CN110023664B - 夹持装置 - Google Patents

Abstract

装置(1)设计成用于通过施加径向力来轴向限制轴对称体(CA)；所述装置(1)包括具有给定角度延伸的支撑件(10)，其设置有沿给定方向(D)纵向延伸的多个层状体(20)；其中所述装置(1)包括至少一个细长形构件(30)(30')，其至少部分地容纳在所述支撑件(10)的座(32)(32')中，所述座(32)(32')沿平行于所述给定方向(D)的轴线(A)(A')延伸；每个所述细长形构件(30)(30')围绕所述轴线(A)(A')可旋转地容纳在所述相应的座(32，32')中；每个所述细长形构件(30)(30')通过相应的销(35)以径向间隙可旋转地联接到所述支撑件(10)；弹性定心装置(34)，其与每个所述销(35)相关联，以在超过最小阈值的径向力的推力作用下允许每个所述细长形构件(30)(30')通过摩擦以角度固定方式联接到相应的所述座(32)(32')。

Description

夹持装置

技术领域

本发明涉及夹持装置。具体地，本发明涉及一种夹持装置，该夹持装置适于轴向限制受到轴向应力的轴对称体。更详细地，本发明涉及一种夹持装置，该夹持装置适于通过施加由多个夹持构件产生的径向力来轴向限制受到轴向力的轴对称体，以通过摩擦保持每个轴对称体。

背景技术

在需要安装细长形构件，包括金属管和脐带缆(涂覆有塑料)，以构建用于地上和地下或海底输送流体、电力或数据的管道的建筑领域中，常常需要暂停安装，并且因此需要通过在其端部处或中间部分处保持它们来保持这些细长形构件；这允许执行机器的预铺设操作或维护，或者简单地允许以刚性且流体密封的方式来连接细长形构件的端部。当作用在细长形构件上的轴向力特别显著时(例如，当保持铺设用于构造海底管道的最后一根管的端部时)，负载可能是约2000吨(Mg)。在这种情况下，通过借助于包括多个夹持装置的机器(或“夹具”)向其施加径向负载来保持细长形构件，所述夹持装置平行布置并且每个夹持装置将承受作用在细长形构件上的负载的一部分。每个夹具设置有多个均匀分布的夹持装置，这些夹持装置流体动力地或机械地致动以产生径向负载，这些径向负载可以转换成轴向负载，其大小随着与夹持鞍座/夹瓦和被保持的细长形构件的外护套的表面之间的相对摩擦系数越高而越大。

申请人已经在专利文献IT1405435中涉及该主题，其教导以及其他相关的现有技术专利的教导为了文字简要而结合在本说明书中。

在这种情况下，每个夹持装置包括由鞍座并排承载的两个夹瓦，该鞍座进而以铰链状方式围绕与夹持细长形构件的纵向轴线平行的纵向轴线承载。该解决方案的应用给申请人带来优异的结果，但是该解决方案具有的缺点是当这些装置沿细长形构件CA的轴向方向布置在多个层上时难以将轴向作用在细长形构件上的负载均匀地分配在各个夹持装置之间。实际上，难以将轴向作用的负载平衡和分配在布置在多个层上的夹持装置之间，并且因此夹持装置支撑从第一装置开始的减小的负载，与被夹持的细长形构件的护套(即，负载装置布置在已经铺设的细长形构件的侧面处，因此直接面向负载并承受最大负载值)界面接触，直到最后的夹持装置，将细长形构件保持在相应的自由端部的侧面处，因此经受可忽略不计的负载。

作用在细长形构件的各个区段上的负载的不同分布导致布置在夹具上不同位置的夹持装置的不同操作条件，这不仅需要在被夹持的细长形构件的护套上施加不同的切向负载，而且还会导致其不均匀的变形并且以不均匀的方式对夹持构件施加应力，导致不同程度的磨损，且因此需要在不同的时间进行维护，并且一次通常仅对一些夹持装置进行维护。

容易理解的是，这种情况代表了申请人想要解决的问题。鉴于上述情况，希望提供一种夹具，该夹具设置有夹持装置或纵向串联布置的多个夹持装置，每个夹持装置包括夹瓦/鞍座，并且除了限制并且可能克服现有技术的上述缺点之外，所述夹具为这种类型的夹具定义了新标准。

发明内容

本发明涉及夹持装置。具体地，本发明涉及一种夹持装置，该夹持装置适于轴向限制受到轴向应力的轴对称体。更详细地，本发明涉及一种夹持装置，该夹持装置适于通过施加由多个夹持装置产生的径向力来轴向限制受到轴向力的轴对称体，以通过摩擦保持每个轴对称体。

具体地，本发明的一个目的是提供一种夹持装置，该夹持装置可用于保持受到特别高轴向牵引力的细长形构件，该夹持装置以简单和经济的方式克服了上述现有技术的缺点。

根据本发明，提供一种夹持装置，该夹持装置可用于保持受到特别高轴向牵引力的细长形构件，其主要特征将在下面的权利要求中的至少一个中进行描述。

本发明的另一个目的是提供一种夹具，该夹具设置有多个夹持装置，所述多个夹持装置以给定的方式成角度地分布，以施加径向力，所述径向力足以通过摩擦轴向保持受到特别高轴向牵引力的细长形构件，以简单和经济的方式克服了上述现有技术的缺点。

根据本发明，还提供一种包括多个夹持装置的夹具，所述夹具设置有多个夹持装置，所述夹具的主要特征在以下权利要求中的至少一个中进行描述。

附图说明

根据本发明的夹持装置和包括多个夹持装置的夹具的其他特征和优点从下面参照附图阐述的说明将更加明显，附图示出实施例的一些示例，其中一组的相同或相应的部件用相同的附图标记标识。具体地：

-图1是根据本发明的夹持装置的第一优选实施例在操作步骤中的侧视立面示意图；

-图2是图1的示意性透视图，为了清楚起见移除一些部件；

-图3是图1的纵向剖视图，其以放大的比例示出并且为了清楚起见移除一些部件；

-图4是图1的机械图；

-图5是以放大比例从图1的细节顶部看到的示意性透视图；

-图6以放大比例示出图5，并且为了清楚起见移除一些部件；

-图7是夹具的平面示意图，该夹具包括沿圆周布置的多个夹持装置；

-图8以放大比例示出图7的细节，并且为了清楚起见移除一些部件；

-图9示出图1的第二优选实施例；

-图10是图9的纵向剖视图，其以放大的比例示出并且为了清楚起见移除一些部件；

-图11是图9的细节的放大视图；以及

-图12是图7的纵向部分的侧视图，其以放大的比例示出并且为了清楚起见移除一些部件。

具体实施方式

在图1中，附图标记1总体上指示夹持装置1，其设计成用于执行脐带缆、具有基本上轴对称形状的细长形主体CA(其中为了绘图简要在图1中仅用虚线示出了示例纵向截面的一部分)或一般情况下的管的铺设操作。具体地，这些装置应以横向于给定方向D的恒定角度间距分布，在使用中，该方向D与被夹持的CA主体部分的中心轴线基本同轴。因此，夹持装置1布置成在使用中向主体CA施加多个轴向力，该多个轴向力与由夹持装置和细长形主体之间的摩擦系数调制的径向负载的总和成比例。该轴向力是在外部界定主体CA的护套M和一组鞍座1之间所产生的摩擦力的结果。再次参考图7，夹持装置1通过框架102连接在一起，框架102可以是模块化的并且因此设置有至少一个部分104，该部分104可以打开以允许与主体CA横向联接。再次参考图7，值得注意的是，夹持装置1通过插入线性致动器106而连接到框架102，线性致动器106布置在框架102的加强部分108和布置在每个夹持装置1的后部处的球形铰接部110之间。

参考图1，夹持装置1沿给定方向D延伸并且包括具有给定角度延伸的支撑件10，该支撑件10成形为复制主体CA的外部形状(如下面更好地描述的那样)。支撑件10包括至少一个界面22/23，界面22/23在其前部处设置有多个层状体20。这些由金属制成的层状体的功能是通过凹入外表面24径向地与主体CA的护套M相互作用，在图5和图6中更好地示出。每个界面22和23由塑料制成，其能够暂时地变形，并且在主体CA具有特别大直径的情况下，支撑件10必须具有足够的尺寸，并且如果有用，其也可以有两个以上的界面22/23。此外，每个层状体20至少部分地包括(嵌入)在相同界面22、23的塑料中。

参考图5，支撑件10包括一对这些界面22和23，以用层状体20最大化在宽范围的径向尺寸中复制轴向对称主体CA的外表面的能力。鉴于上述内容，容易理解的是，在附图中仅选择示出具有两个界面22和23的支撑件10完全是由于绘图简要。

鉴于以上描述，层状体20适于在主体CA上执行切向作用以产生轴向力以平衡施加在主体CA上的轴向负载，并且当它们结合在界面22/23中时，它们可纵向和径向移动到由制造相同界面22/23的塑料的刚度所允许的程度。该作用的强度与主体CA在层向体20的轴向方向上施加的切向负载以及层状体20的外表面24与护套M之间的接触面积成比例。

参考图1、图2、图3和图5，夹持装置1在后部处具有基部12，其适于吸收与在使用中作用在夹持装置1(一旦它已连接到固定结构)上的径向力和切向力相关联的力。

每个层状体20纵向(沿方向D)延伸并且整合到相应的细长形构件30和30'中并且由相应的细长形构件30和30'在背侧界定，其中一个细长形构件30和30'在图3中可见。每个细长形构件30/30'由金属制成，但本发明的范围不限于此，并且以围绕平行于方向D的相应纵向轴线A/A'倾斜的方式联接到支撑件10。

具体地，对于每个细长形构件30/30'，支撑件10具有相应的圆柱形座32/32'，在前部处开口并且在图5和图8中更好地可见。每个细长形构件30/30'在后部处由面向相应座32/32'的相应圆柱面界定，其半径略大于相应的细长形构件30/30'的半径。参考图3和图6，每个细长形构件30/30'的形状类似于由两个相应的端部部分44纵向界定的支架，每个端部部分44基本上为L形，即使该特征不限制本发明的保护范围。值得注意的是，每个细长形构件30/30'通过相应的头部45(图2、图3、图5、图6、图9、图10)旋转地联接到支撑件10。每个头部45的形状类似于座32/32'的纵向闭合构件，并且因此设置有环形突起45'，其功能是允许同一头部45来抵抗作用在相应的细长形构件30/30'上的轴向力。头部45以共轭方式容纳在支撑件10的横向座11中，并且因此该座11为部分地环形并且与相应的轴线A/A'同轴。每个端部部分44通过销35联接到相应的头部45；每个销35与相应的轴线A/A'同轴并且设置有柄部350，柄部350以具有径向间隙的方式接合同一头部45的中心孔450，并因此连接到支撑件10。因此，每个细长形构件30/30'和支撑件10之间通过相应座32/32'的联接具有径向间隙；因此，如下面将更好地解释的那样，在使用中，当没有施加外部负载时，每个细长形构件30/30'围绕相应的轴线A/A'自由旋转。显然，每个端部部分44的尺寸和与层状体20的头部相距的距离允许限定每个界面22/23弹性允许的最大纵向位移。

参考图5和图6，夹持装置1包括用于每个细长形构件30/30'的定心单元34，以保持相应的细长形构件30/30'与方向D对齐并相对于座32/32'居中。该定心单元34包括每个细长形构件30/30'的一对销35(每个端部部分44一个)和由弹性构件(例如由橡胶制成的垫圈)制成的环形界面36(仅在图6中示出)，其为通常被称为“O形环”的类型，其与孔450接合，并且因此由每个销35以基本同轴的方式承载。选择这种类型的界面允许细长形构件30/30'在横向于给定方向D的力的推力作用下以圆柱形方式并因此以形状配合的方式粘附到相应的座32/32'，该推力略微大于基于环形界面36的机械特性的最小阈值，并且因此一旦细长形构件30/30'相对于它们的轴线A/A'轴线旋转到由主体CA的护套M的外部构造限定的角位置时粘附到相应的座32/32'。容易理解的是，该角位置平衡了每个细长形构件30/30'的纵向边缘部分上的横向推力。该特征允许夹持装置1在宽的尺寸范围内适应基本上圆柱形的细长形主体CA的护套的构造，同时夹持装置1的夹持能力保持不变。

因此，这种能力允许每个细长形构件30/30'在使用中以形状配合的方式联接到相应的座32/32'，并因此通过摩擦以角度固定的方式粘附到其上。

有用的是设置成使得每个头部45的环形突起45'刚性地连接到相应的座11，使得支撑件10结合它以便等同于单个主体。作为示例但非限制，可以通过焊接完成连接。因此，每个细长形构件30/30'由支撑件10通过两个相应的端部部分44承载，每个端部部分44通过定心单元34旋转地联接到头部45。

再次参考图1、图2和图3，并且特别参考图5，支撑件10和基部12之间的联接由阻尼单元50调节，该阻尼单元50包括由弹性材料制成的夹层状主体52，作为示例而非限制，通过联接橡胶片材和由金属(通常是钢)制成的板制成。鉴于以上描述，阻尼单元50是切向型的。

此外，鉴于以上描述，为了将主体CA停止在稳定位置，可能需要构造设置有多个夹持装置1的夹具200，所述夹持装置1径向地(如图7中所示)分布在单层夹具100中，并且在轴向上以规则间距(下文中称为“分层”或此类)分布，以便具有图12中示出的多层夹具200，其中为了绘图简要仅示出了其纵向部分。

鉴于以上描述，每个夹持装置1允许相应层状体20的轴向位移，这是通过相同的界面22/23相对于相应的端部部分44和阻尼单元50的夹层状主体52的位移的组合给出的。此外，细长形构件30/30'和阻尼单元50都以屈服方式对负载作出反应，并且相对于主体CA机械地串联布置，如图4示意性所示。因此，细长形构件30/30'和阻尼单元50可以被认为是两个机械串联布置的减震级，为了方便起见，这些减震级由相应的附图标记指示。

从上面的描述中可以容易地理解夹持装置1在每个夹具100中或者更一般地在夹具200中的使用，并且不需要进一步说明。然而，有用的是可以设置成使得主体CA逐渐被夹持并且从每个夹持装置1中的层状体20的凹入外表面24的第一次接触开始，细长形主体30和30'围绕相应轴线A和A'发生旋转，之后，层状体20再次进入相应的界面22和23内部，其进入的径向程度与表征已经用其制成相应界面22/23的塑料的顺应性成比例。因此，每次夹持装置1在使用中径向推动抵靠主体CA的护套M时，每个夹持装置1的细长形构件30/30'将以不同的相反角度旋转。容易理解的是，由于主体CA的局部弯曲，每个单独的层状体20将经受与同一细长形构件或相邻构件的相邻主体的径向位移不同的径向位移。容易理解的是，由于构造它们的材料，安装在细长形构件30/30'上的界面22/23的旋转与相同界面的顺应性的组合允许层状体20以基本上匹配的方式围绕每个细长形主体CA的护套M，而与同一护套M的直径无关。以这种方式，由主体CA确定的负载被每个鞍座1以与其轴向顺应性成比例的方式吸收，其轴向顺应性通过布置和配置成串联操作的细长形构件30/31和阻尼单元50的顺应性的组合给出，如图4的图中所示。容易理解的是，该解决方案通过使用径向而不是纵向布置的多个阻尼单元来允许增加夹持装置1的轴向顺应性，以使夹持装置1的轴向延伸最小化。

最后，可以对每个夹具100、对包括多个夹具100的夹具200以及对每个相应的夹持装置1进行明显的变型和修改，而不脱离本发明的保护范围。

例如，根据图9至图11中所示的鞍座1的实施例，为了绘图简要起见而被简化，阻尼单元50可以具有垂直应力并且可以包括平行于所述给定方向D布置的多个减震器58。

具体地，为了方便起见，在图9至图11中通过轴对称体示出的每个减震器58构造成沿给定方向D操作，使得它可以被定义为基本上线性的并且可以是流体动力或机械类型的，但本发明的保护范围不限于此。在这方面，应该设置为使得支撑件10在后部处是C形的，以便容纳基部12。如果认为有用的话，至少一个减震器58可以设置有压力传感器、位置传感器或其他传感器(其中本说明书具有的唯一目的是提供示例而不是限制可能的选择)，从而允许在任何时间控制支撑件10相对于基部12的当前位置。

在设置有多层夹具100并且因此设置有布置成圆形和成层的多个夹持装置1的夹具200中，每个支撑件10相对于相应的基部12的轴向位移的测量可以用于验证夹持装置100的各个“层”之间的总轴向负载的实际分布。

当然，有用的是记住每个细长形主体CA具有给定的拉伸刚度，可以相应地确定对应于该拉伸刚度的轴向顺应性。假设主体CA具有绝对刚度，并且通过使用多个夹持装置100夹持，多个夹持装置100串联布置在多个“层”上并通过适当构造的框架以轴向刚性方式连接在一起，面向负载的第一夹持装置1将是施加拉伸强度直至断裂(如果必要的话)的唯一一个夹持装置，其原因在于在夹持装置1的各层上没有负载分布。此外，给定相应的夹具200的高度具有相同的轴向延伸，通过组合多个周向阻尼级，特别是补偿构件40和阻尼单元50两者，可以调制每个夹持装置1的顺应性。这允许限制剪切应力横向施加在主体CA的相邻区段上，每个区段都与夹持装置100中的一个对接，并且因此确保主体CA的完整性和每个夹持装置1的正确操作。

鉴于以上描述，并且在原则上，在理想的夹具200中，当用户移动远离面向作用负载的夹持装置1时，每个夹持装置1的轴向顺应性应该减小。为此目的，有用的是提供一种夹持装置，该夹持装置的轴向顺应性可随意调节，例如通过使用流体动力致动器调节，其顺应性可在瞬时作用负载变化后实时调节。

鉴于以上描述，容易理解的是，上述夹持装置1和结合它们的夹具200，无论是单层夹具还是多层夹具，以简单而经济的方式有效地解决了申请人提出的技术问题。

Claims (14)

1.夹持装置（1），其设计成用于通过施加径向力来轴向限制轴对称体（CA）；所述夹持装置（1）包括具有给定角度延伸的支撑件（10），支撑件（10）设置有沿给定方向（D）纵向延伸的多个层状体（20）；其中所述夹持装置（1）包括至少一个细长形构件（30，30'），所述细长形构件至少部分地容纳在所述支撑件（10）的座（32，32'）中，所述座（32，32'）沿平行于所述给定方向（D）的轴线（A，A'）延伸；每个所述细长形构件（30，30'）围绕所述轴线（A，A'）可旋转地容纳在相应的所述座（32，32'）中；其特征在于，每个所述细长形构件（30，30'）通过相应的销（35）以径向间隙可旋转地联接到所述支撑件（10）；弹性定心装置（34），其与每个所述销（35）相关联，以便在超过最小阈值的径向力的推力作用下允许每个所述细长形构件（30，30'）通过摩擦以角度固定的方式联接到相应的所述座（32，32'）。

2.根据权利要求1所述的夹持装置，其特征在于，所述弹性定心装置（34）包括环形弹性构件（36），所述环形弹性构件（36）以基本上同轴的方式容纳在所述支撑件（10）中以用于每个所述销（35）。

3.根据权利要求1或2所述的夹持装置，其特征在于，每个所述座（32，32'）是圆柱形的，每个所述细长形构件（30，30'）具有面向相应的所述座（32，32'）的相应圆柱面。

4.根据权利要求1或2所述的夹持装置，其特征在于，每个所述细长形构件（30，30'）由两个基本上为L形的端部部分（44）纵向界定，每个端部部分由所述销（35）接合。

5.根据权利要求1或2所述的夹持装置，其特征在于，每个所述层状体（20）结合在由可变形材料制成的界面（22，23）中，以便径向地复制所述轴对称体（CA）的外部形状。

6.根据权利要求1或2所述的夹持装置，其特征在于，每个所述层状体（20）设置有带齿的横向外表面（24）。

7.根据权利要求1或2所述的夹持装置，其特征在于，所述支撑件（10）通过插入第一减震装置（50）由基部（12）承载。

8.根据权利要求7所述的夹持装置，其特征在于，包括机械串联布置的至少两个减震级（30，30'，50），其中，所述细长形构件（30，30'）和所述第一减震装置（50）为所述两个减震级。

9.根据权利要求7所述的夹持装置，其特征在于，所述第一减震装置（50）包括夹层状主体（52），以便以屈服方式抵抗沿所述给定方向（D）切向地引导的负载。

10.根据权利要求9所述的夹持装置，其特征在于，所述夹层状主体（52）设置有至少第一片材（54），所述第一片材（54）由塑料制成并且粘附地联接到由金属制成的至少第二片材（56，56'）。

11.根据权利要求7所述的夹持装置，其特征在于，包括第二减震装置，所述第二减震装置包括在所述支撑件（10）和所述基部（12）之间平行布置的多个减震构件（58），以便在使用中沿着所述给定方向（D）作用。

12.根据权利要求1或2所述的夹持装置，其特征在于，包括用于每个所述支撑件（10）的两个细长形构件（30，30'）。

13.夹具（100，200），其特征在于，包括多个夹持装置（1），每个夹持装置（1）均根据权利要求1至12中任一项所述的夹持装置；所述夹持装置（1）沿周向布置。

14.根据权利要求13所述的夹具（200），其特征在于，包括多个轴向分层布置的所述夹持装置（1）。

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