海底管道多功能维修机具作为重要的海底管道维修设备之一,能够有效对破损的海底输油管道进行打磨、切断、倒角等多种维修作业,从而减少原油泄漏,降低环境污染和经济损失,因此对海洋管道多功能维修机具研究显得尤为重要。本文主要针对多功能维修机具的水下爬行稳定性、加工过程以及水下控制系统进行了研究。对多功能维修机具在水下爬行时的稳定性展开研究,综合分析机具在水下受到的重力、浮力、洋流力等外力,建立机具爬行时的受力模型;求得机具所受到的合外力和外力矩,以及多功能维修机具夹紧时夹持机构能提供的轴向摩擦力与周向摩擦力矩,得出机具爬行的稳定性方程。通过对该方程进行分析,得出机具爬行稳定性与作业管道管径正相关的结论;并对稳定性最低的情况进行理论计算,此时机具不会发生轴向位移与周向倾覆;即多功能维修机具在水下爬行时始终能够保持其稳定性。通过ABAQUS对夹紧后的系统进行仿真分析,夹具与管道之间未发生相对位移,验证了理论模型计算的正确性。对刀具切削刃进行离散,取其中一微元研究,通过建立刀具切削时的斜角切削空间模型,求出等效切削平面;利用材料切削时的J-C本构方程求解切削作业时工件中的应力分布及形变区的温度分布,对应力进行计算、积分和空间转换得到作用在多功能维修机具刀具上的反切削力的计算公式。通过ABAQUS进行切削仿真与分析,得到在所取作业参数范围内切削力与切削速度正相关的结论。将仿真结果与理论模型的计算对比,有效验证了理论模型的正确性。根据水下作业要求,分析机具的工作过程,并对水下控制系统展开研究,控制系统软件部分完成了基于WinCC的上位机人机交互界面设计和基于STEP7的下位机控制程序编写,在上下位机之间采用以太网的通信方式。硬件部分均采用S7-200系列PLC作为主控制器,搭配多个拓展模块,实现多功能维修机具主体和水下液压源的控制。对两部分硬件进行接线安装,结合软件部分进行调试,均达到了设计要求。针对机具作业过程中的切削力与进给速度的关系开展研究,通过建立速度闭环控制系统对C盘的旋转速度进行控制,继而实现对切削力的控制。对多功能维修机具进行了完整的实验研究,利用刀盘旋转来提供机具在水下爬行时受到外部力矩,验证了水下爬行时的稳定性;进行了刀具切削实验,对比不同的切削参数下切削效果,得到了较合理的作业参数范围,验证了刀具切削力的理论计算与仿真结果;通过对电控仓进行打压实验,测试其密封性和耐压性;对电控仓、阀箱、深水液压源以及整个多功能维修机具主体进行连接调试,验证了控制系统的合理性和稳定性。