CN109367640A - 一种用于钻井平台导管架的自适应装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械设备领域，目的是提供一种用于钻井平台导管架的自适应装置，能针对不同管径、形状的导管架进行主动性自适应，而且结构简单、轻便，自重小、灵活性强，自适应效果好。上述自适应装置包括底板(1)以及设置于所述底板(1)上的连杆机构、连杆驱动机构、杠杆连动机构和吸附抱紧机构，所述连杆机构由所述连杆驱动机构驱动，所述连杆机构通过所述杠杆连动机构带动所述吸附抱紧机构抱紧导管架。本发明的自适应装置解决了现有抱紧机构结构复杂、繁琐，操作灵活性一般，自适应效果不好的问题。

Description

一种用于钻井平台导管架的自适应装置

技术领域

本发明涉及机械设备技术领域，特别是涉及一种用于钻井平台导管架的自适应装置。

背景技术

目前，大部分海洋石油井口平台都是由钢质管桩、导管架和甲板搭建而成的。由于长期在海水中浸泡，海水全浸区和潮差区的导管架极易受到海洋生物的附着，这些附着的海洋生物会改变导管架表面的粗糙度和阻尼系数，增大导管架的表面积，同时也增加了导管架的总重量，使导管架承受更大的重量载荷、波浪载荷及海流作用力，导致平台稳定性及抗风暴能力下降，危险发生几率大大增加。同时，海洋生物长期附着在导管架表面也会加剧海洋环境对井口平台的腐蚀，使导管架外壁的光滑性降低，增加桩腿所受的纵荡、横荡和首摇方向的波浪平均漂流力，给安全生产带来巨大威胁，因此根据海洋生物的周期生长情况，井口平台导管架需要进行定期清理。

为此，通常会利用水下机器人等水下作业装置对水下导管架进行清理，水下机器人通过抱紧机构等在导管架上攀爬进行清理工作。现有水下机器人的抱紧机构，结构复杂、造价很高、自适应效果一般。如中国专利文献CN105947010A公开了一种变径自适应越障攀爬机器人，包括机身、环抱机构和攀爬机构，机身包括第一单组机身、第二单组机身，第一单组机身和第二单组机身上均设有两条并列设置的弧形导向槽，单组机身上的环抱机构设有两个，两个环抱机构相互之间反向设置且分别与一条导向槽同轴配合并通过齿轮齿条驱动，攀爬机构设置在环抱机构上；通过设置两组机身，每组机身上的两组环抱机构与攀爬机构相结合，在多组柔性关节和弹簧的共同作用下，可以实现越障，通过履带式的攀爬机构，实现迅速攀爬。但是这种机器人的抱紧机构和攀爬机构非常复杂，零部件繁多，导致其自身重量较大，操作灵活性一般，自适应效果较差，成本也比较高。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术的导管架自适应装置结构复杂、繁琐，操作灵活性一般，自适应效果较差，而提供一种结构简单、轻便，自重小、灵活性强，自适应效果好的用于钻井平台导管架的自适应装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种用于钻井平台导管架的自适应装置，包括底板以及设置于所述底板上的连杆机构、连杆驱动机构、杠杆连动机构和吸附抱紧机构，所述连杆机构由所述连杆驱动机构驱动，所述连杆机构通过所述杠杆连动机构带动所述吸附抱紧机构抱紧导管架。

优选地，所述连杆机构为两组，两组所述连杆机构相对于所述底板的第一对称轴对称设置，所述连杆机构包括设置于所述底板侧面的第一连轴和第二连轴，所述第一连轴可相对于所述底板转动，所述第二连轴与所述底板固定，所述第一连轴和所述第二连轴相对于所述底板的第二对称轴对称设置，所述第一对称轴与所述第二对称轴相互垂直，所述第一连轴与第一连杆的一端固定连接，所述第二连轴与第二连杆的一端可转动连接，所述第一连杆的另一端和所述第二连杆的另一端分别与第三连杆的两端可转动相连，所述连杆驱动机构驱动所述第一连轴转动。

优选地，所述杠杆连动机构为四组，四组所述杠杆连动机构分别相对于所述第一对称轴和所述第二对称轴对称设置，所述杠杆连动机构包括固定设置于所述底板侧面的第三连轴，所述第三连轴与所述小臂的一端可转动连接，所述小臂的另一端与大臂的中心可转动连接，所述大臂的一端与所述第三连杆可转动连接，且所述第一连杆/所述第二连杆与所述大臂和所述第三连杆同轴连接。

优选地，所述吸附抱紧机构为四组，四组所述吸附抱紧机构分别设置于四组所述杠杆连动机构的所述大臂的另一端，所述吸附抱紧机构包括夹持腿，所述夹持腿的一端与所述大臂的另一端可转动连接，所述夹持腿的另一端设置有电磁铁，所述夹持腿与所述大臂之间还设置有液压缸；所述电磁铁为弧形电磁铁。

优选地，相对于所述第一对称轴对称的所述夹持腿之间通过连接架相连。

优选地，还包括两组爬行机构，两组所述爬行机构相对于所述第一对称轴对称设置，所述爬行机构包括固定设置于所述底板上的基座，所述基座上设置有转动副，所述转动副连接传动轴的一端，所述传动轴的另一端固定连接有螺旋桨，设置于所述底板上的螺旋桨驱动电机通过所述转动副驱动所述螺旋桨转动。

优选地，所述基座上还设置有导向架，所述导向架具有导向槽，所述传动轴穿过所述导向槽。

优选地，还包括两组导轮辅助机构，两组所述导轮辅助机构分别设置于两个所述连接架的中部，所述爬行辅助机构包括与所述连接架固定的导轮驱动电机，所述导轮驱动电机的输出轴通过联轴器连接有导轮架，所述导轮架上安装有导轮，所述导轮与导管架接触的表面为阻尼面。

优选地，所述连杆驱动机构包括相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮的中心与齿轮驱动电机的输出轴连接，所述第二齿轮的中心连接所述第一连轴。

优选地，所述底板上成型有装配槽，所述第二齿轮设置于所述装配槽内。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明提供的用于钻井平台导管架的自适应装置，通过连杆机构和杠杆连动机构等的转动、连动变化，实现对导管架直径、柱面的主动适应，这种自动调节姿态的功能，能对不同管径、不同形状导管架实现优良的自适应，而且结构简单、轻便，自重小、灵活性强，自适应效果好。

(2)本发明提供的用于钻井平台导管架的自适应装置，其中吸附抱紧机构采用了电磁铁，由于电磁铁吸附在导管架上时电磁铁与导管架表面具有一定间隙，形成非接触的自适应吸附，通过调节吸附力且在爬行机构的作用下能够实现自适应装置的攀爬作业。

(3)本发明提供的用于钻井平台导管架的自适应装置，还具有导轮辅助机构，在进行清理作业时，由于电磁铁与导管架为非接触吸附，导轮能够支撑在导管架表面，起到抗振作用，能使整体装置更加稳定，而且在进行攀爬作业时，通过导轮在导管架上的滚动也能够起到辅助稳定爬行的作用。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明用于钻井平台导管架的自适应装置的整体示意图；

图2是本发明用于钻井平台导管架的自适应装置中连杆机构示意图；

图3是本发明用于钻井平台导管架的自适应装置中连杆驱动机构示意图；

图4是本发明用于钻井平台导管架的自适应装置中爬行机构示意图；

图5是本发明用于钻井平台导管架的自适应装置中导轮辅助机构示意图。

图中附图标记表示为：1-底板，2-第一连轴，3-第二连轴，4-第一连杆，5-第二连杆，6-第三连杆，7-第三连轴，8-小臂，9-大臂，10-夹持腿，11-电磁铁，12-液压缸，13-连接架，14-基座，15-转动副，16-传动轴，17-螺旋桨，18-导向架，19-导向槽，20-螺旋桨驱动电机，21-导轮驱动电机，22-导轮架，23-导轮，24-联轴器，25-第一齿轮，26-第二齿轮，27-齿轮驱动电机，28-第一对称轴，29-第二对称轴，30-液压缸细轴，31-安装板，32-导轮轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，是本发明一种用于钻井平台导管架的自适应装置的优选实施例。所述自适应装置包括底板1以及设置于所述底板1上的连杆机构、连杆驱动机构、杠杆连动机构和吸附抱紧机构。所述连杆机构由所述连杆驱动机构驱动，所述连杆机构通过所述杠杆连动机构带动所述吸附抱紧机构抱紧导管架。

所述连杆机构为两组，两组所述连杆机构相对于所述底板1的第一对称轴28对称设置。如图2所示，所述连杆机构包括设置于所述底板1侧面的第一连轴2和第二连轴3，所述第一连轴2可相对于所述底板1转动，所述第二连轴3与所述底板1固定，所述第一连轴2和所述第二连轴3相对于所述底板1的第二对称轴29对称设置，所述第一对称轴28与所述第二对称轴29相互垂直，所述第一连轴2与第一连杆4的一端固定连接，所述第二连轴3与第二连杆5的一端可转动连接，所述第一连杆4的另一端和所述第二连杆5的另一端分别与第三连杆6的两端可转动相连，所述连杆驱动机构驱动所述第一连轴2转动。所述第一连杆4可随所述第一连轴2进行360°旋转，所述第二连杆5可绕所述第二连轴3进行360°旋转。所述第一连杆4、所述第二连杆5、所述第三连杆6和所述底板1之间形成类似于平行四边形的连杆结构。

如图3所示，所述连杆驱动机构包括相互啮合的第一齿轮25和第二齿轮26，所述第一齿轮25的中心与齿轮驱动电机27的输出轴连接，所述第二齿轮26的中心连接所述第一连轴2。为了装配方便，在所述底板1上成型有装配槽，所述第二齿轮26设置于所述装配槽内，所述齿轮驱动电机27设置在所述装配槽附近的所述底板1上。由所述齿轮驱动电机27通过所述第一齿轮25和所述第二齿轮26的传动，带动所述第一连轴2转动。

所述杠杆连动机构为四组，四组所述杠杆连动机构分别相对于所述第一对称轴28和所述第二对称轴29对称设置。所述杠杆连动机构包括固定设置于所述底板1侧面的第三连轴7，所述第三连轴7与所述小臂8的一端可转动连接，所述小臂8的另一端与大臂9的中心可转动连接，所述大臂9的一端与所述第三连杆6可转动连接，且所述第一连杆4/所述第二连杆5与所述大臂9和所述第三连杆6同轴可转动连接，所述大臂9以与所述小臂8的连接点为支点做杠杆运动。

所述吸附抱紧机构为四组，四组所述吸附抱紧机构分别设置于四组所述杠杆连动机构的所述大臂9的另一端。所述吸附抱紧机构包括夹持腿10，所述夹持腿10的一端与所述大臂9的另一端可转动连接，所述夹持腿10的另一端设置有电磁铁11，在本实施例中所述电磁铁11采用弧形电磁铁。所述夹持腿10与所述大臂9之间还设置有液压缸12，所述液压缸12的液压缸内杆通过液压缸细轴30与所述夹持腿0铰接，所述液压缸12的液压缸外杆与所述大臂9铰接。通过设置液压缸，能提高夹持腿的夹紧力度，使自适应装置更稳固的抱紧导管架。为了进一步增强所述夹持腿10的夹持力度和稳定性，相对于所述第一对称轴28对称的所述夹持腿10之间通过连接架13相连。通过连杆机构和杠杆连动机构的转动变化，调节电磁铁与导管架之间的相对位置，能够达到理想的自适应效果。

为了实现攀爬作业，本发明用于钻井平台导管架的自适应装置还包括两组爬行机构，两组所述爬行机构相对于所述第一对称轴28对称设置。如图4所示，所述爬行机构包括固定设置于所述底板1上的基座14，所述底板1上具有安装板31，所述安装板31上设置有螺旋桨驱动电机20。所述基座14上设置有转动副15，所述转动副15连接传动轴16的一端，所述传动轴6的另一端固定连接有螺旋桨17，所述螺旋桨驱动电机20的输出轴通过所述转动副15驱动所述传动轴16以及所述螺旋桨17转动。所述基座14上还设置有导向架18，所述导向架18具有导向槽19，所述传动轴16穿过所述导向槽19。所述传动轴16可以绕所述转动副15进行180°的转动，从而调整所述螺旋桨17的方位，实现自适应装置整体攀爬方向的变化调整。

为了能够更加稳定可靠的作业，本发明提供的自适应装置还包括两组导轮辅助机构，两组所述导轮辅助机构分别设置于两个所述连接架13的中部，所述爬行辅助机构包括与所述连接架13固定的导轮驱动电机21，所述导轮驱动电机21的输出轴通过联轴器24连接有导轮架22，所述导轮架22上安装有导轮23，所述导轮23与导管架接触的表面为阻尼面。所述导轮驱动电机21能够驱动所述导轮23进行360°转向，扩大自适应装置的运动范围。

本发明提供的用于钻井平台导管架的自适应装置能够与海洋微生物清理机器人配合安装，具有主动适应导管架直径、柱面变化的能力，能够抱紧不同管径、形状的导管架、并实现沿导管架的上下移动，进行水上或水下的清理、探测等工作，适应范围广，能够降低水下清理作业成本，提高海洋结构件的清洗效率。

下面结合附图，对本发明用于钻井平台导管架的自适应装置的具体操作过程进行详细描述。

(一)抱紧操作

首先，所述齿轮驱动电机27通过所述第一齿轮25和所述第二齿轮26的传动，带动所述第一连轴2、所述第一连杆4转动(顺时针或逆时针均可)，所述第二连杆5、所述第三连杆6、所述小臂8、所述大臂9以及所述夹持腿10随动，当所述第一连杆4、所述第二连杆5转动到与所述底板1垂直且指向所述底板1设置所述螺旋桨17的一面时，两侧所述夹持腿10之间的角度最小，相应的，当所述第一连杆4、所述第二连杆5转动到与所述底板1垂直且指向所述底板1接近导管架的一面时，两侧所述夹持腿10之间的角度最大。通过驱动所述齿轮驱动电机27适当调整两侧所述夹持腿10的位置，然后驱动所述液压缸12将所述电磁铁11送至导管架的合适位置进行吸附。所述液压缸12可以使所述大臂9与所述夹持腿10的夹角发生适当的调整，最小夹角为60°，最大夹角为120°。当所述电磁铁11吸附在导管架适当位置上后，实现自适应装置的抱紧操作。

(二)攀爬操作

在完成抱紧操作之后，如需进行攀爬操作，则需要先减弱电磁铁的吸力，再进行攀爬操作，待完成攀爬后再恢复电磁铁的吸力。

在向上攀爬时：首先，驱动所述导轮驱动电机21转动所述导轮23，使所述导轮23的轴线与导管架轴线垂直，即将所述导轮23转动90°；驱动位于下部的所述螺旋桨17转动，给整体装置向上的推进力，该推进力克服电磁铁的吸力和整体装置的自重，即可实现装置上行，同时所述导轮23在导管架表面上滚动。至此，完成了向上攀爬操作。

装置向下攀爬过程与向上攀爬过程类似：首先，驱动所述导轮驱动电机21转动所述导轮23，使所述导轮23的轴线与导管架轴线垂直，即使所述导轮23转动90°；驱动位于上部的所述螺旋桨17转动，给整体装置向下的推进力，该推进力克服电磁铁的吸力，即可实现装置下行，同时所述导轮23在导管架表面上滚动。至此，完成了向下攀爬操作。

(三)绕行操作

所谓绕行操作是指自适应装置绕着导管架的周向在导管架表面的攀爬运动，如圆周式攀爬或者沿导管架的螺旋式攀爬。为了全面清理导管架，有时会需要自适应装置进行绕行操作。此时，只需要将所述传动轴16绕所述转动副15进行一定角度的转动，从而调整所述螺旋桨17的方位，再进行上述情况(二)所述的攀爬操作即可。

在其他实施例中，如果装置的稳定性要求不是很高，可以不设置导轮辅助机构，同样能够实现本发明的目的。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种用于钻井平台导管架的自适应装置，其特征在于，包括底板(1)以及设置于所述底板(1)上的连杆机构、连杆驱动机构、杠杆连动机构和吸附抱紧机构，所述连杆机构由所述连杆驱动机构驱动，所述连杆机构通过所述杠杆连动机构带动所述吸附抱紧机构抱紧导管架。

2.根据权利要求1所述的自适应装置，其特征在于，所述连杆机构为两组，两组所述连杆机构相对于所述底板(1)的第一对称轴(28)对称设置，所述连杆机构包括设置于所述底板(1)侧面的第一连轴(2)和第二连轴(3)，所述第一连轴(2)可相对于所述底板(1)转动，所述第二连轴(3)与所述底板(1)固定，所述第一连轴(2)和所述第二连轴(3)相对于所述底板(1)的第二对称轴(29)对称设置，所述第一对称轴(28)与所述第二对称轴(29)相互垂直，所述第一连轴(2)与第一连杆(4)的一端固定连接，所述第二连轴(3)与第二连杆(5)的一端可转动连接，所述第一连杆(4)的另一端和所述第二连杆(5)的另一端分别与第三连杆(6)的两端可转动相连，所述连杆驱动机构驱动所述第一连轴(2)转动。

3.根据权利要求2所述的自适应装置，其特征在于，所述杠杆连动机构为四组，四组所述杠杆连动机构分别相对于所述第一对称轴(28)和所述第二对称轴(29)对称设置，所述杠杆连动机构包括固定设置于所述底板(1)侧面的第三连轴(7)，所述第三连轴(7)与所述小臂(8)的一端可转动连接，所述小臂(8)的另一端与大臂(9)的中心可转动连接，所述大臂(9)的一端与所述第三连杆(6)可转动连接，且所述第一连杆(4)/所述第二连杆(5)与所述大臂(9)和所述第三连杆(6)同轴连接。

4.根据权利要求3所述的自适应装置，其特征在于，所述吸附抱紧机构为四组，四组所述吸附抱紧机构分别设置于四组所述杠杆连动机构的所述大臂(9)的另一端，所述吸附抱紧机构包括夹持腿(10)，所述夹持腿(10)的一端与所述大臂(9)的另一端可转动连接，所述夹持腿(10)的另一端设置有电磁铁(11)，所述夹持腿(10)与所述大臂(9)之间还设置有液压缸(12)；所述电磁铁(11)为弧形电磁铁。

5.根据权利要求4所述的自适应装置，其特征在于，相对于所述第一对称轴(28)对称的所述夹持腿(10)之间通过连接架(13)相连。

6.根据权利要求1-5任一所述的自适应装置，其特征在于，还包括两组爬行机构，两组所述爬行机构相对于所述第一对称轴(28)对称设置，所述爬行机构包括固定设置于所述底板(1)上的基座(14)，所述基座(14)上设置有转动副(15)，所述转动副(15)连接传动轴(16)的一端，所述传动轴(6)的另一端固定连接有螺旋桨(17)，设置于所述底板(1)上的螺旋桨驱动电机(20)通过所述转动副(15)驱动所述螺旋桨(17)转动。

7.根据权利要求6所述的自适应装置，其特征在于，所述基座(14)上还设置有导向架(18)，所述导向架(18)具有导向槽(19)，所述传动轴(16)穿过所述导向槽(19)。

8.根据权利要求7所述的自适应装置，其特征在于，还包括两组导轮辅助机构，两组所述导轮辅助机构分别设置于两个所述连接架(13)的中部，所述爬行辅助机构包括与所述连接架(13)固定的导轮驱动电机(21)，所述导轮驱动电机(21)的输出轴通过联轴器(24)连接有导轮架(22)，所述导轮架(22)上安装有导轮(23)，所述导轮(23)与导管架接触的表面为阻尼面。

9.根据权利要求2所述的自适应装置，其特征在于，所述连杆驱动机构包括相互啮合的第一齿轮(25)和第二齿轮(26)，所述第一齿轮(25)的中心与齿轮驱动电机(27)的输出轴连接，所述第二齿轮(26)的中心连接所述第一连轴(2)。

10.根据权利要求9所述的自适应装置，其特征在于，所述底板(1)上成型有装配槽，所述第二齿轮(26)设置于所述装配槽内。