CN109667255A - 自动锁紧解锁系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动锁紧解锁系统及方法，该系统包括：第一升降机构、第二升降机构、第一锁紧齿条、第二锁紧齿条、位置传感器、压力传感器和控制单元。第一升降机构和第二升降机构分别连接在第一锁紧齿条的两端，控制单元分别与第一升降机构、第二升降机构、位置传感器和压力传感器连接。控制单元根据位置信息控制第一升降机构和/或第二升降机构动作，并根据第一压力信号和第二压力信号判断第一锁紧齿条与第二锁紧齿条是否锁紧。本发明的自动锁紧解锁系统，通过第一升降机构和第二升降机构配合带动第一锁紧齿条移动，整个控制过程在控制单元的调控下进行，自动化程度较高，减少劳动力消耗，降低对准难度。

Description

自动锁紧解锁系统及方法

技术领域

本发明涉及机械传动技术领域，尤其涉及一种自动锁紧解锁系统及方法。

背景技术

随着陆地石油开采的枯竭，海洋开采成为主流，自升式海上钻井平台的使用将越来越广泛，锁紧系统是自升式钻井平台必不可少的一种关键设备，用于实现各构件之间的锁紧连接。

目前钻井平台锁紧机构全部以人工手动操作，通过人工目视方式确认锁紧状态，此种操作方式既需要较多人手，且确认难度较大，安全性较差。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种自动锁紧解锁系统及方法。具体技术方案如下：

第一方面，提供了一种自动锁紧解锁系统，所述系统包括：第一升降机构、第二升降机构、第一锁紧齿条、第二锁紧齿条、位置传感器、压力传感器和控制单元；所述第一升降机构和所述第二升降机构固定在主甲板上，所述第一升降机构和所述第二升降机构分别连接在所述第一锁紧齿条的两端，所述第一升降机构动作时，带动所述第一锁紧齿条沿第一齿向伸缩，所述第二升降机构动作时，带动所述第一锁紧齿条沿第二齿向伸缩，所述第一齿向和所述第二齿向分别为所述第一锁紧齿条的两个齿面方向；所述第一升降机构和所述第二升降机构同时动作时，带动所述第一锁紧齿条沿垂直于其轴向的方向运动；所述控制单元分别与所述第一升降机构、所述第二升降机构、所述位置传感器和所述压力传感器连接，所述压力传感器设置在所述第一升降机构和所述第二升降机构上；所述位置传感器，用于检测所述第一锁紧齿条相对于所述第二锁紧齿条的位置信息，并将所述位置信息发送给所述控制单元；所述压力传感器，用于检测所述第一升降机构的第一压力信号和所述第二升降机构的第二压力信号，并将所述第一压力信号和所述第二压力信号发送给所述控制单元；所述控制单元，用于根据所述位置信息控制所述第一升降机构和/或所述第二升降机构动作，驱动所述第一锁紧齿条与所述第二锁紧齿条啮合或解锁，并根据所述位置信息、所述第一压力信号和所述第二压力信号判断所述第一锁紧齿条与所述第二锁紧齿条是否锁紧。

在一种可能的设计中，所述位置传感器包括第一传感器和第二传感器；所述第一传感器与第一传感器触发器相对应，所述第一升降机构包括第一固定单元和第一伸缩单元，所述第一固定单元固定在所述主甲板上，所述第一伸缩单元相对所述第一固定单元伸缩，带动所述第一锁紧齿条移动，所述第一传感器设置在所述第一固定单元上，所述第一传感器触发器设置在所述第一伸缩单元上，用于检测所述第一伸缩单元的位置；所述第二传感器与第二传感器触发器相对应，所述第二升降机构包括第二固定单元和第二伸缩单元，所述第二固定单元固定在所述主甲板上，所述第二伸缩单元相对所述第二固定单元伸缩，带动所述第一锁紧齿条移动，所述第二传感器设置在所述第二固定单元上，所述第二传感器触发器设置在所述第二伸缩单元上，用于检测所述第二伸缩单元的位置。

在一种可能的设计中，所述位置传感器包括第三传感器，所述第三传感器设置在所述第一锁紧齿条上，用于检测所述第一锁紧齿条的齿根与所述第二锁紧齿条的齿尖的间隙。

在一种可能的设计中，所述第一升降机构和所述第二升降机构分别由液压马达驱动；所述压力传感器的数量为两个，两个所述压力传感器分别设置在所述第一升降机构和所述第二升降机构的液压马达的供油管道上。

第二方面，提供了一种自动锁紧解锁方法，所述方法包括：

位置传感器检测第一锁紧齿条相对于第二锁紧齿条的位置信息，并将所述位置信息发送给控制单元；

所述控制单元根据所述位置信息控制第一升降机构和/或第二升降机构动作，驱动所述第一锁紧齿条与所述第二锁紧齿条啮合或解锁；

压力传感器检测所述第一升降机构的第一压力信号和所述第二升降机构的第二压力信号，并将所述第一压力信号和所述第二压力信号发送给所述控制单元；

所述控制单元根据所述第一压力信号、所述第二压力信号和所述位置信息判断所述第一锁紧齿条与所述第二锁紧齿条是否锁紧。

在一种可能的设计中，所述第一压力信号未达到设定值，所述第二压力信号达到设定值时，所述控制单元驱动所述第一升降机构动作；所述第一压力信号达到极限值，所述第二压力信号达到设定值，所述第三传感器有信号传回时，确定所述第一锁紧齿条与所述第二锁紧齿条锁紧。

在一种可能的设计中，所述第一压力信号达到设定值，所述第二压力信号未达到设定值时，所述控制单元驱动所述第二升降机构动作；所述第一压力信号达到设定值，所述第二压力信号达到极限值，所述第三传感器有信号传回时，确定所述第一锁紧齿条与所述第二锁紧齿条锁紧。

在一种可能的设计中，所述第一压力信号和所述第二压力信号分别达到设定值，所述第三传感器无信号传回时，所述第一升降机构或所述第二升降机构驱动所述第一锁紧齿条平移半个齿距。

在一种可能的设计中，所述第三传感器获得信号，所述第一压力信号和所述第二压力信号未达到设定值时，继续锁紧工作，当第一压力信号和第二压力信号分别达到设定值，第三传感器获得信号时，确定所述第一锁紧齿条和所述第二锁紧齿条锁紧。

在一种可能的设计中，解锁过程包括：所述第一升降机构和所述第二升降机构收缩，所述第一传感器有信号传回时，所述第一升降机构停止，所述第二传感器有信号传回时，所述第二升降机构停止。

本发明技术方案的主要优点如下：

本发明的自动锁紧解锁系统及方法，通过第一升降机构和第二升降机构配合带动第一锁紧齿条移动，整个控制过程在控制单元的调控下进行，自动化程度较高，减少劳动力消耗，降低对准难度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一个实施例提供的自动锁紧解锁系统的整体结构示意图；

图2为本发明一个实施例提供的自动锁紧解锁系统的局部B-B剖视图；

图3-1为本发明一个实施例提供的自动锁紧解锁系统中一种第一锁紧齿条的状态图；

图3-2为本发明一个实施例提供的自动锁紧解锁系统中另一种第一锁紧齿条的状态图；

图3-3为本发明一个实施例提供的自动锁紧解锁系统中另一种第一锁紧齿条的状态图；

图4-1为本发明一个实施例提供的自动锁紧解锁系统中一种第一锁紧齿条的轨迹图；

图4-2为本发明一个实施例提供的自动锁紧解锁系统中另一种第一锁紧齿条的轨迹图；

图4-3为本发明一个实施例提供的自动锁紧解锁系统中另一种第一锁紧齿条的轨迹图；

图5为本发明一个实施例提供的自动锁紧解锁系统中第一锁紧齿条完成锁紧的状态示意图。

附图标记说明：

1-第一升降机构、2-第二升降机构、3-第一锁紧齿条、4-第二锁紧齿条、5-主甲板、6-第一传感器、61-第一传感器触发器、7-第二传感器、71-第二传感器触发器、8-第三传感器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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。

以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。

第一方面，本发明实施例提供了一种自动锁紧解锁系统，如附图1所示，该系统包括：第一升降机构1、第二升降机构2、第一锁紧齿条3、第二锁紧齿条4、位置传感器、压力传感器和控制单元。第一升降机构1和第二升降机构2分别连接在第一锁紧齿条3的两端，第一升降机构1动作时，带动第一锁紧齿条3沿第一齿向伸缩(如附图4-1所示)，第二升降机构2动作时，带动第一锁紧齿条3沿第二齿向伸缩(如附图4-2所示)，第一齿向和第二齿向分别为第一锁紧齿条3的两个齿面方向；第一升降机构1和第二升降机构2同时动作时，带动第一锁紧齿条3沿垂直于其轴向的方向运动(如附图4-3所示)。第二锁紧齿条4固定在主甲板5上，控制单元分别与第一升降机构1、第二升降机构2、位置传感器和压力传感器连接，压力传感器设置在第一升降机构1和第二升降机构2上。位置传感器，用于检测第一锁紧齿条3的位置信息，并将位置信息发送给控制单元。压力传感器，用于检测第一升降机构1的第一压力信号和第二升降机构2的第二压力信号，并将第一压力信号和第二压力信号发送给控制单元。控制单元，用于根据位置信息控制第一升降机构1和/或第二升降机构2动作，驱动第一锁紧齿条3与第二锁紧齿条4啮合或解锁，并根据位置信息、第一压力信号和第二压力信号判断第一锁紧齿条3与第二锁紧齿条4是否锁紧。

以下对本发明实施例提供的自动锁紧解锁系统的工作原理进行说明：

使用时，位置传感器检测第一锁紧齿条3相对于第二锁紧齿条4的位置信息，并将该位置信息发送给控制单元。控制单元根据第一锁紧齿条3的位置信息控制第一升降机构1和/或第二升降机构2动作，带动第一锁紧齿条3移动至与第二锁紧齿条4锁紧。根据压力传感器检测并反馈的压力信号，可以判断是否达到锁紧状态。反之，控制单元控制第一升降机构1和/或第二升降机构2以锁紧时相反的方向的运转，可使第一锁紧齿条3和第二锁紧齿条4解除锁紧。

可见，本发明实施例提供的自动锁紧解锁系统，通过第一升降机构1和第二升降机构2配合带动第一锁紧齿条3移动，整个控制过程在控制单元的调控下进行，自动化程度较高，减少劳动力消耗，降低对准难度。

对于位置传感器如何检测第一锁紧齿条3相对于第二锁紧齿条4的位置信息，以下进行示例说明：位置传感器包括第一传感器6和第二传感器7；第一传感器6与第一传感器触发器61相对应，第一升降机构包括第一固定单元和第一伸缩单元，第一固定单元固定在主甲板上，第一伸缩单元相对第一固定单元伸缩，带动第一锁紧齿条3移动，第一传感器6设置在第一固定单元上，第一传感器触发器61设置在第一伸缩单元上，用于检测第一伸缩单元的位置。第二传感器7与第二传感器触发器71相对应，第二升降机构包括第二固定单元和第二伸缩单元，第二固定单元固定在主甲板上，第二伸缩单元相对第二固定单元伸缩，带动第一锁紧齿条3移动，第二传感器7设置在第二固定单元上，第二传感器触发器71设置在第二伸缩单元上，用于检测第二伸缩单元的位置。

第一升降机构1和第二升降机构2分别连接在第一锁紧齿条3的两端，通过检测第一伸缩单元和第二伸缩单元的位置，进而获取第一锁紧齿条3的位置信息。

如附图1和附图2所示，第一伸缩单元与倾斜板体连接，倾斜板体与第一锁紧齿条3的倾斜端面通过滑轨方式连接，第一传感器6设置在第一固定单元，第一传感器触发器61设置在第一伸缩单元的端部，第一伸缩单元伸缩至预设范围内时，第一传感器6有信号传回。同样的，第二伸缩单元与倾斜板体连接，倾斜板体与第一锁紧齿条3的倾斜端面通过滑轨方式连接，第二传感器7设置在第二固定单元上，第二传感器触发器71设置在第二伸缩单元的端部，第二伸缩单元伸缩至预设范围内时，第二传感器7有信号传回。第一伸缩单元和第二伸缩单元与倾斜板体之间可以通过螺栓连接。

位置传感器包括第三传感器8，第三传感器8用于检测第一锁紧齿条3的齿根到第二锁紧齿条4的齿尖的间隙，辅助确定第一锁紧齿条3和第二锁紧齿条4是否锁紧。

本发明实施例中，第一升降机构1和第二升降机构2分别由液压马达驱动。液压马达转动时的转矩可以通过蜗轮蜗杆传动、丝杠传动等方式转换为平动，带动第一升降机构1和第二升降机构2平移，进而带动第一锁紧齿条3移动。

压力传感器用于检测第一升降机构1和第二升降机构2的状态，压力传感器的数量为两个，两个压力传感器分别设置在第一升降机构1和第二升降机构2的液压马达的供油管道上，通过检测液压马达的液压油压力，能够获取第一升降机构1和第二升降机构2的输出推力。

第二方面，本发明实施例提供了一种自动锁紧解锁方法，该方法包括：

位置传感器检测第一锁紧齿条3相对于第二锁紧齿条4的位置信息，并将位置信息发送给控制单元。

控制单元根据位置信息控制第一升降机构1和/或第二升降机构2动作，驱动第一锁紧齿条3与第二锁紧齿条4啮合或解锁。

压力传感器检测第一升降机构1的第一压力信号和第二升降机构2的第二压力信号，并将第一压力信号和第二压力信号发送给控制单元。

控制单元根据第一压力信号、第二压力信号和位置信息判断第一锁紧齿条3与第二锁紧齿条4是否锁紧。

本发明实施例提供的自动锁紧解锁方法，通过第一升降机构1和第二升降机构2配合带动第一锁紧齿条3移动，整个控制过程在控制单元的调控下进行，自动化程度较高，减少劳动力消耗，降低对准难度。

对于控制单元如何判断位置信息并根据位置信息驱动第一锁紧齿条3和第二锁紧齿条4锁紧，以下进行示例说明：

第一压力信号未达到设定值，第二压力信号达到设定值时，控制单元判断第一锁紧齿条3的位置信息如附图3-1所示的状态1，第一锁紧齿条3的上齿面与第二锁紧齿条4的下齿面接触，控制单元驱动第一升降机构1动作带动第一锁紧齿条3沿第一齿向移动即可。第一压力信号达到极限值，第二压力信号达到设定值，第三传感器8有信号传回时，确定第一锁紧齿条3与第二锁紧齿条4锁紧。

附图4-1为该过程的轨迹图。

第一压力信号达到设定值，第二压力信号未达到设定值时，控制单元判断第一锁紧齿条3的位置信息如附图3-2所示的状态2，第一锁紧齿条3的下齿面与第二锁紧齿条4的上齿面接触，控制单元驱动第二升降机构2动作带动第一锁紧齿条3沿第二齿向移动即可。第一压力信号达到设定值，第二压力信号达到极限值，第三传感器8有信号传回时，确定第一锁紧齿条3与第二锁紧齿条4锁紧。

附图4-2为该过程的轨迹图。

第一压力信号和第二压力信号分别达到设定值，第三传感器8无信号传回时，控制单元判定第一锁紧齿条3的位置信息如附图3-3所示的状态3，第一锁紧齿条3的齿尖与第二锁紧齿条4的齿尖相对。第一升降机构1或第二升降机构2驱动第一锁紧齿条3平移半个齿距，进入如附图3-1或附图3-2所示的状态，按照上述操作进行后续调整。

附图4-3为该过程的轨迹图。

解锁过程包括：第一升降机构1和第二升降机构2收缩，第一传感器6有信号传回时，第一升降机构1停止，第二传感器7有信号传回时，第二升降机构2停止。第一升降机构1和第二升降机构2均停止后，解锁完成。

进一步地，第三传感器8获得信号，第一压力信号和第二压力信号未达到设定值时，继续锁紧工作，当第一压力信号和第二压力信号分别达到设定值，第三传感器8获得信号时，确定第一锁紧齿条3和第二锁紧齿条4锁紧。生产过程中，由于加工误差、第一锁紧齿条3和第二锁紧齿条4啮合齿的随机性的影响，在进行锁紧状态的判断时，即便第三传感器8传回接触信号，压力传感器未获得第一升降机构1和第二升降机构2的两个液压马达同时达到设定压力时，继续锁紧作业，当第一升降机构1和第二升降机构2的两个液压马达同时达到设定压力，第三传感器8传回接触信号，判定为锁紧状态。

完成锁紧状态的示意图可以参见附图5。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种自动锁紧解锁系统，其特征在于，所述系统包括：第一升降机构、第二升降机构、第一锁紧齿条、第二锁紧齿条、位置传感器、压力传感器和控制单元；

所述第一升降机构和所述第二升降机构固定在主甲板上，所述第一升降机构和所述第二升降机构分别连接在所述第一锁紧齿条的两端，所述第一升降机构动作时，带动所述第一锁紧齿条沿第一齿向伸缩，所述第二升降机构动作时，带动所述第一锁紧齿条沿第二齿向伸缩，所述第一齿向和所述第二齿向分别为所述第一锁紧齿条的两个齿面方向；所述第一升降机构和所述第二升降机构同时动作时，带动所述第一锁紧齿条沿垂直于其轴向的方向运动；

所述控制单元分别与所述第一升降机构、所述第二升降机构、所述位置传感器和所述压力传感器连接，所述压力传感器设置在所述第一升降机构和所述第二升降机构上；

所述位置传感器，用于检测所述第一锁紧齿条相对于所述第二锁紧齿条的位置信息，并将所述位置信息发送给所述控制单元；

所述压力传感器，用于检测所述第一升降机构的第一压力信号和所述第二升降机构的第二压力信号，并将所述第一压力信号和所述第二压力信号发送给所述控制单元；

所述控制单元，用于根据所述位置信息控制所述第一升降机构和/或所述第二升降机构动作，驱动所述第一锁紧齿条与所述第二锁紧齿条啮合或解锁，并根据所述位置信息、所述第一压力信号和所述第二压力信号判断所述第一锁紧齿条与所述第二锁紧齿条是否锁紧。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述位置传感器包括第一传感器和第二传感器；

所述第一传感器与第一传感器触发器相对应，所述第一升降机构包括第一固定单元和第一伸缩单元，所述第一固定单元固定在所述主甲板上，所述第一伸缩单元相对所述第一固定单元伸缩，带动所述第一锁紧齿条移动，所述第一传感器设置在所述第一固定单元上，所述第一传感器触发器设置在所述第一伸缩单元上，用于检测所述第一伸缩单元的位置；

所述第二传感器与第二传感器触发器相对应，所述第二升降机构包括第二固定单元和第二伸缩单元，所述第二固定单元固定在所述主甲板上，所述第二伸缩单元相对所述第二固定单元伸缩，带动所述第一锁紧齿条移动，所述第二传感器设置在所述第二固定单元上，所述第二传感器触发器设置在所述第二伸缩单元上，用于检测所述第二伸缩单元的位置。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述位置传感器包括第三传感器，所述第三传感器设置在所述第一锁紧齿条上，用于检测所述第一锁紧齿条的齿根与所述第二锁紧齿条的齿尖的间隙。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一升降机构和所述第二升降机构分别由液压马达驱动；所述压力传感器的数量为两个，两个所述压力传感器分别设置在所述第一升降机构和所述第二升降机构的液压马达的供油管道上。

5.一种自动锁紧解锁方法，其特征在于，所述方法包括：

位置传感器检测第一锁紧齿条相对于第二锁紧齿条的位置信息，并将所述位置信息发送给控制单元；

所述控制单元根据所述位置信息控制第一升降机构和/或第二升降机构动作，驱动所述第一锁紧齿条与所述第二锁紧齿条啮合或解锁；

压力传感器检测所述第一升降机构的第一压力信号和所述第二升降机构的第二压力信号，并将所述第一压力信号和所述第二压力信号发送给所述控制单元；

所述控制单元根据所述第一压力信号、所述第二压力信号和所述位置信息判断所述第一锁紧齿条与所述第二锁紧齿条是否锁紧。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一压力信号未达到设定值，所述第二压力信号达到设定值时，所述控制单元驱动所述第一升降机构动作；

所述第一压力信号达到极限值，所述第二压力信号达到设定值，所述第三传感器有信号传回时，确定所述第一锁紧齿条与所述第二锁紧齿条锁紧。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一压力信号达到设定值，所述第二压力信号未达到设定值时，所述控制单元驱动所述第二升降机构动作；

所述第一压力信号达到设定值，所述第二压力信号达到极限值，所述第三传感器有信号传回时，确定所述第一锁紧齿条与所述第二锁紧齿条锁紧。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一压力信号和所述第二压力信号分别达到设定值，所述第三传感器无信号传回时，所述第一升降机构或所述第二升降机构驱动所述第一锁紧齿条平移半个齿距。

9.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述第三传感器获得信号，所述第一压力信号和所述第二压力信号未达到设定值时，继续锁紧工作，当所述第一压力信号和所述第二压力信号分别达到设定值，所述第三传感器获得信号时，确定所述第一锁紧齿条和所述第二锁紧齿条锁紧。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，解锁过程包括：所述第一升降机构和所述第二升降机构收缩，所述第一传感器有信号传回时，所述第一升降机构停止，所述第二传感器有信号传回时，所述第二升降机构停止。