一种电磁固定式钢管局部切削试验装置

技术领域：

本发明实施例涉及海洋工程技术领域，尤其涉及一种电磁固定式钢管局部切削试验装置。

背景技术：

近年来，海洋资源勘探开发成为热点问题，丰富的海洋资源是国家的重要能源。深海资源的开采运输是极其重要的一个环节，现阶段主要运输方式是依靠海底管道。海底管道有诸多优点，运输量大，可靠稳定，不受气候影响等，尽管如此，海底管道泄露破坏事故并不少见，其损失和对环境的破坏也是难以度量的。为了提高海底管道运输的可靠性，避免事故造成的损失，海底管道的屈曲试验不可或缺。

钢制管道在海水中必然受到侵蚀，管壁变薄是最大的隐患因素之一。在海底管道的屈曲破坏研究试验中，局部腐蚀缺陷是一个重要的研究内容。现有的试验技术多为手工砂轮打磨去薄，来实现钢管腐蚀缺陷。有一定人为误差，不够科学严谨，操作也不方便。为了适应研究需要，局部切削去薄工作需要新型试验方法来支持。

发明内容：

鉴于此，为解决现有的研究技术缺陷，本发明提供了一种电磁固定式钢管局部切削试验装置。本发明可以应用于海底管道屈曲压溃试验的钢管腐蚀缺陷加工，技术方案如下：

一种电磁固定式钢管局部切削试验方法，所采用的装置包括主框架1、电磁固定系统、滑杆系统、电机升降系统和控制台，其中，

电磁固定系统包括：固定夹5、固定夹扭杆10和电磁发生器；固定夹扭杆10包括螺杆帽11、螺杆12和圆接头13，在主框架1上开设有螺栓孔，固定夹扭杆10的螺杆12的外螺纹与主框架1的螺栓孔相匹配，固定夹扭杆10与主框架1通过螺纹装配，固定夹5通过圆接头13可转动地连接到螺杆12的下部；电磁发生器固定在主框架1上。

电机升降系统包括：切削电机8、切削刀头27、升降齿轮29、垂直固定板7、竖向位移传感器32、升降电机33和弧形固定板37，切削电机8与弧形固定板37固定连接；垂直固定板7包括T型卡槽31、电机支撑板34、和直齿槽36，在弧形固定板37的端部设置有与T型卡槽31相配合的T型卡脚28；升降电机33固定在弧形固定板37上，升降电机33通过升降齿轮29与固定在电机支撑板34上的直齿槽36相互咬合。

优选地，滑杆系统包括：主框架1、纵向滑杆2、纵向滑动端柱3-1、横向滑动端柱3-2、横向滑杆4、齿槽20、移动齿轮22、固定件23、纵向移动电机24-1、横向移动电机24-2、纵向滑块25-1、横向滑块25-2、横向位移传感器和纵向位移传感器，纵向滑杆2平行主框架1布置；滑动端柱3-1和3-2分别穿过纵向滑杆2和横向滑杆4，能够滑动；横向滑杆4垂直纵向滑杆2布置，并依靠纵向滑动端柱3-1装配在纵向滑杆2上；在纵向滑杆2和横向滑杆4上均布置有齿槽20；纵向移动电机24-1通过纵向滑块25-1和纵向滑动端柱3-1连接，横向移动电机24-2通过横向滑块25-2和横向滑动端柱3-2连接；在两个滑块上各设置一个位移传感器46；纵向移动电机24-1和横向移动电机24-2分别通过移动齿轮22与相应的齿槽20相咬合。

优选地，在固定夹5的下表面贴有弧形垫片14。

优选地，在主框架1安装电磁固定系统的位置的底面设置有橡胶垫片15。

优选地，所述的装置还包括纵向支撑杆21和纵向支撑杆45，纵向支撑杆21用于连接和固定横向滑动端柱3-2，横向支撑杆45用于连接和固定各纵向滑动端柱3-1。

本发明具有以下优点：

电磁固定系统配合固定夹，牢固固定装置，操作简便；

提前预设切削区域和深度，可减小人为误差，安全可靠。

附图说明：

为了更好地说明本发明技术方案，下面将对装置描述所需要使用的附图加以详细介绍：

图1为本发明的一种电磁固定式钢管局部切削试验方法的整体结构示意图；

图2为本发明的一种电磁固定系统结构示意图；

图3为本发明的一种滑杆系统的结构示意图；

图4为本发明的一种滑块剖面图；

图5为本发明的一种电机升降系统的结构示意图；

图6为本发明的一种控制台结构示意图；

图中标号说明：1-主框架；2-纵向滑杆；3-1-纵向滑动端柱；3-2-横向滑动端柱；4-横向滑杆；5-固定夹；6-电磁发生器；7-垂直固定板；8-切削电机；9-防护套；10-固定夹扭杆；11-螺杆帽；12-螺杆；13-圆接头；14-弧形垫片；15-橡胶垫片；16-铁圆柱；17-线圈；18-顶盖；19-保护壳；20-齿槽；21-纵向支撑杆；22-移动齿轮；23-固定件；24-1-纵向移动电机；24-2-横向移动电机；25-1-纵向滑块；25-2-横向滑块；26-橡胶垫圈；27-切削刀头；28-T型卡脚；29-升降齿轮；30-下封板；31-T型卡槽；32-位移传感器；33-升降电机；34-电机支撑板；35-上封板；36-直齿槽；37-弧形固定板；38-电磁固定开关；39-键盘；40-控制台；41-手动升降开关；42-手动移动开关；43-显示屏；44-固定斜杆；45-横向支撑杆；46-位移传感器。

具体实施方式：

为更清楚的阐述本发明，下面将结合附图对本技术方案进行更加详细、完全的介绍。

本装置包括电磁固定系统、滑杆系统、电机升降系统及控制台。

电磁固定系统包括：固定夹5、固定夹扭杆10(包括：螺杆帽11、螺杆12、圆接头13)、弧形垫片14、橡胶垫片15、电磁发生器(包括：铁圆柱16、线圈17、顶盖18、保护壳19)。螺杆12与主框架1通过螺纹装配；圆接头13与固定夹5装配，可实现大角度转动；弧形垫片14紧贴固定夹5；线圈17环绕铁圆柱16布置，并被顶盖18和保护壳19包裹；橡胶垫片15紧贴主框架1底面。

滑杆系统包括：主框架1、纵向滑杆2、纵向滑动端柱3-1、横向滑动端柱3-2、横向滑杆4、防护套9、齿槽20、纵向支撑杆21、移动齿轮22、固定件23、纵向移动电机24-1、横向移动电机24-2、纵向滑块25-1、横向滑块25-2、橡胶垫26、横向支撑杆45、位移传感器46。纵向滑杆2平行主框架1布置；滑动端柱3-1和3-2分别穿过纵向滑杆2和横向滑杆4，可以发生滑动；横向滑杆4垂直纵向滑杆2布置，并依靠纵向滑动端柱3-1装配在纵向滑杆2上；纵向支撑杆21和横向支撑杆45连接并固定横向滑动端柱3-2；齿槽20布置在纵向滑杆2和横向滑杆4上，移动齿轮22与其咬合；固定件23将移动电机24-1和24-2分别固定在纵向滑块25-1和横向滑块25-2上；纵向滑块25-1和纵向滑动端柱3-1连接；横向滑块25-2和横向滑动端柱3-2连接；两滑块结构相同，中间中空，下部安装有位移传感器46；橡胶垫26穿过横向滑杆4防止横向滑动端柱3-2过度位移。

电机升降系统包括：切削电机8、切削刀头27、T型卡脚28、升降齿轮29、垂直固定板7(包括：下封板30、T型卡槽31、电机支撑板34、上封板35、直齿槽36)、位移传感器32、升降电机33、弧形固定板37。切削电机8与弧形固定板37焊接；升降齿轮29与直齿槽36相互咬合；T型卡脚28与T型卡槽31配合，下封板30、上封板35封闭T型卡槽31；升降电机33固定在弧形固定板37上。

控制台包括：电磁固定开关38、键盘39、控制台40、手动升降开关41、手动移动开关42、显示屏43。控制台为一小型电脑，可编制程序自行运行，也可通过开关、按钮手动操作。

如图1所示，为本发明提供的一种电磁固定式钢管局部切削技术方案的结构示意图。在准备工作阶段，将设备放在钢管上，调整位置后打开电磁固定开关38，使电磁发生器6吸附在钢管上，通过固定夹扭杆10，推动固定夹5紧贴钢管外壁；固定斜杆44与垂直固定板7固定切削电机8，可以沿纵向滑杆2和横向滑杆4发生移动，实现局部区域切削；防护套9防止纵向滑动端柱3-1过度位移。

如图2所示，为本发明提供的一种电磁固定系统的结构示意图。线圈17螺旋缠绕在铁圆柱16上，通电后可产生磁场，从而吸附在钢管上；顶盖18和保护壳19隔绝线圈17，起防护作用；橡胶垫片15防止装置与钢管发生硬接触，避免产生局部变形，同时增加摩擦力，使电磁吸附更稳定；螺杆帽11、螺杆12和圆接头13为一个整体，构成固定夹扭杆10，固定夹5可以绕圆接头13做转动，方便贴合钢管；固定夹5具有大弧度，半径为30cm，适应多种钢管的贴合，对应的钢管半径范围为15-30cm；其中，弧形垫片14是橡胶垫片，保证与钢管软接触，增大摩擦力和稳定性。

如图3和图4所示，为本发明提供的一种滑杆系统的结构示意图和滑块剖面图。纵向滑杆2和横向滑杆4中间区域均匀布置齿槽20，移动电机24-1和24-2搭配与齿槽20咬合一致的移动齿轮22；其中，移动电机24-1和24-2配合纵向滑块25-1和横向滑块25-2，通过位移传感器46监测滑块位置，实现控制垂直固定板7的移动，从而控制切削电机8的水平位移；橡胶垫圈26防止横向滑动端柱3-2过度位移。滑块剖面图中，显示了纵向滑块25-1的结构，中间中空，可穿过纵向支撑杆21，下部有固定位移传感器46，监测滑块位移，另外，滑块25-1与25-2结构相同。

如图5所示，为本发明提供的的一种电机升降系统的结构示意图。切削电机8与弧形固定板37连接，依靠T型卡脚28和电机支撑板34上的T型卡槽31，使切削电机8可以沿T型卡槽31上下移动；升降电机33固定在弧形固定板37上，升降齿轮29与直齿槽36咬合，实现对切削电机8升降的控制；切削刀头27的螺旋齿槽，方便对钢管的局部切削去薄；位移传感器32监测升降电机33的位置，从而实现对切削电机8的监控；上封板35和下封板30保证了T型卡脚28的有效运动区域在T型卡槽内。

如图6所示，为本发明提供的控制台的结构示意图。控制台40可实现对切削电机8的自动控制；键盘39用于试验中的参数设定，控制台的操纵；电磁固定开关38可实现对电磁发生器6的控制；手动移动开关42可以实现人工操纵切削电机8的移动；手动升降开关41可实现对切削电机8的升降控制；显示屏43上可显示切削电机8的位置坐标信息、切削深度、模拟切削区域等。