CN101585401A - 海洋铺管船用张紧器履带系统的悬架装置 - Google Patents

Abstract

一种海洋铺管船用张紧器履带系统的悬架装置，包括主框架、连接在主框架上的压紧支撑杆、连接在主框架一侧的多个弹簧及连接于各弹簧上的支重轮组，多个弹簧为变刚度弹簧，例如液压弹簧、气压弹簧和液气弹簧。主框架的横截面为空心矩形，在主框架长度方向的两侧分别设有一块矩形翼板，多个变刚度弹簧分别连接在各矩形翼板的一侧。压紧支撑杆为两个且沿垂直主框架长度的方向分别设在主框架两端靠近中段的部位。本发明提供的海洋铺管船用张紧器履带系统的悬架装置，能使张紧器在工作中通过性良好，可以很好的适应各种不同管径、不同张紧力的管道铺设作业；并能使张紧器的夹紧力在管子上分布均匀，有效避免损坏管子外防腐涂层。

Description

海洋铺管船用张紧器履带系统的悬架装置

技术领域

本发明有关于一种海洋铺管船用张紧器，特别是有关一种海洋铺管船用张紧器履带系统的悬架装置。

背景技术

在海洋管道铺设作业过程中经常用到张紧器，张紧器包括机架、连接在机架上的用于夹紧管子的相配合的上、下履带系统以及驱动上、下履带系统沿机架上、下移动以压紧管子的液压夹紧装置。上、下履带系统分别包括V型履带、驱动V型履带的导向链轮和驱动链轮、支撑V型履带并传递压紧力的悬架装置。在作业过程当中通常使上履带系统沿机架上下移动并给管子施加夹紧力，下履带系统呈固定状态以配合上履带系统。现以上履带系统的悬架装置为例来进行说明。悬架装置设有主框架，在主框架沿管子轴向方向(即长度方向)的最外部两端分别设有一个压紧支撑杆，用于与液压夹紧装置连接以传递压紧力，在主框架的上部设有托带轮用来托住传动到上面的V型履带，在主框架的下部设有多个刚性弹簧，各刚性弹簧分别连接支重轮组，以通过下面的V型履带将夹紧力传递给管子。在实际使用过程当中，发现此种现有的张紧器存在以下不足有待进一步改善：

一、主框架上连接的各个弹簧是普通刚性弹簧，刚度基本恒定并且通常压缩量较大，导致悬架装置刚度过大，因此在当张紧器的上、下履带系统夹持住带有防腐涂层管子的作业过程当中，如遇到管子上有1英寸至2英寸的阳极凸块时，将引起管子很难通过，或者通过时提供的张紧力小于规定值，悬架装置的通过性不好。另外普通刚性弹簧的吸震性和缓冲性较差，在张紧器工作时振动和噪声较大。

二、由于张紧器的张紧力大小可以从0到200T变化，而铺设的管道直径也在12-60英寸范围内变化，而现有悬架装置的刚性弹簧，刚度基本恒定，因此难于对应不同管径大小、要求施加不同张紧力的管子提供相应变化的夹紧力，无法适应不同管径、不同张紧力的管道铺设作业，难以满足实际的需要；虽然可以针对不同管径、张紧力的要求，来更换合适刚度的弹簧来满足铺设不同管径、采用不同张紧力来铺设管道的需要，但这样显然会存在费时费力的组装拆卸问题。

三、由于现有的张紧器，两个压紧支撑杆布置在主框架长度方向的两端最外部端面上，再由于主框架沿管子轴向的方向通常长度较大，因此在悬架装置的主框架最外端受到压紧支撑杆的夹紧力时，两个压紧支撑杆受力支点之间的跨度较大，主框架在中间部分的变形量也大，当张紧器的上、下履带系统夹持住带有防腐涂层管道的时候，悬架装置在液压夹紧装置的作用下经常会出现不能将夹紧力很好的均匀分布在履带上，从而导致张紧器在沿管子轴向方向上的压力分布不均匀，引起管子的防腐涂层被压裂的情况。

四、由于上下履带系统对于管子的压紧施力面事实上仅是上下履带系统的V型履带与管道外壁接触的四条沿管子长度方向延伸的切线，受力面非常小，上下履带系统的V型履带的两条切线之间悬空，管子在径向方向上受力不均。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种海洋铺管船用张紧器履带系统的悬架装置，能使张紧器在工作中通过性良好，利于外层带阳极块的管子和变径管的接头轻易通过，并能保持张紧力恒定，工作时振动和噪声小；同时可以很好的适应各种不同管径、不同张紧力的管道铺设作业，通用性好。

本发明要解决的技术问题是提供一种海洋铺管船用张紧器履带系统的悬架装置，能使张紧器的夹紧力在管子轴向方向上和径向方向上分布均匀，有效避免损坏管子外防腐涂层。

本发明提供的一种海洋铺管船用张紧器履带系统的悬架装置，包括主框架、连接在主框架上的压紧支撑杆、连接在主框架一侧的多个弹簧及连接于各弹簧上的支重轮组，本发明的改进之处：弹簧采用变刚度弹簧。所谓“变刚度弹簧”是指刚度可以变化的弹簧，相对于刚度基本不变而言的，例如液压弹簧、气压弹簧和液气弹簧均是变刚度弹簧。

根据上述方案，本发明相对于现有技术的效果是显著的：

一、本发明中的悬架装置采用变刚度弹簧，工作中有异物通过时，悬架装置具有良好的通过性，可使外层带阳极块的管子和变径管的接头轻易通过，并能保持张紧力恒定；在工作过程中悬架装置还具有良好的减震降噪作用，且悬架装置也能构成一个模块化的结构，结构安全可靠，安装过程简单，保养维护方便。

二、本发明中的悬架装置采用变刚度弹簧，张紧力的大小可通过改变弹簧的刚度来进行调节，例如对于液气弹簧可以通过改变液气弹簧蓄压器的充气压力，来改变弹簧的刚度，从而能满足不同管径、不同张紧力的管道铺设要求，且无需如现有技术中必须更换合适刚度的刚性弹簧才能适应铺设不同管径、采用不同张紧力铺设管道的要求，省时省力，使用非常方便。

在一个优选的实施方式中，主框架的横截面为空心矩形，在主框架长度方向的两侧分别设有一块矩形翼板，多个变刚度弹簧分别连接在各矩形翼板的相同一侧，两块矩形翼板上所连接的变刚度弹簧呈对称分布。这种空心矩形的主框架和其两侧设矩形翼板的悬架装置，有利于使压紧力分布均匀。

在进一步的改进方案中，两个压紧支撑杆沿垂直主框架长度的方向分别设在主框架两端靠近中段的部位，即将现有张紧器的两端支撑杆由最外端向内侧移动。这样两个压紧支撑杆之间的跨距有所减小，当张紧器履带系统的悬架装置在受力状态下，主框架上的支撑受力点布置更为合理，主框架变形很小，易于实现压紧力沿管子轴向方向均匀分布在履带上。同时，每个V型履带板组在对应接触管子外壁的两个切点部位分别设有切点弹性垫，在两个切点弹性垫之间设有角部弹性垫，角部弹性垫与管子外壁的位于两个切点部位之间的部分接触。这样能使V型履带在管子的径向方向上压紧力均匀分布。从而张紧器工作中能保证管子在轴向和径向上所受的压紧力均匀分布，可避免损坏管子外防腐涂层。

附图说明

图1为海洋铺管船用张紧器的立体图。

图2为本发明中的上下履带系统夹紧管子的示意图。

图3为本发明的履带系统的悬架装置的示意图。

图4为本发明的主框架的横截面示意图。

图5为本发明的主框架和压紧支撑杆的俯视图。

图6为本发明的V型履带的V型履带板组的立体图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明提供了一种海洋铺管船用张紧器履带系统的悬架装置，为便于理解，先简单介绍张紧器。张紧器包括机架1、连接在机架1上的用于夹紧管子2的相配合的上、下履带系统11、12以及驱动上、下履带系统11、12沿机架1上、下移动以压紧管子2的液压夹紧装置10。上、下履带系统11、12分别包括V型履带4、驱动V型履带4的导向链轮41和驱动链轮42、位于V型履带4内部以对其支撑并传递压紧力的悬架装置3，每个V型履带4包括多个串接的V型履带板组43。在作业过程当中通常使上履带系统11沿机架1上下移动并给管子2施加夹紧力，下履带系统12呈固定状态以配合上履带系统11。

本发明的第一个改进点是：上下履带系统11、12的悬架装置3，现以上履带系统11的悬架装置3为例来进行说明，下履带系统12的悬架装置3不再详述。

如图2、3、4所示，悬架装置3包括；

主框架31，主框架31选用优质低合金碳素结构钢制成，主框架31的横截面为空心矩形；

在主框架31的长度方向的两侧分别设有一块矩形翼板32；在两块矩形翼板32下方均匀布置多个变刚度弹簧33，有利于使压紧力沿管子2的轴向分布均匀；在两块矩形翼板32上所连接的变刚度弹簧33呈对称分布，利于V型履带4的两个斜面压力相等，使压紧力在管子径向上均匀分布；在此变刚度弹簧33可以选用现有技术中的液压弹簧、气压弹簧和液气弹簧，在本实施方式中优选液气弹簧(可称油气弹簧)；

在每个液气弹簧33下面安装一组支重轮组34，支重轮组34的支重轮341均匀压在传动到下面的V型履带4上；为了让V型履带4压紧段受力均匀，可适当减小支重轮组34的支重轮341的直径、增加支重轮341的数量，基本要保证每个V型履带板组43上的每个链轨节432(压紧段)有一个支重轮341(如图6所示)，有利于使受力均匀；各支重轮组34中的2至3个支重轮之间的间距L1小于各支重轮组34之间的间距L2，一是防止两支重轮组34间的运动干涉，二是使各支重轮341压在V型履带板组43的链轨节432的不同位置上，使V型履带4受力更均匀；

在各矩形翼板32的上方安装托带轮组35，托带轮组35包括固定在主框架31上的托带轮轮架350和枢接于托带轮轮架350上的托带轮351，考虑到托带轮351在工作中受力不大，托带轮351的内部结构可不同于支重轮341，各托带轮351内部使用重载轴承作为旋转件，可减小磨擦阻力，以利于减小摩擦力和噪声，由各托带轮351托住传动到上面的V型履带4，在满足托带要求的情况下，不宜布置过多的托带轮组35，特别是由于下履带系统12的V型履带4着地，可以使托带轮组仅布置在对应主框架31的两端部分，中间的托带轮组省去，可进一步减重及节省成本；

主框架31连接压紧支撑杆36，压紧支撑杆36通常是两个，但可以根据液压夹紧装置10的驱动缸数量选择更多个，两个压紧支撑杆36通过其所连接的连接板361与液压夹紧装置相连接，以将液压夹紧装置的压紧力传递给主框架31并进一步传递给各变刚度弹簧33、支重轮组34和传动到下面的V型履带4。

本发明由于采用了变刚度弹簧33，相对于现有技术中的刚性弹簧而言，在异物通过时，悬架装置3有良好的通过性，可使外层带阳极块的管子和变径管的接头轻易通过，并能保持张紧力恒定，也具有良好的减震降噪作用；同时张紧力的大小可通过改变弹簧的刚度来进行调节，从而能满足不同管径、不同张紧力的管道铺设要求。

变刚度弹簧33优选具有自带的限位冲击装置(图中未示)，能防止瞬间冲击力过大损坏弹簧。对于液气弹簧和气压弹簧的方案，优选全部弹簧具有共用的自动控制装置和共用的充气管路作为控制管路，当弹簧刚度过大时，通过控制管路放气，以将弹簧中的气压降低，从而能减小弹簧刚度；这一过程可通过自动控制装置来实现，以保证每个弹簧的刚度完全一致。对于液压弹簧，可通过共用的液压管路来调节弹簧刚度，此时控制管路是液压管路。

在优选的方案中，使各支重轮组34与各变刚度弹簧33之间活动连接，并且为各变刚度弹簧33配置限位导向装置。优选各变刚度弹簧33与各支重轮组34分别通过一曲柄连杆5活动连接，支重轮组34包括带有枢接轴342的轮架343，2至3个支重轮341连接在轮架343上，各支重轮341包括中心转轴、套置于中心转轴外部的轴套、以及套设于轴套外部的轮外壳(图中未示出)。各曲柄连杆5的一端枢接在一个支重轮组34的枢接轴342上，另一端枢接于一个固定轴344，而该固定轴344固定在主框架31上。各限位导向装置分别包括一个固定在主框架31上的限位套块37，限位套块37套置在变刚度弹簧33的弹簧杆331上，弹簧杆331枢接在各支重轮组34的枢接轴342上；另外位于主框架31一侧的各个变刚度弹簧33的各限位导向装置的各限位套块37，也可以由一个整体的限位套板来代替。这种活关节式的活动连接，在管子2表面有较厚阳极凸块，支重轮组34受到更大的轴向力(沿管道的轴向)时，通过曲柄连杆5的活动连接，可以让支重轮组34能沿其枢转轴342转动一个角度，可让液气弹簧只受拉压作用而不产生弯矩作用；再配合限制弹簧杆331受力弯曲或倾斜的限位导向装置，能更好地保证变刚度弹簧33只受拉压作用，不受张弯曲作用，有利于减少弹簧杆331所受的径向分力，减少变刚度弹簧33内部的弹簧杆331和缸筒之间的磨损和泄漏，延长变刚度弹簧的使用寿命。在此，支重轮组34和变刚度弹簧33之间的活动连接方式，不局限于通过曲柄连杆来实现，其它例如由万向铰链等实现铰接的活动连接方式都可采用，不作限制。另外，可以使变刚度弹簧和支重轮组之间固定连接，可以间隔设置一些导向板，用于使变刚度弹簧沿导向板上下运动，以尽量保护弹簧杆受到较小的径向分力，但相对于变刚度弹簧和支重轮组之间为活动连接方式，固定连接将存在弹簧杆易受弯曲力、易引起弹簧内部的磨损或泄露，不提倡优选，对于管子2外部相对整齐而不具过大突起的作业场合可以考虑采用，可以降低设备成本。

如图3、5所示，本发明的再一个重要的改进点是：两个压紧支撑杆36沿垂直主框架31长度的方向分别设由主框架31两端(面)311靠近中段312的部位，即将现有张紧器的两端压紧支撑杆(如假想线所示)由主框架31的最外端端面311依箭头F1、F2向中段部位移动，这样两个压紧支撑杆36之间的跨距减小，当张紧器履带系统悬架装置在受力状态下，主框架31上的支撑受力点布置更为合理，主框架31变形很小，易于实现压紧力沿管子轴向方向均匀分布在履带上。如图6所示，对上、下履带系统11、12的V型履带4作了进一步改进，V型履带4相串接的各个V型履带板组43包括V型履带板431和设于V型履带板431两端的链轨节432，在V型履带板431的两个斜面上对应接触管子外壁的两个切点部位分别由紧固件连接有一个切点固定框433，在两个切点固定框433上分别设有切点弹性垫44，改进点是：在V型履带板431的两个斜面之间的切点固定框433之间即角部位置再由紧固件连接一个角部固定框434，在角部固定框434上设有角部弹性垫45，这样在两个切点弹性垫44之间还设有角部弹性垫45，角部弹性垫45与管子2外壁的位于两个切点部位之间的部分相接触，能使V型履带在管子2的径向方向上压紧力均匀分布，从而保证张紧器工作中管子在轴向和径向上所受的压紧力分布均匀，可有效避免损坏管子外防腐涂层。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，当不能以此限定本发明实施的范围，任何他人将张紧器的刚性弹簧替换为任何一种变刚度弹簧，都应属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种海洋铺管船用张紧器履带系统的悬架装置，所述悬架装置包括主框架、连接在主框架上的压紧支撑杆、连接在主框架一侧的多个弹簧及连接于各弹簧上的支重轮组，其特征是：所述多个弹簧为变刚度弹簧。

2.根据权利要求1所述的海洋铺管船用张紧器履带系统的悬架装置，其特征是：所述变刚度弹簧为液压弹簧、气压弹簧和液气弹簧。

3.根据权利要求2所述的海洋铺管船用张紧器履带系统的悬架装置，其特征是：所述主框架的横截面为空心矩形，在所述主框架长度方向的两侧分别设有一块矩形翼板，所述多个变刚度弹簧分别连接在各矩形翼板的相同一侧，两块矩形翼板上所连接的变刚度弹簧呈对称分布。

4.根据权利要求3所述的海洋铺管船用张紧器履带系统的悬架装置，其特征是：所述各变刚度弹簧与各支重轮组活动连接，各变刚度弹簧分别设有限位导向装置。

5.根据权利要求4所述的海洋铺管船用张紧器履带系统的悬架装置，其特征是：所述各变刚度弹簧与各支重轮组分别通过一个曲柄连杆活动连接，所述各支重轮组包括带有枢接轴的轮架和连接于轮架的2至3个支重轮，一个所述曲柄连杆的一端枢接在一个所述支重轮组的枢接轴上，另一端枢接于一个固定轴，所述固定轴固定在所述主框架上，所述各限位导向装置分别包括一个固定在主框架上的限位套块，所述限位套块套置在变刚度弹簧的弹簧杆上，所述弹簧杆枢接在各支重轮组的枢接轴上。

6.根据权利要求3所述的海洋铺管船用张紧器履带系统的悬架装置，其特征是：所述全部变刚度弹簧具有共用的自动控制装置和共用的控制管路，所述控制管路为充气管路或液压管路。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的海洋铺管船用张紧器履带系统的悬架装置，其特征是：所述压紧支撑杆包括两个，且沿垂直主框架长度的方向分别设在主框架两端靠近中段的部位。

8.根据权利要求7所述的海洋铺管船用张紧器履带系统的悬架装置，其特征是：所述海洋铺管船用张紧器履带系统包括上履带系统和下履带系统，所述上、下履带系统分别包括V型履带，所述V型履带包括多个串接的V型履带板组，每个V型履带板组包括V型履带板、设于V型履带板两端的链轨节，在V型履带板的对应接触管子外壁的两个切点部位分别设有切点弹性垫，在两个切点弹性垫之间设有角部弹性垫，所述角部弹性垫与管子外壁的位于两个切点部位之间的部分接触。

9.根据权利要求7所述的海洋铺管船用张紧器履带系统的悬架装置，其特征是：每个矩形翼板上连接的变刚度弹簧均匀分布，各支重轮组中的2至3个支重轮之间的间距小于各支重轮组之间的间距，V型履带的每个V型履带板组的每个链轨节对应一个支重轮。

10.根据权利要求7所述的海洋铺管船用张紧器履带系统的悬架装置，其特征是：在所述矩形翼板连接支重轮组的相对侧设有托带轮组，所述托带轮组包括固定在所述主框架上的托带轮轮架和枢接于托带轮轮架上的托带轮，所述各托带轮内设有重载轴承。

11.根据权利要求5所述的海洋铺管船用张紧器履带系统的悬架装置，其特征是：所述支重轮包括中心转轴、套置于中心转轴外部的轴套、以及套设于轴套外部的轮外壳。

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