水下海底管道金刚石绳距切割机设计【说明书+CAD+SOLIDWORKS】
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水下海底管道金刚石绳距切割机设计【说明书+CAD+SOLIDWORKS】,水下,海底,管道,金刚石,切割机,设计,说明书,CAD,SOLIDWORKS
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表现在金刚石合成物和碳化物工具之间的磨耗和切割一系列岩石的磨耗和切割测试被极其稳定的金刚石合成物(TSDC)和碳化钨(WC)工具所承担。磨耗试验作为一个特定的目的被开展，磨耗测试在一个装备了切割工具的，转动的氧化铝砂轮上进行。岩石切割试验在一台修改过的线性整平机上进行。 在这些测试期间，作用在刀具上的推力和切割力被测量了。两种材料的磨耗系数用于评估磨耗表现，而切割表现由工具的磨损和有效切割距离的增量来估计。结果显示WC切口元素的磨耗系数明显高于显示TSDC元素的磨耗系数。 TSDC采撷切口表现好比是WC采撷。 在同样切口条件下，表现在WC采撷上推力明显着高于表现在TSDC采撷上的。 实验性结果表明TSDC可以被申请作为为切开坚硬和磨蚀岩石的一个有效工具。 本文由X. S. Li, J. N. Boland and H. Guo.提供。图1岩石切割工具已经传统地以碳化钨（wc）为依据。Wc作为开挖隧道机和剪床鼓的切割工具，已经被使用了几十年。他们已经证明了在绝大多数煤和软岩石中的有效性和充分性，但是在坚硬岩石和强腐蚀性岩石中存在着不成功性和不合适性。要切开坚硬的和腐蚀的岩石，其中的一种方法就是用金刚石合成物代替WC。金刚石合成材料的主要改进，表现在黏合剂成分上的变化，由金属钴到陶瓷Sic, 而Sic是由易反应的(原子的)结合在焊接期间生产出来的，或是作为焊接操作的一个原始成分。这种金刚石合成物被认知为极其稳定的金刚石合成物(TSDC) 2, 3. 其中的一个工作宗旨是估计TSDC切口元素的磨耗特征。各种各样的参量也许被用于表现材料的磨耗行为，但是磨耗系数是一个最常见的参量。磨耗系数在Archard磨耗式4中被给出：(1) Qtotal是代表磨耗测试中的磨损量，P代表装载，S代表切口长度，H代表穿戴材料的表面硬度。无维常数K代表磨耗系数。当解释实验性的结果时，接口处材料的硬度或许不是很确定。一个更有用的参量是比率K/H或者k -，这被通认为尺寸磨耗系数5(mm3/Nm)。Qtotal、P和s的为已知值，K的值等于： (2) 另一个工作宗旨是评估和比较WC和TSDC切割元素在块状砂岩(UCS 120 MPa)上的切割表现，集中在CSIRO的岩石切割船具上。图2实验性细节磨耗试验在一套为特定目的建造的磨耗试验船具(图1)上执行了。样品被紧固在刀具柄内，并且横跨转动砂轮的表面，哺养了在切割的边框形式深度。行动在元素上推力和切削力（参见图2）由压电池测量。来自压电池的信号以可调整的获取，通过了全国仪器的信号波形加工系统(NI-SCXI)，记录在私人电脑上，运行在镍元素的实验观察下。一个玻璃化的保税的铝土砂轮(UCS 120 MPa， cerchar磨蚀性索引3.54，多孔性42%，氧化铝粒度400m)被选择为磨耗测试的标准制造量。轮子的最初维度是350毫米(外在直径) x 50毫米(内部直径) x 50.8毫米(宽度)。TSDC元素(16x20，密度3.4158 g/cc)和岩石品级碳化钨(WC)切割元素(12x22.5，密度14.7070 g/cc)被用于测试中。试验条件是： 轮子旋转的速度：479.5 RPM，切割的深度：0.25毫米，供给率：1.22 mm/rev，测试的环境：干燥。每一个元素需要以0.0001g的准确性在磨耗实验前后被斟酌，通过使用平衡(METTLER AE200)。通过元素在测试前后的重量，以及它的密度，可以计算出元素的磨损量。对TSDC元素的磨耗试验进行了100切割。（一次轮子的穿过对应一次切割）然而，WC的磨耗率太高，以至于测试在达到100切割前就被终止了。 图3岩石切割测试：岩石切割测试在一个修改过的整平机上执行，整平机的操作由计算机控制。线性切割速度（或岩石供给率）是在0.1m/s和2.5m/s之间的可调性软件。切割冲程能达到3m.测试在砂岩上进行。块的维度是1800x450x450mm.TSDC和WC切割元素被注入标准尺寸的岩石采撷体。切削刀鼓被安放在整平机的十字头上，被一台50千瓦水力的电动机所驱动。（图3）刀鼓宽度为100mm，外径精选360mm。刀鼓上面有13个采撷。力矩由安放在水力电动机上的力臂测量。推力由应变仪测量。刀鼓的旋转速度：400rpm,供给量;30mm/s,深度：40mm。 图4 图5 结果和讨论：磨耗测试：图4显示了切割刚玉砂轮时TSDC和WC磨耗系数。正如期望的那样，WC的磨耗系数大于TSDC的磨耗系数。显然在TSDC曲线和WC之间的缺口与切距迅速增加。在早期，WC的磨耗系数大约是TSDC的14倍。仅在1500米，WC的磨耗系数超过400倍的TSDC的磨耗系数。WC的磨耗实验不得不在这个时期结束。有两个重要的因素可以解释这种行为。第一，如图5所示。TSDC的推力随着切距的增加而稍微增加，而WC的推力在大约16次切割后迅速减小。第二，行为的差别可能与两种材料硬度的温度灵敏度有关。切口的升温已经由尺寸的分析得到6,7。以多种工作材料的试验数据为依据，在切口处的平均升温被给出：(1) 这里u是操作的具体能量，Nm/mm3。V:切割速度，m/s。f:每次的供给量（m）。c:工作材料的体积的比热，J/mm3 C，在这个例子中，砂轮； 千吨： 轮子的热扩散率， m2/s。在TSDC和WC工具分析中，切割速度，供给量，和车轮体积的比热被恒定保持。因此，切口处的平均温度的差别最有可能来源于切割的具体能量的差别。图6TSDC和WC的具体能量如图6所示。似乎在初始阶段，WC的具体能量微高于TSDC，而随后在切割时期，WC的具体能量足够高于TSDC。从方程式3看出，预计WC接口处上升的温度将远远高于TSDC，因此硬度的显著下降将由WC切割因素的接触层预计出来。8方程式1和2预计切割速率随着硬度的下降而增加，因此与TSDC相比较，这种影响将相当有助于WC磨耗系数的增高。图7图8图9图10图7显示新的WC和TSDC元素，和磨耗测试后，磨损平台在它们身上的发展。可以清楚地看见，虽然TSDC已经切割的距离比WC大得多，但是它的磨损平台发展比WC小得多。磨损平台区域和WC推力，TSDC的切距分别显示在图8和图9.在比较图8和图9时，应该注意到磨损平台的趋势和推力非常相似。当切口变大时，TSDC的磨损稍微增加，推力也随之稍微增加。相反，WC的磨损迅速增加，推力也随之迅速增加。这表明推力的增量取决于磨损的增量。图10显示了推力忽然磨损的关系，体现了这些参量之间较强的作用。图11岩石切割测试：岩石切割测试后，WC和TSDC的采撷被检测，TSDC的采撷没有明显的磨损。相反，WC的采撷技巧已经降低，大量磨损已经增加（图11）。图12显示了切割期间TSDC和WC采撷的力矩价值，通过测试可以看出，TSDC采撷的平均力矩只显示了一点变化，而WC采撷的力矩在切割期间大约增加50%。图13显示了岩石切割期间TSDC和WC采撷的推力。在测试中，TSDC采撷的推力只是稍微地增加，而WC采撷的推力在切割过程中迅速地增加。 图12 图13通过比较图12(b)和图13(b)，显而易见，切割过程中，推力的增加频率远远超过力矩的增大频率。此种现象可能可能存在两个原因。首先，对于工具磨损来说，切割力比推力较不敏感9-11.换句话说，特定的工具磨损，切割力的增量小于推力的增量。力矩是由鼓的切割力和半径得出来的(采撷技巧)。其次，切割力由两部分组成：一部分负责芯片形成，一部分克服摩擦。前一部分与切割条件有关系，就像切割的深度。而后一部分与工具磨损有关系。在两个相反机制中，工具的磨损影响着切割力。一方面，当工具磨损增大，切割的深度反而减小，切割力减小。另一方面，当工具的磨损增大，摩擦力随之增大，切割力增大。因此，当工具磨损增大，切割力是否增大或减小取决于哪种机制占优势。总结1在早期，WC的磨耗系数大约是TSDC的14倍。仅在1500米，WC的磨耗系数超过400倍的TSDC的磨耗系数。这是因为切割过程中WC切割元素的推力和温度迅速增加。2 推力和磨损面积的关系很密切。早期，磨损面积小，推力也相应小；当磨损面积增大，推力增加。可以观察到，不同的工具材料，不同的磨损面积增大程度，推力的增量也不同。3 TSDC采撷的岩石切割优于WC采撷的岩石切割。同样的切割条件下，WC采撷显示了大量的工具磨损，TSDC采撷没有明显的显示。作用在切削刀鼓上的推力，WC采撷足够高于TSDC采撷。4 刀具磨损以两种相反的机制影响着切割力。当工具磨损增加，切割深度降低，导致切割力下降。然而，由于工具磨损，摩擦力增大，切割力也相应的增大。因此，切割力增大或者减小取决于哪种机制占优势。作者：X. S. Li, J. N. Boland and H. Guo.工作于CSIRO勘探开采。邮编883，肯摩尔昆士兰4069，澳大利亚。作者要感谢Peter Clark在设计，制造磨损试验台和实验技术提供发面做出的努力。也感谢Craig Harbers和Michael Cunnington在贯彻和落实切割试验中提供的帮助。此篇文章是2007年4月19日，意大利罗马举行的第二届国际工业金刚石会议中提交的论文，在钻石有限公司的友善许可下被打印出来。参考：1 司法机构政务长和J.A.Martin和R.J.Fowell, 集中研究工具的磨损和岩石的切割.2 J.N.Boland和X.S.Li,H.等人研究磨损，金刚石化合物的切割.3 P. Larsson, N. Axen, T. Ekstrom, 等人研
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