)2.5.3 全自动柔性切管机 (5)2.5.4 爬式管道切割/坡口机 (6)2.6 坡口机的分析和展望 (7)2.6.1 坡口机的分析 (7)2.6.2 坡口机的展望 (7)第三章坡口机的使用及维护 (7)3.1 坡口机的使用 (7)3.2 使用中的注意事项及维护 (8)3.2.1 操作注意事项 (8)3.2.2 特殊工件开坡口 (8)第四章坡口机的液压驱动系统 (8)4.1 机械本体 (9)4.2 液压系统 (9)4.2.1 刀具回转回路 (9)4.2.2 比例阀控爬行回路 (9)4.2.3 安全回路 (10)4.2.4 径向进给回路 (10)4.3 控制策略及其仿真 (10)第五章齿轮的设计计算 (11)5.1 减速圆柱齿轮设计 (11)5.1.1 已知 (11)5.1.2 初步设计 (11)5.1.3 按齿轮面接触强度设计 (11)5.2 计算 (11)5.3 按齿根弯曲强度设计 (12)5.4 几何尺寸计算 (13)5.5 验算 (13)第六章轴的设计 (13)6.1 轴的选择 (13)6.1.1 选择轴的材料 (14)6.1.2 初步估算轴的直径 (14)6.2 轴上零部件的选用和轴的结构设计 (14)6.2.1 初步选择滚动轴承 (14)6.2.2 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 (14)6.2.3 轴上零件的周向定位 (15)6.2.4 确定轴上倒角和圆角尺寸 (15)6.3 轴的受力分析 (15)6.3.1 作出轴的计算简图 (15)6.3.2 轴受外力的计算 (15)6.4 轴的较核 (15)6.4.1 轴材料的疲劳强度极限 (15)6.4.2 考虑弯矩的作用（弯曲应力按对称循环）计算安全系数 (16)第七章工作原理 (16)7.1 机体结构 (16)7.2 夹紧原理 (18)7.3 传动原理 (19)7.4 进刀原理 (19)结束语 (21)致谢 (22)参考文献 (23)第一章前言我国是一个海洋大国，面临太平洋及其所属渤海、黄海、东海、南海，大陆海岸线长1．8万多公里，有300多平方公里的领海和管辖海域。

海洋资源是近几年国际上激烈竞争的焦点之一，是各国重要的战略目标。

水下技术，是我国一个起步较晚，但近些年来发展很快的领域。

目前尽管在水下科学技术方面已取得了一定成绩，但是还需要进一步发展多元科学技术，以使海洋作业更加方便、快捷。

其中水下工程技术就是需要尽快发展的一种多元科学技术。

水下工程技术通常是指海洋工程中围绕海底油气及其它矿产资源的勘探、开采和救助打捞工程所需要的设备、设施的设计、建造及施工工艺和作业技术。

海底油气输送管道维修作业系统是水下工程技术的一个部分，维修作业的主要任务是研制一套海洋环境下能够对单双层海底管道进行吊装、切割、去表皮、开坡、清理等作业的机具并能够快速修复海底管道。

第二章研究内容及简介2．1 研究内容我此次主要负责管道焊接坡口加工装置（坡口机）的设计，在前期进行了大量的调研工作以后，完成该机械的具体设计计算，并画出三张A0号图和完成总的装配图。

最后对其设计成果进行产品的技术分析和制作零件的仿真动画。

2．2 坡口机分析在上述介绍的各种切割／坡口机中，现场作业效果最好的坡口机属美国Wachs和Mathey公司的爬管式切／坡口机，在管道维修这一领域有很强的实用性。

它具有如下特点：(1)应用面广。

由气动或者液压驱动，它可以在管子水平或者垂直方向作业，安装防腐外壳后可以在壕沟和深水下作业。

(2)加工对象范围大。

直径为150～1800mm的碳钢、不锈钢、球墨铸铁、铸铁及大部分合金材料管道。

甚至直径达100m的油罐。

(3)铣削切割方式，可以切下4．17～75mm的金属，而且不改变机加工表面的物理性能。

(4)加工精度较高。

一般情况下，端面垂直度在1．56ram范围内。

如果使用导轨附件可将加工精度保持在0．125mm以内。

采用导轨和特殊导轨轮可在零能见度下进行垂直切割、水下切割及多道切割。

(5)安全防爆。

切割机在易爆的环境下可以在天然气、原油及燃料管上作业，它曾经用于切割导弹燃料系统。

(6)安装简单。

将可调节的驱动链条连接起来并扣紧在管道上，便可开动机器。

(7)海上管道维护。

液压型的切割／坡口机采用全封闭液压系统，特别适合恶劣环境(风沙、水下)工作。

适合海上钻井、铺管及各种水上安装工程。

(8)抗腐蚀。

使用不锈钢螺丝、特殊轴承、铅封及锌层等附件，可防止盐水作业下的腐蚀。

2．3 实现方法及预期目标初步先计算各方面的大体范围，确定机身各部分的材料。

确定机身部分的转动速度以及刀的进给速度。

重点和难点都是液压马达的运动传递到机器自身转动的运动转化。

如何实现刀进给时为切出坡口而需要的运动方式。

机身转动部分的内部结构。

如何实现刀和工件的冷却。

2．4对设计进度具体安排1-4周充分的社会实践，调研以及完成开题报告5-6周进行总体方案的设计计算工作7-8周进行具体零件的设计计算工作，并攻破其存在的主要难点9周完成草图的设计10-11周完成装配的设计12-14周完成总装配图，并进行修改以至基本完善15-16周完成毕业论文以及说明书17-18周准备迎接毕业答辩2．5 坡口机的主要类型下面就维修作业机具中的管道焊接坡口机的发展概况作详细介绍。

在管道铺设或管接修复过程中，需要对管道进行切割／开坡口作业，以便进行焊接。

切割／坡口机是管道换接修复过程中不可缺少的专业设备，它所涉及的各项技术在国外有成形产品出售。

我国的产品多数为模仿国外制造。

国外具有代表性的坡口机产品有以下几种。

2.5.1 火焰切割／坡口机美国H&M公司生产两种火焰切割／坡口机（如右图所示）：钢带式火焰切割和坡口机采用铝制机身，重量轻，适合现场切割管道，坡口机的导轨采用不锈钢凸缘导轨，(钢带通过搭接，直径可调)，行走稳定准确，切割线不错位坡口角度可调带有15m电动遥控器，速度可调，正反转控制，非常适应海上平台导管架切割和管道切割产品适用管径为250～2400mm的管道：马鞍形环齿轮式火焰切割／坡口机适合车间高效率下料，而且可扩展成斜口切割机。

铝制机身，重量轻，装配精度极高，鞍座和环齿轮同轴度达到±0．64mm，端面垂直度达到±0．38mm。

电动型配15m长遥控电缆，可调速和正反转。

一种机型可适用四种相邻管径。

坡口角度可调。

配双割把架，可以同时割出双侧坡口配圆度靠轮，可以适应不圆的管子切割～系列产品，适用管径为50～1200ram的管道。

（图2-1）2.5.2 管端坡口机图2－1 火焰切割/坡口机意大利“古倍喜”公司生产内卡式、外卡式坡口机和管端坡口车床（如右图所示）。

内卡式管道坡口机有两个型号，适合于小管径管道加工坡口。

它由气动操作，防爆，适用于石化图2 马鞍形环齿轮式炼油企业管道维修。

坡口机工作时通过超强自锁内卡芯轴卡于管道内，不打滑，不振颤，不弯曲变形。

外卡式管道坡口机有多个型号，采用多刀车削方式，适用于小管径管道。

管端坡口车床内径卡紧，便携，尤其适合厚壁管端加工处理图3 内卡式管图4 外卡式管图5 管端坡道坡口机道坡臼机 L】车床。

2.5.3 全自动柔性切管机日本板桥全自动柔性轴切管机结构比较特殊，机头没有任何动力马达，动力来自柔性扭矩传输缆轴（如右图所示）。

可以对管道进行切割、开槽等作业。

适用于铸铁管、水泥管、钢管、石棉管和塑料管等。

能够图6 日本板桥管道切割机快速、安全作业，也可在水中作业最大切割厚度达60nun。

2.5.4 爬管式管道切割／坡口机图2-2 管端坡口机图2-3 全自动水柔性切管机美国瓦奇T—L—C爬管式切割／坡口机是一种便携式铣削机（如右图所示），它通过链条将机体固定在管道上，驱动链轮使机体带着旋转的切割刀和坡口刀沿链条爬行一周，完成管道的切割和开坡口?它由液压驱动，可以在管子水平或者垂直方向作业，也可以在壕沟和180m深水下作业它可以在带压的管道或者罐体上进行冷切割和坡口加工，加工精度高，安全防爆，特别适合恶劣环境(风沙、污泥、水下)工作，适合海上钻井、铺管及各种水上安装工程美国瓦奇闸刀式管道切割锯是系列产品。

可以割锯实心／空心管道和棒料。

可用于自来水公司、输气公司、炼油厂、核电站、化工厂等行业。

闸刀式管锯固定时需用带链条图2-4 爬式管道切割/坡口机的台钳将闸刀锯和管子夹紧，精加工的铸铁V形马鞍底座确保切口的平直：管锯可在管外的任何位置安装，垂直和水平作业的效果同样出色。

它可以采用气动、液动或电动控制，摇把负责手工进给，马达负责锯割，一个标准壁厚的150mm 管子在6min内便可以割断。

锯条采用通用的硬质合金高强度锯条，更换方便，由于在切割回程中是将刀刃从割口处提升，因此刀刃寿命大大延长。

除了上述切割／坡口机外，还有：美国Mathey 公司生产的爬管式切割／坡口机，原理同瓦奇坡口机，性能稍有差异。

德国GF公司生产的适用于薄壁细长管切割／开坡口的RA系列管道切割兼坡口机；适用于锅炉、换热器管道处理的BRB系列坡口机；适用于现场和车间厚壁管道管端处理加工的坡口机。

美国“力得”公司生产用于城市公用供暖、供气管道施工的手动切割刀等等。

综上所述，国外用于现场作业的切割／坡口机成型产品可靠性高，适合于现场作业，但在很大程度上是由人手工操作的，自动化程度并不高。

2．6 坡口机的分析和展望2.6.1 坡口机分析在上述介绍的各种切割／坡口机中，现场作业效果最好的坡口机属美国Wachs和Mathey公司的爬管式切／坡口机，在管道维修这一领域有很强的实用性。

它具有如下特点：1、应用面广。

由气动或者液压驱动，它可以在管子水平或者垂直方向作业，安装防腐外壳后可以在壕沟和深水下作业。

(2)加工对象范围大。

直径为150～1800mm的碳钢、不锈钢、球墨铸铁、铸铁及大部分合金材料管道。

甚至直径达100m的油罐。

3、铣削切割方式，可以切下4．17～75mm的金属，而且不改变机加工表面的物理性能。

4、加工精度较高。

一般情况下，端面垂直度在1．56ram范围内。

如果使用导轨附件可将加工精度保持在0．125mm以内。

采用导轨和特殊导轨轮可在零能见度下进行垂直切割、水下切割及多道切割。

5、安全防爆。

切割机在易爆的环境下可以在天然气、原油及燃料管上作业，它曾经用于切割导弹燃料系统。

6、安装简单。

将可调节的驱动链条连接起来并扣紧在管道上，便可开动机器。