CN108999166A - 一种自升式吊装船桩腿锁紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自升式吊装船桩腿锁紧装置，锁紧装置布置在桩腿齿条的四周，并与机架连接；机架固定在吊装船上，桩腿贯穿机架；锁紧装置包括锁紧齿块的支撑结构、锁紧齿块的传动机构和锁紧齿块的复位机构；锁紧齿块的传动机构包括上螺杆、下螺杆、锁块；锁紧齿块的上、下两面分别与上锁块、下锁块相接触配合，其齿面与桩腿齿条相配合；电动机驱动上螺杆、下螺杆，通过螺纹传动带动上锁块、下锁块运动，进而驱动锁紧齿块运动，将锁块的横向移动转变为锁紧齿块的纵向移动。本发明结构简单，容易操作，稳定可靠，制造成本低，快速精度高，便于拆卸和维护，承载力大，适用于多种工作环境。

Description

一种自升式吊装船桩腿锁紧装置

技术领域

本发明涉及一种锁紧装置，特别是一种用于自升式吊装船桩腿的锁紧装置。

背景技术

自升式吊装船通常有六条桩腿，每条桩腿设有齿条，通过齿轮齿条传动实现吊装船升降，在每条齿条上安装锁紧机构；吊装船到达预定的工作地点后需要调整高度，当升降系统调整到合适的高度后，需要锁紧机构将吊装船桩腿锁住，保证吊装平台能够在安全的高度平稳地进行吊装作业，并且将平台的各种载荷通过锁紧机构传递给桩腿；完成吊装作业后通过齿轮齿条传动收起桩腿，当桩腿升到适当位置，锁紧机构工作，将桩腿的重量通过锁紧机构传递给吊装船。

中国发明专利CN102839640B公开了一种自升式钻井平台锁紧机构，包括桩腿齿条和对称布置在桩腿齿条两侧的两套锁紧机构，所述自升式钻井平台内设有一刚性框架，每套锁紧机构包括一个齿块、一个上千斤顶、一个下千斤顶、两个水平千斤顶、一个水平油缸和一个倾斜油缸，上、下千斤顶竖直固定在刚性框架内侧并分别位于齿块的上、下两侧；两个水平千斤顶水平固定在刚性框架内位于齿块的后方；水平油缸位于两个水平千斤顶之间，水平油缸的一端与所述齿块相铰接，另一端与刚性框架相铰接，且倾斜油缸的轴线与竖直方向的夹角为锐角。通过水平油缸和倾斜油缸之间的工作配合，可以使齿块和齿条相啮合，啮合后千斤顶分别顶住齿块的各个配合面，实现钻井平台的锁紧。但是这里存在两个问题：第一，该设计中使用千斤顶支撑齿块，钻井平台工作时会将整个船体载荷通过千斤顶传递给桩腿而此时的载荷是变化的，液压机构在长时间的大载荷和变载荷作用下，会出现液压原件失效，从而出现齿块和桩腿脱离啮合；第二，液压驱动速度较慢且精度低。

中国发明专利CN103352454B公开了一种自升式海洋平台升降系统中的桩腿锁紧机构，包括：带有固定齿条的桩腿、两个蜗轮蜗杆机构、两个连杆机构、一个凸轮机构和两个卡齿机构。在收到自锁信号后，液压缸伸出，推动锁紧挡板向着立式桩腿靠拢，直至与齿条底座贴紧；然后在电机驱动下，位于齿条底座右边的蜗轮蜗杆系推动圆球滚子沿着直动凸轮轮廓向下运动，相应立式桩腿左边的蜗轮蜗杆系以同样的运动方式带动圆球滚子沿凸轮轮廓向上运动，由换向偏移机构将电机输出轴与蜗轮蜗杆输入轴错开，自锁完成。但是这里存在至少三个问题：第一，该设计中蜗轮蜗杆和凸轮机构加工要求高，制作成本高且易损坏；第二，该设计仅使用两个挡板锁紧桩腿，其承载力较小，不适用于大载荷和变载荷环境下；第三，该设计中机构复杂，对于其安装精度要求较高。

因此，亟待解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明目的是克服液压锁紧机构和机械式桩腿锁紧机构的不足，提供一种结构简单、稳定可靠、快速高精度的机械式的自升式吊装船桩腿锁紧装置，以克服现有技术的上述缺陷。

技术方案：本发明提供一种自升式吊装船桩腿锁紧装置，锁紧装置布置在每个桩腿齿条的四周，并与机架连接；所述机架固定在吊装船上，桩腿贯穿所述机架；所述机架包括前后板、锁块滑板、螺杆支撑板、侧板、复位支撑板、第一加强板、第二加强板，各板通过螺纹联接组成机架；所述锁紧装置包括锁紧齿块支撑结构、锁紧齿块的传动机构和锁紧齿块的复位机构；所述锁紧支撑结构包括T型滑块、滑槽、滑柱、弹簧、滑柱导轨；通过螺栓将滑槽固定在机架上；所述锁紧齿块传动机构包括螺杆、锁块；所述述螺杆两端分别安装在机架螺杆支撑板和前后板上；所述锁块安装在锁块滑板上；步进电机驱动螺杆，通过螺纹传动驱动锁紧齿块运动；所述锁紧齿块复位机构包括复位拉杆、复位齿轮、复位齿条；复位拉杆安装在机架前后板上，其设有凸台联接锁紧齿块，复位齿条固定在复位拉杆上，复位齿轮安装在机架复位支撑板上；本发明动力传动机构由步进电机驱动，螺纹传动，齿轮齿条传动。

根据上述技术方案，所述机架左右对称且上下也对称，为方便详细介绍，以机架上部分为例：前后板四角设有四个凸台，凸台焊接在该板上，用于放置电动机；凸台上方设有四个圆孔用于安装螺杆；板中间设有长方形通孔，便于安装和检查；长方形孔两边设有两个小圆形通孔、一个小长方形通孔，两个小圆孔用于安装复位拉杆并实现拉杆周向定位，小长方形孔用于复位拉杆中的齿条通过；板两边分别设有一对圆形通孔，与侧板左右侧面螺纹孔通过螺栓固定；锁块滑板左右两边设有通孔用于和侧板上下两面螺纹孔通过螺栓固定，中间设有长方形开口槽，用于安装锁块且锁块分别与槽的各个面配合，防止周向旋转；螺杆支撑板两边设有圆形通孔用于与侧板凹台侧面螺纹孔通过螺栓固定，中间两个圆孔用于支撑螺杆；侧板左右面分别设有一对螺纹孔，与前后板左右两边通孔通过螺栓固定；侧板上下面设有8对螺纹孔，用于与锁块滑板通过螺栓固定；侧板凹台侧面设有螺纹孔与螺杆支撑板两边圆形通孔通过螺栓固定；四个角分别设有一对通孔用于与第一加强板侧面螺纹孔通过螺栓固定；侧板中间设有四个凹槽，用于将滑槽限位；凹台中设有四个通孔用于将滑槽通过螺栓连接固定在机架上；两个凹槽中间设有两个圆形通孔用于与复位支撑板侧面螺纹孔通过螺栓固定；复位支撑板左右侧面分别设有一对螺纹孔用于与侧板中间两个通孔通过螺栓固定；中间设有两个凹形滑槽，该滑槽用于复位拉杆中齿条滑行；滑槽两边有螺纹孔用于固定齿轮架；第一加强板两端侧面设有一对螺纹孔用于与侧板通过螺栓联接；第二加强板上下两个面通过螺栓联接上、下锁块滑板。

按上所述技术方案，所述的锁紧齿块的支撑结构通过两个滑行方向相互垂直的滑行结构，实现锁紧齿块水平方向和垂直方向的位移。滑槽底部设有四个圆形通孔，滑槽固定在机架侧板限位槽中，用螺栓固定；滑槽设有T型导轨，增大其承载力；上滑块T型结构，滑块在滑槽水平方向滑行；其T型滑块设有凸台，凸台设有两个圆形通孔，用于与滑柱配合，滑柱可以在圆形通孔上下移动；下滑块T型结构，滑块在滑槽水平方向滑行；其T型滑块设有凸台，凸台设有两个凹形圆形通孔，用于安装两个滑柱。滑柱下端设有螺纹孔，滑柱下端安装在下滑块凹形圆孔中，通过螺栓固定，上端穿过上滑块圆孔。两个滑柱联接两个滑块在滑槽上水平滑行。滑柱导轨凸台形状，凸台部位设有两个圆形滑槽，用于与两个滑柱配合；底部设有四个通孔用于与锁紧齿块侧面四个螺纹孔通过螺栓固定。锁紧齿块上下两面设有倾斜面且倾斜角大小与锁块倾斜角相等，用于与锁块倾斜面接触配合；锁紧齿块一侧面设有四个螺纹孔用于联接滑柱导轨；锁紧齿块背部中间设有圆柱孔便于安装复位拉杆圆柱凸台，圆柱孔上下两侧设有T型槽，用于圆柱凸台滑行。两个弹簧作用于导轨滑柱和下滑块之间，保证锁紧齿块在机架垂直方向的中间位置。

按上述技术方案，所述的锁紧齿块的传动机构将锁块的水平方向的驱动力转变为锁紧齿块的水平和垂直驱动力。具体地，上螺杆、下螺杆两端分别安装在螺杆支撑板和前后板上；上螺杆、下螺杆的一端分别用联轴器连接两台步进电机，步进电机安装在前后板凸台上。锁块分头、颈和底三个部分，头部设有倾斜面，且倾斜角和锁紧齿块大小相等；颈部两边有凹槽用于和锁块滑板长方形滑槽配合，锁块在锁块滑板滑行；底部是正方体，中间设有螺纹孔且正方体长小于锁块头部尺寸，便于安装且可以增加锁块头部水平移动位移大小且增大机构锁紧时锁块斜面和锁紧齿块斜面接触面积。

按上述技术方案，所述的锁紧齿块的复位机构，复位拉杆设有圆形凸台和齿条拉板，圆形凸台在锁紧齿块背部T型槽滑行；齿条拉板固定复位齿条；齿轮支撑板设有通孔，通过螺栓固定在复位支撑板上；复位齿轮通过齿轮轴定位在齿轮支撑板上；齿轮轴一端设有键槽与复位步进电机连接。

按上述技术方案，所述的锁紧齿块的传动机构和锁紧齿块的复位机构由可编程控制器控制步进电机驱动，实现锁紧和复位。

按上述技术方案，螺杆和锁块可以自锁，限制锁块水平方向的位移。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：机械式桩腿锁紧装置结构简单，容易操作，稳定可靠，制造成本低，快速精度高，便于拆卸和维护，承载力大，可适用各种工作环境。

附图说明

图1为本发明的整体布局示意图；

图2为本发明的机架示意图；

图3为本发明的锁紧装置示意图；

图4为本发明的锁紧齿块的支撑结构示意图；

图5为本发明的锁紧齿块的传动机构示意图；

图6为本发明的锁紧齿块的复位机构示意图；

图7为本发明的复位拉杆示意图；

图8为本发明的控制系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，自升式吊装船桩腿锁紧装置包括布置在桩腿齿条四周的四套锁紧装置3，锁紧装置3与机架2固定连接；机架2固定在吊装船上，桩腿齿条贯穿机架2；如图2所示，前后板2.1四角设有四个凸台，凸台焊接在该板上，用于放置电动机；凸台上方设有四个圆孔用于安装螺杆3.1.6；板中间设有长方形通孔，便于安装和检查；长方形孔两边设有两个小圆形通孔、一个小长方形通孔，两个小圆孔用于安装复位拉杆3.3.1并实现拉杆周向定位，小长方形孔用于复位拉杆3.3.1中的齿条3.3.1.5通过；板两边分别设有一对圆形通孔，与侧板2.4左右侧面螺纹孔通过螺栓固定。锁块滑板2.2左右两边设有通孔用于和侧板2.4上下两面螺纹孔通过螺栓固定，中间设有长方形开口槽，用于安装锁块且锁块分别与槽的各个面配合，防止周向旋转；锁块包括上锁块3.2.3和下锁块3.2.4。螺杆支撑板2.3两边设有圆形通孔用于与侧板2.4凹台侧面螺纹孔通过螺栓固定，中间两个圆孔用于支撑螺杆3.1.6。侧板2.4左右面分别设有一对螺纹孔，与前后板2.1左右两边通孔通过螺栓固定；侧板2.4上下面设有8对螺纹孔，用于与锁块滑板2.2通过螺栓固定；侧板2.4凹台侧面设有螺纹孔与螺杆支撑板2.3两边圆形通孔通过螺栓固定；四个角分别设有一对通孔用于与第一加强板2.6侧面螺纹孔通过螺栓固定；侧板2.4中间设有四个凹槽，用于将滑槽3.1.2、3.1.9限位；凹台中设有四个通孔用于将滑槽3.1.2、3.1.9通过螺栓连接固定在机架上；两个凹槽中间设有两个圆形通孔用于与2.5复位支撑板侧面螺纹孔通过螺栓固定。复位支撑板2.5左右侧面分别设有一对螺纹孔用于与侧板2.4中间两个通孔通过螺栓固定；中间设有两个凹形滑槽，该滑槽用于复位拉杆3.3.1中齿条滑行；滑槽两边有螺纹孔用于固定齿轮架3.3.5。第一加强板2.6两端侧面设有一对螺纹孔用于与侧板2.4通过螺栓联接。第二加强板2.7上下两个面通过螺栓联接上、下锁块滑板2.2。

如图3所示，锁紧装置示意图，为方便介绍将该机构分为三个部分，锁紧齿块的支撑结构3.1、锁紧齿块的传动机构3.2、锁紧齿块的复位机构3.3。如图4所示，滑槽3.1.2、3.1.9底部设有四个圆形通孔，滑槽固定在侧板2.4限位槽中，用螺栓固定；滑槽设有T型导轨，增大其承载力。上滑块3.1.1为T型结构，滑块在滑槽3.1.2中水平方向滑行；其T型滑块设有凸台，凸台设有两个圆形通孔，用于与滑柱3.1.4、3.1.6配合，滑柱可以在圆形通孔上下移动。下滑块3.1.8为T型结构，滑块在滑槽3.1.9中沿水平方向滑行；其T型滑块设有凸台，凸台设有两个凹形圆形通孔，用于安装两个滑柱3.1.4、3.1.6。滑柱3.1.4、3.1.6下端设有螺纹孔，滑柱下端安装在下滑块3.1.8凹形圆孔中，通过螺栓固定，上端穿过上滑块3.1.1圆孔。两个滑柱联接两个滑块在滑槽上水平滑行。滑柱导轨3.1.3为凸台形状，凸台部位设有两个圆形滑槽，用于与两个滑柱配合；底部设有四个通孔用于与锁紧齿块3.1.10侧面四个螺纹孔通过螺栓固定。锁紧齿块3.1.10上下两面设有倾斜面且倾斜角大小与上锁块3.2.3、下锁块3.2.4倾斜角相等，用于与上锁块3.2.3、下锁块3.2.4倾斜面接触配合；锁紧齿块一侧面设有四个螺纹孔用于联接滑柱导轨3.1.3；锁紧齿块背部中间设有圆柱孔便于安装复位拉杆3.3.1、圆柱凸台3.3.1.3，圆柱孔上下两侧设有T型槽，用于圆柱凸台3.3.1.3滑行。两个弹簧3.1.5、3.1.7作用于导轨滑柱3.1.3和下滑块3.1.8之间，保证锁紧齿块3.1.10在机架垂直方向的中间位置。

如图5所示，上螺杆3.2.1、下螺杆3.2.5两端分别安装在螺杆支撑板2.3和前后板2.1上；上螺杆3.2.1和下螺杆3.2.5的一端分别用联轴器连接步进电动机3.2.2、3.2.6，步进电机安装在前后板2.1凸台上。上、下锁块3.2.3、3.2.4分头、颈和底三个部分，头部设有倾斜面，且倾斜角和锁紧齿块3.1.4大小相等；颈部两边有凹槽用于和锁块滑板2.2长方形滑槽配合，锁块在锁块滑板2.2滑行；底部是正方体，中间设有螺纹孔且正方体长小于锁块头部尺寸，便于安装且可以增加锁块头部水平移动位移大小且增大机构锁紧时锁块斜面和锁紧齿块斜面接触面积。

如图6所示，复位拉杆3.3.1设有圆形凸台和齿条拉板，圆形凸台在3.1.10锁紧齿块背部T型槽滑行；齿条拉板固定复位齿条3.3.1.5；齿轮支撑板3.3.5设有通孔，通过螺栓固定在复位支撑板2.5上；复位齿轮3.3.3通过齿轮轴3.3.4定位在齿轮支撑板上；齿轮轴3.3.4一端设有键槽与复位步进电机3.3.2连接。

如图7所示，复位拉杆总成3.3.1，拉杆圆柱3.3.1.1一端设有三个小螺纹孔用于与拉杆凸台3.3.1.3连接，另一端设有一个大螺纹孔用于与拉杆板3.3.1.2连接；拉杆板3.3.1.2两端设有凹台，凹台上有通孔用于与拉杆圆柱3.3.1.1连接，拉杆板另一面中间设有长方形凹槽并有两个通孔，用于与齿条支撑板3.3.1.4连接；拉杆凸台3.3.1.3设有三个通孔用于与拉杆圆柱3.3.1.1连接；齿条支撑板3.3.1.4底部设有两个通孔用于和拉杆板3.3.1.2连接，侧面设有三个螺纹孔用于与复位齿条3.3.1.5连接。锁紧齿块的传动机构和锁紧齿块的复位机构由可编程控制器控制步进电机驱动，实现锁紧和复位。

如图8所示，本发明还包括一电控系统，所述上螺杆、下螺杆和复位齿轮分别连接两个传动步进电机和一个复位步进电机，通过三个步进电机配合完成锁紧齿块的锁紧和复位。

本发明自升式吊装船桩腿锁紧装置的具体锁紧过程如下：

吊装船到达预定工作地点，桩腿1将吊装船升至适当高度后锁紧装置开始工作。当桩腿齿条和锁紧齿块3.1.10高度正好啮合时，上螺杆3.2.1和下螺杆3.2.5分别在上三相异步电动机3.2.2和下步进电机3.2.6同时作用下啮合锁紧。当桩腿齿条和锁紧齿块3.1.10不能啮合时，需要调整锁紧齿块3.1.10垂直位置，以锁紧齿块3.1.10向下移动为例：上螺杆3.2.1在上步进电机3.2.2驱动下将上锁块3.2.3向下推动，此时，复位步进电机3.3.2锁死，锁紧齿块3.1.10只能向下移动，下三相异步电动机3.1.7不工作。在上步进电机3.2.2作用下，上螺杆3.2.1驱动锁紧齿块3.1.10向桩腿齿条移动，上锁块3.2.3倾斜面和锁紧齿块3.1.10斜面接触，在倾斜角的作用下，锁紧齿块3.1.10向下移动；当移动到适当位置后，下步进电机3.2.6工作。在下锁块3.2.4倾斜面没有接触到锁紧齿块3.1.10下斜面时，上三相异步电动机3.2.2不工作，当锁紧齿块3.1.10斜面和下锁块3.2.4接触后，上步进电机3.2.2和下步进电机3.2.6同时工作，复位步进电机3.3.2解锁，直至将锁紧齿块3.1.10和桩腿齿条啮合。锁紧后吊装船的载荷通过机架2、上、下锁块3.2.3、3.2.4、锁紧齿块3.1.10传递给机架2，机架2再传递给桩腿1。吊装船完成安装任务后，锁紧装置复位。首先，步进电机3.2.2、3.2.6反转；然后，复位步进电机3.3.2反转；最后，当锁紧齿块3.1.10移动到预定位置后，复位步进电机3.3.2锁死，完成锁紧齿块3.1.10复位。

Claims (8)

1.一种自升式吊装船桩腿锁紧装置，所述锁紧装置布置在桩腿齿条的四周，并与机架连接；所述机架固定在吊装船上，桩腿贯穿所述机架；其特征在于：所述锁紧装置包括锁紧齿块的支撑结构、锁紧齿块的传动机构和锁紧齿块的复位机构；所述锁紧齿块的支撑结构包括滑块、滑槽、滑柱、弹簧、滑柱导轨，滑槽固定在机架上；所述锁紧齿块的传动机构包括上螺杆、下螺杆、锁块；锁块安装在锁块滑板上，包括上锁块、下锁块，锁紧齿块的上、下两面分别与上锁块、下锁块相接触配合，锁紧齿块的齿面与桩腿齿条相配合；电动机驱动上螺杆、下螺杆，通过螺纹传动带动上锁块、下锁块运动，进而驱动锁紧齿块运动，将锁块的水平移动转变为锁紧齿块的垂直移动；所述锁紧齿块的复位机构包括复位拉杆、复位齿轮、复位齿条；复位拉杆设有凸台联接锁紧齿块，复位齿条固定在复位拉杆上，复位齿轮安装在机架复位支撑板上。

2.根据权利要求1所述的自升式吊装船桩腿锁紧装置，其特征在于：所述的锁紧齿块的支撑结构通过两个滑行方向相互垂直的滑行结构，实现锁紧齿块水平方向和垂直方向的位移；滑槽设有导轨，滑块在滑槽水平方向滑行；所述滑块包括上滑块和下滑块，上、下滑块均设有凸台，上滑块凸台设有圆形通孔，圆形通孔与滑柱配合；下滑块凸台设有两个圆形凹孔，滑柱下端设有螺纹孔，安装在下滑块圆形凹孔中，通过螺栓连接固定，滑柱上端穿过上滑块圆孔；两个滑柱联接两个滑块在滑槽上水平移动。

3.根据权利要求1所述的自升式吊装船桩腿锁紧装置，其特征在于：所述锁块的头部设有倾斜面，颈部两边有凹槽用于和锁块滑板长方形滑槽配合，锁块在锁块滑板上滑行；底部是正方体，中间设有螺纹通孔，正方体边长小于锁块头部尺寸。

4.根据权利要求3所述的自升式吊装船桩腿锁紧装置，其特征在于：所述滑柱导轨为凸台形状，凸台部位设有与滑柱配合的圆形滑槽，底部设有四个通孔用于与锁紧齿块侧面四个螺纹孔通过螺栓固定；锁紧齿块上下两面设有倾斜面且倾斜角大小与锁块倾斜角相等，锁紧齿块与锁块倾斜面接触配合；锁紧齿块一侧面设有螺纹孔用于联接滑柱导轨；锁紧齿块背部中间设有圆柱孔便于安装复位拉杆圆柱凸台，圆柱孔上下两侧设有T型槽，用于圆柱凸台滑行；两个弹簧作用于滑柱导轨和下滑块之间。

5.根据权利要求1所述的自升式吊装船桩腿锁紧装置，其特征在于：所述复位拉杆设有圆形凸台和齿条拉板，圆形凸台在锁紧齿块背部T型槽滑行；齿条拉板固定复位齿条；齿轮支撑板设有通孔，通过螺栓固定在复位支撑板上；复位齿轮通过齿轮轴定位在齿轮支撑板上；齿轮轴一端设有键槽与复位步进电机连接。

6.根据权利要求1所述的自升式吊装船桩腿锁紧装置，其特征在于：所述锁紧齿块的传动机构和锁紧齿块的复位机构由可编程控制器控制步进电机驱动，实现锁紧和复位。

7.根据权利要求1所述的自升式吊装船桩腿锁紧装置，其特征在于：所述的锁紧装置桩腿升降时，锁紧齿块保持在机架的中间。

8.根据权利要求1所述的自升式吊装船桩腿锁紧装置，其特征在于：所述的锁紧装置在锁紧后通过螺杆的自锁限制锁块的水平移动，实现桩腿与吊装船的锁紧。