CN109340455B - 一种海底管道爬行机具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种海底管道爬行机具，包括整体框架、前夹具装置、后夹具装置、爬行装置。工作原理是机具首先依靠前、后夹具装置的自适应定心夹具将管道夹紧，随后在前、后夹具装置与爬行装置的协调配合下，实现海底管道爬行机具在管道表面的爬行动作。本发明的海底管道爬行机具可搭载多种水下作业设备，为其提供一个平台，以便海底管道的作业顺利进行，缩小我国与国外在海底管道作业设备的技术方面的差距。
Description
技术领域
本发明涉及一种海底管道爬行机具，可搭载多种水下作业装备，为其作业的顺利进行提供了便利，是一种重要的水下作业装备。
背景技术
伴随我国海洋石油天然气开发的不断进展，油气产量也在逐年增加，对于海洋资源开发技术的要求也随之变高。因此，进行水下油气的开采也成为我国海洋能源发展的重要方向，其开采技术亦成为重点研究对象，海底管道也应运而生。随着时间的推移，长期浸泡在水下的海底管道也需要维修与更换，这就需要各种水下管道作业设备帮助我们完成特定的任务。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种海底管道爬行机具，研制出具有自主知识产权的海底管道爬行机具及其相关技术，满足我国水下油气开发的需求，填补国内在水下管道作业方面的空白，不断缩小我国与世界先进水平之间的差距。
本发明的目的是这样实现的：包括整体框架、设置在整体框架上的可移动的前夹具装置和固定安装在整体框架末端的后夹具装置、实现机具沿管道轴线爬行移动的爬行装置，所述整体框架包括前后两个安装板、对称设置在前后两个安装板之间的四个导向柱、设置在前后两个安装板之间且与导向柱平行的两个爬行齿条，所述爬行装置包括套在四个导向柱上的中间安装板、设置在中间安装板一端面上的爬行马达、设置在中间安装板上的一个爬行横向齿轮轴和两个爬行纵向齿轮轴，爬行马达的输出轴上设置有第一小齿轮，爬行横向齿轮轴的中间位置设置有与第一小齿轮啮合的第一大齿轮，爬行横向齿轮轴的两端分别设置有第一爬行锥齿轮，两个爬行纵向齿轮轴的端部分别设置有与第一爬行锥齿轮啮合的第二爬行锥齿轮，每个爬行纵向齿轮轴上还设置有第二大齿轮，两个第二大齿轮分别和两个爬行齿条啮合，前夹具装置设置在中间安装板另一端面上，后夹具装置设置在后安装板上，且前夹具装置和后夹具装置相对设置。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述前夹具装置和后夹具装置结构相同，均包括：安装在后安装板或中间安装板上的夹具马达和一个夹具横向齿轮轴以及两个夹具纵向齿轮轴、安装在夹具马达输出轴上的夹具小齿轮、安装在夹具横向齿轮轴中间位置上的夹具大齿轮和安装在夹具横向齿轮轴上的第一夹具锥齿轮，夹具大齿轮和夹具小齿轮啮合，每个夹具纵向齿轮轴的端部安装有与第一夹具锥齿轮啮合的第二夹具锥齿轮，每个夹具纵向齿轮轴上还设置有一传动大齿轮，在后安装板和中间安装板上还分别设置有三个滑道，每个滑道中设置有一传动齿条，夹具大齿轮和两个传动大齿轮分别与对应的三个传动齿条啮合，每个传动齿条的端部设置有V形夹具机构。
2.每个V形夹具机构包括与传动齿条固连的V形夹具体、设置在V形夹具体上的与管道接触的滚轮组。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的设计有利于水下管道作业设备的调试与控制，可以对不同部分单独测试，对各个装置改进和升级。独立装置的设计有利于机具的后期维护，能节省大量维护成本。独立装置的设计同样使机具的安装和拆卸更加便利，极大地方便了机具的后期保养。
附图说明
图1是海底管道爬行机具整机示意图；
图2是整体框架示意图；
图3是前夹具装置示意图；
图4是后夹具装置示意图；
图5是V形夹具机构示意图；
图6是爬行装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1至图6，本发明的一种海底管道爬行机具包括整体框架10、前夹具装置200、后夹具装置300、爬行装置40。
所述整体框架10主要由前、后两个安装板11，与安装板11固定安装的四个导向柱12，以及固定安装在两个安装板11之间、与四个导向柱12相互平行的且对称分布在机具两侧的两个爬行齿条13组成。
所述前夹具装置200由固定设置在中间安装板11-1上的轴承座组件270、设置在轴承座组件270上的横向、纵向齿轮轴250/260、小齿轮220、安装在横向、纵向齿轮轴250/260上的大齿轮230、锥齿轮组240，固定设置在中间安装板11-1上滑道280、设置在滑道280内部的V形夹具机构290组成，其中两个V形夹具机构290对称分布在中间安装板11-1的两侧，另一个V形夹具机构290则设置在中间安装板11-1中部的上侧，调整好三个V形夹具机构290的初始位置，在与齿条291啮合的大齿轮230的驱动下，就可以同时夹紧或同时松开管道，实现定心的功能；所述后夹具装置300与前夹具装置200结构相同，不再赘述。
所述V形夹具机构290/390由齿条291/391、滚轮组292/392以及V形夹具体293/393构成，在机具沿着水平铺设的管道爬行时，由于受到来自机具自身重力的影响，导致上侧V形夹具机构290/390与管道接触，此时机具的爬行阻力增加，而设置在V形夹具体293/393上的滚轮组292/392则将原来的滑动摩擦转变为滚动摩擦，从而极大地减少了机具的爬行阻力；同理，对称分布在安装板11两侧的V形夹具机构290/390也具有减少摩擦阻力的作用。
所述前、后夹具装置300/400均为自适应定心夹具装置，通过马达210/310带动小齿轮220/320、驱动与之啮合的夹具大齿轮230/330，依次带动夹具横向齿轮轴250/350，两侧的锥齿轮组240/340、夹具纵向齿轮轴260/360、安装在夹具纵向齿轮轴260/360末端的传动大齿轮230/330，与传动大齿轮230/330啮合的传动齿条291/391，进而驱动V形夹具机构290/390同时夹紧或松开。
所述爬行装置40与前夹具装置200共用一块中间安装板11-1，分别设置在中间安装板11-1的两侧，主要由设置在中间安装板11-1上的轴承座组件47，爬行横向、爬行纵向齿轮轴45/46，第一小齿轮42、大齿轮43、锥齿轮组44(第一爬行锥齿轮、第二爬行锥齿轮)、导向套48构成。通过爬行马达41驱动第一小齿轮42，带动与之啮合的大齿轮43，依次带动爬行横向齿轮轴45，两侧的锥齿轮组44、爬行纵向齿轮轴46、安装在爬行纵向齿轮轴46末端的大齿轮43，与大齿轮43啮合的安装在整体框架10上的爬行齿条13，进而驱动前夹具装置200沿着导向柱12移动。
本发明的海底管道爬行机具，主要为海底管道作业设备提供一个平台。当机具被放入水下工作时，首先通过ROV携带机具到达工作位置，然后机具将管道夹紧，必要时通过前、后夹具装置及其爬行装置的配合，使机具在管道上爬行移动到要求作业的位置，辅助水下管道作业设备作业任务的完成。上述作业动作通过液压系统来提供动力。
具体的，是通过以下方式实现的：
第一部分是控制机具的前、后夹具装置200/300将管道夹紧，使机具固定在管道上，大体处于所要作业的位置。
第二部分是通过调整前、后夹具装置200/300及其爬行装置40，将搭载到爬行机具上的水下管道作业设备调整到要作业的具体位置。
第三部分是控制水下管道作业设备对管道进行作业，在爬行机具的辅助下，更好的完成对水下管道的作业任务。
根据爬行机具动作的分解，可以将系统进行模块化编程，系统包括以下几个模块，即夹紧模块、爬行模块。
本发明的目的是这样实现的：包括整体框架、设置在整体框架上的可移动的前夹具装置和固定安装在整体框架末端的后夹具装置、实现机具沿管道轴线爬行移动的爬行装置；所述爬行装置包括安装板、通过固定安装在安装板上的轴承座组件、与轴承座组件相连接的横向、纵向齿轮轴、机具就可以在大齿轮与安装在整体框架上爬行齿条的啮合作用下，实现可移动的前夹具装置沿管道轴线的移动，再结合前、后夹具装置的交替松开或者夹紧动作，进而实现机具沿管道轴线的爬行运动。
所述整体框架主要由前、后两个安装板，与安装板固定安装的四个导向柱，以及固定安装在两个安装板之间，与四个导向柱相互平行的两个爬行齿条组成；所述前夹具装置可移动的设置在导向柱上，可在爬行装置的驱动下沿着导向柱运动；所述爬行装置与前夹具装置共用一块安装板，分别设置在安装板的两侧，以减少整个机具的重量。所述前夹具装置可移动的设置在整体框架上，可在爬行装置的驱动下沿整体框架轴线方向移动；所述的后夹具装置固定设置在机具末端的安装板上。
所述前、后夹具装置均为自适应定心夹具装置，可为机具上搭载的水下管道作业设备的顺利作业提供便利。每个夹具装置均为三个V形夹具机构在齿轮、齿条的啮合作用下同时联动，这样既保证了前、后夹具装置在每次夹紧管道过程中的定心功能，又能保证机具在水平铺设的管道上爬行时不会因为前、后夹具装置的松开而下沉，造成机具或者管道的损坏。三个V形夹具布置的优点在于即便在前、后夹具装置处于松开的状态下，布置在机具上部的V形夹具机构依然能够通过与管道的接触提供反作用力以抵抗机具自身重力的影响，最大限度的避免机具的下沉。所述前、后夹具装置内的V形夹具机构由V形夹具体、齿条、滚轮组构成，以减小机具爬行时的摩擦阻力。
机具整体沿管道轴线方向的移动由爬行装置的驱动，再结合前夹具装置和后夹具装置的交替松开或夹紧动作来实现。也即机具整体沿管道轴线方向的移动由大齿轮、爬行齿条的啮合运动，再结合前、后夹具装置的交替松开或夹紧动作来实现。
本发明提供一种海底管道爬行机具，包括整体框架、前夹具装置、后夹具装置、爬行装置。工作原理是机具首先依靠前、后夹具装置的自适应定心夹具将管道夹紧，随后在前、后夹具装置与爬行装置的协调配合下，实现海底管道爬行机具在管道表面的爬行动作。本发明的海底管道爬行机具可搭载多种水下作业设备，为其提供一个平台，以便海底管道的作业顺利进行，缩小我国与国外在海底管道作业设备的技术方面的差距。
综上，本发明提供的是一种海底管道爬行机具，以满足我国快速发展的海洋石油开采相关配套技术的需求。其意义在于为水下管道作业设备提供一个平台，方便水下管道作业设备任务的完成。
Claims (1)
1.一种海底管道爬行机具，其特征在于：包括整体框架、设置在整体框架上的可移动的前夹具装置和固定安装在整体框架末端的后夹具装置、实现机具沿管道轴线爬行移动的爬行装置，所述整体框架包括前后两个安装板、对称设置在前后两个安装板之间的四个导向柱、设置在前后两个安装板之间且与导向柱平行的两个爬行齿条，所述爬行装置包括套在四个导向柱上的中间安装板、设置在中间安装板一端面上的爬行马达、设置在中间安装板上的一个爬行横向齿轮轴和两个爬行纵向齿轮轴，爬行马达的输出轴上设置有第一小齿轮，爬行横向齿轮轴的中间位置设置有与第一小齿轮啮合的第一大齿轮，爬行横向齿轮轴的两端分别设置有第一爬行锥齿轮，两个爬行纵向齿轮轴的端部分别设置有与第一爬行锥齿轮啮合的第二爬行锥齿轮，每个爬行纵向齿轮轴上还设置有第二大齿轮，两个第二大齿轮分别和两个爬行齿条啮合，前夹具装置设置在中间安装板另一端面上，后夹具装置设置在后安装板上，且前夹具装置和后夹具装置相对设置；所述前夹具装置和后夹具装置结构相同，均包括：安装在后安装板或中间安装板上的夹具马达和一个夹具横向齿轮轴以及两个夹具纵向齿轮轴、安装在夹具马达输出轴上的夹具小齿轮、安装在夹具横向齿轮轴中间位置上的夹具大齿轮和安装在夹具横向齿轮轴上的第一夹具锥齿轮，夹具大齿轮和夹具小齿轮啮合，每个夹具纵向齿轮轴的端部安装有与第一夹具锥齿轮啮合的第二夹具锥齿轮，每个夹具纵向齿轮轴上还设置有一传动大齿轮，在后安装板和中间安装板上还分别设置有三个滑道，每个滑道中设置有一传动齿条，夹具大齿轮和两个传动大齿轮分别与对应的三个传动齿条啮合，每个传动齿条的端部设置有V形夹具机构；每个V形夹具机构包括与传动齿条固连的V形夹具体、设置在V形夹具体上的与管道接触的滚轮组，所述前夹具装置还包括设置在中间安装板上的轴承座组件，其中，夹具横向齿轮轴由四个轴承座固定在中间安装板上。
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