CN111268042B - 一种浮式结构物连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋工程领域，具体涉及一种浮式结构物连接装置。具体技术方案为：一种浮式结构物连接装置，包括连接器基体，基体两端分别连接第一连接件，第一连接件可分别相对于基体万向转动，第一连接件的悬端为连接端，连接端可分别与一个浮式结构物模块连接；浮式结构物模块与第一连接件相对一侧设置导入孔，导入孔直径大于第一连接件最大宽度，导入孔内设置容纳连接端的卡扣结构，连接端经导入孔进入卡扣结构后，卡扣结构可将连接端卡合，连接端被卡扣结构卡合后，第一连接件可相对于浮式结构物模块万向转动。本发明拆装方便，连接灵活，可有效减小各浮式结构物间的波浪力传输。

Description

一种浮式结构物连接装置

技术领域

本发明属于海洋工程领域，具体涉及一种浮式结构物连接装置。

背景技术

在海洋工程领域，海洋超大型浮式结构物的应用日益广泛。海洋超大型浮式结构物是指尺度以公里计的浮式结构物，可用于海上补给、科考、建设能源基地及海上城市等。由于尺寸巨大、用途各异，从便于维护和使用的角度出发，这类浮式结构物往往是模块化的，即由多个浮式结构物模块拼装而成。而模块的拼装又需要在海上进行。因此，如何快速、安全、准确地完成海上拼装连接是超大型浮式结构物的研究重点。

模块拼装技术中，最常用的是焊接。焊接虽然具有高强度、高可靠性等优势，但由于海上环境复杂多变，焊接所带来的固定连接缺少灵活性，无法缓冲波浪力。且模块焊接之后不易拆卸，当需要维修浮式结构物，或遭遇极端恶劣海况时，无法实现各模块间的快速拆卸。

近年来，还常用电磁式连接器连接各模块。与焊接相比，电磁式连接器可节省大量的人力物力，模块间的连接也更为灵活。但电磁式连接器依赖于磁力，连接的牢固性难以控制；且电磁式连接的维护成本也较高。

因此，亟需一种灵活可靠、拆装方便、定位准确的浮式结构物连接装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种灵活可靠、拆装方便、定位准确的浮式结构物连接装置。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种浮式结构物连接装置，包括连接器的基体，所述基体两端分别连接至少一个第一连接件，所述第一连接件可分别相对于基体万向转动，所述第一连接件的悬端为连接端，连接端可分别与一个浮式结构物模块连接；

所述浮式结构物模块与第一连接件相对一侧设置导入孔，所述导入孔直径大于第一连接件最大宽度，所述导入孔内设置容纳连接端的卡扣结构，所述连接端经导入孔进入卡扣结构后，卡扣结构可将连接端卡合，所述连接端被卡扣结构卡合后，所述第一连接件可相对于浮式结构物模块万向转动。

优选的，所述第一连接件的连接端呈球形，所述第一连接件从两端向中间逐渐凹陷、平滑过渡，形成颈部。

优选的，所述浮式结构物模块内部、导入孔对应位置，设置容纳卡扣结构的容纳腔，所述容纳腔内、远离导入孔一侧固接电机，所述电机可同时提供直线运动和旋转运动；所述容纳腔内、电机输出端对称铰接至少2根连接杆，各连接杆的另一端分别铰接一个弧形的卡扣瓣，所述卡扣瓣位于浮式结构物模块内的卡扣槽内，与浮式结构物模块间隙配合，所述卡扣瓣与卡扣槽相接触的面上分别设置相互配合的螺纹，所述卡扣槽与容纳腔连通，所述卡扣槽在浮式结构物模块内部贯通；

所述卡扣槽延伸至所述浮式结构物模块表面，形成数个供卡扣瓣出入的卡扣孔，所述卡扣孔的数量与卡扣瓣数量相等，各卡扣孔在浮式结构物模块外表面互不连通，通过与导入孔固接的限位块隔开；

各所述卡扣瓣环绕导入孔设置，当卡扣瓣在电机作用下旋转运动至浮式结构物模块外部、并与对应限位块接触时，各卡扣瓣悬端位于第一连接件颈部周围、形成环状限位结构，限位结构的直径小于连接端的最大直径。

优选的，所述导入孔内部设置至少1个第二小球，所述第二小球可转动固接于导入孔内部，所述第二小球表面凸出导入孔表面。

优选的，所述浮式结构物模块上、导入孔周围，设置导向孔，所述导向孔的直径大于导入孔的直径、深度小于导入孔的深度。

优选的，所述浮式结构物模块上、导向孔周围，设置导向槽，所述导向槽以导向孔为中心，朝向浮式结构物模块长度方向延伸。

优选的，所述第一连接件与基体连接的一端为固定端，所述固定端呈球形，球形＞1/2部分通过基体上的开口活动套接于基体内部，所述基体上的开口口径小于固定端球形的直径。

优选的，所述基体上套接固定端的开口为形状与固定端形状对应的壳体，壳体上均布数个第一小球，所述第一小球可转动固接于壳体内部，第一小球表面凸出于壳体表面。

优选的，所述基体对称设置为左右两部分，基体两部分一端分别与第一连接件的固定端连接，另一端分别与H形的第二连接件的一个纵向端连接，所述第二连接件的纵向端可转动套接于基体内部，所述基体两部分上分别对应设置容纳第二连接件横向端贯穿穿过的开口，开口口径小于第二连接件纵向端长度。

优选的，所述基体左右两部分相对侧分别设置一层缓冲垫。

本发明具有以下有益效果：本发明通过设置第一连接件，实现了连接装置的基体与浮式结构物间可靠的万向转动；通过设置第二连接件，实现了基体自身的万向转动；从而实现在遭遇风浪时，各浮式结构物模块间可自行进行一定程度的运动，减小了各浮式结构物间的波浪力传输。通过设置卡扣件结构，实现连接装置的快速拆装，操作方便。

附图说明

图1为本发明连接器的基体结构示意图；

图2本发明连接器的基体进入浮式结构物模块时的结构示意图；

图3为图2的A-A视图；

图4为连接器的基体与浮式结构物模块连接后的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种浮式结构物连接装置，包括连接器的基体10。所述基体10对称设置为左右两部分。基体10左右两部分的一端分别与第一连接件20的固定端21连接，另一端分别与H形的第二连接件11的一个纵向端连接。所述第二连接件11的纵向端可转动套接于基体10内部，所述基体10左右两部分上分别对应设置容纳第二连接件11横向端贯穿穿过的开口，开口口径小于第二连接件11纵向端长度。即，所述基体10的左右两部分完全相同，中间通过第二连接件11连接为一个整体。因为第二连接件11相对于基体10的左右两部分均可进行360°转动，因此基体10中部可进行360°旋转，从而缓冲波浪力。

更优选的方案为，所述基体10左右两部分相对侧分别设置一层缓冲垫13，避免基体10左右两部分发生刚性碰撞。所述缓冲垫13为橡胶材质。进一步的，还可将左右两部分相对侧分别设置为圆角而非直角(图中未示意出)，以进一步减轻碰撞。

所述基体10经第二连接件11连接成为整体后，其两端(即未连接第二连接件11的两端)分别连接至少一个第一连接件20。所述第一连接件20可分别相对于基体10万向转动。实现万向转动的一种实施方式为：所述第一连接件20与基体10连接的一端为固定端21，所述固定端21呈球形。应当理解的是，此处的球形并非指固定端21呈一个完整的球体。所述固定端21是一个球体横截面为优弧面的大半个球体。所述固定端21的球形通过基体10上的开口套接于基体10内部，所述固定端21的球形体积超过1/2的部分都位于基体10内部，且所述基体10上的开口口径小于固定端21球形的直径，从而避免固定端21从基体10内脱落，并实现第一连接件20可相对于基体10进行万向转动。

为了减小摩擦力，提高转动效率，所述基体10上套接固定端21的开口为形状与固定端21形状对应的壳体，壳体内体积略大于固定端21球形体积。壳体内表面上均布数个第一小球12，所述第一小球12可转动固接于壳体内部，第一小球12表面凸出于壳体内表面。所述第一小球12位于壳体内部的方式与固定端21位于基体10内的方式相同，即：第一小球12体积超过1/2的部分活动套接于壳体内部，且壳体内表面上供第一小球12露出来的开口口径小于第一小球12的直径。在这种设置方式下，所述固定端21与第一小球12进行点接触，接触面积小，转动效率更高。

所述第一连接件20的另一端为悬端，命名为连接端22。所述第一连接件20的连接端22呈球形。应当理解的是，此处的连接端22的球形与固定端21相似，也并非指一个完整的球体，而是指球体横截面为优弧面的大半个球体。所述第一连接件20从两端向中间逐渐凹陷、平滑过渡，形成颈部。即，第一连接件20一体成型，其形状为：两端分别为大半个球形，中间平滑过渡形成略微凹陷的颈部，整体形状与肱骨形状相近。所述颈部长度可根据需要设置，长度不宜过长，优选为固定端21球形直径的2/3～2倍。

如图2、3、4所示，每个所述连接端22可分别与一个浮式结构物模块30连接。其中，图2为连接端22进入浮式结构物模块30，但未卡扣的状态。图4为连接端22已被卡扣在浮式结构物模块30内的状态。具体连接方式为：所述浮式结构物模块30上设置容纳连接端22的导入孔31。所述导入孔31直径大于第一连接件20最大宽度，深度大于连接端22球形体积的1/2，第一连接件20可直接进入导入孔31。所述导入孔31内设置容纳连接端22的卡扣结构，所述连接端22进入导入孔31后，卡扣结构可将连接端22卡合。

卡扣结构的一种实施方式为：所述浮式结构物模块30内部、导入孔31对应位置，设置容纳卡扣结构的容纳腔40。所述容纳腔40远离导入孔31一侧固接电机50，所述电机50可同时提供直线运动和旋转运动。电机50为成熟的现有技术，具体可使用例如CN102739011A、CN109905004A、CN105471212B等专利技术的电机，也可直接市购。

所述容纳腔40内部、电机50输出端对称铰接至少2根连接杆41。本发明图示以对称设置3根连接杆41为例，即各连接杆41间分别为120°。各连接杆41的另一端分别铰接一个弧形的卡扣瓣42，所述卡扣瓣42位于浮式结构物模块30内的卡扣槽43内，与浮式结构物模块30间隙配合。所述卡扣瓣42与卡扣槽43的接触面上设置螺纹，所述卡扣槽43与卡口瓣42接触的位置也对应设置相互配合的螺纹。所述卡扣槽43与容纳腔40连通，所述卡扣槽43在浮式结构物模块30内部贯通。即，所述卡扣槽43与容纳腔40间连通、未设置障碍，连接杆41转动和前进时，可以顺利进入卡扣槽43内。

所述卡扣槽43在所述浮式结构物模块30表面形成供卡扣瓣42出入的卡扣孔44。所述卡扣孔44的数量与卡扣瓣42数量相等，各卡扣孔44在浮式结构物模块30外表面互不连通，通过与导入孔31固接的限位块34隔开。即，卡扣瓣42虽然设置为数个，但浮式结构物模块30内部的卡扣槽43是一个连通的、整体的槽，各卡扣瓣42可以在卡扣槽43内进行转动。卡扣槽43延伸到浮式结构物模块30表面时，被限位块43隔开，分为数个卡扣孔44，卡扣瓣42旋转最大位移即为旋转至与限位块43接触。限位块43可以与导入孔31(浮式结构物模块30)一体成型，也可以先加工出贯穿、连通的卡扣槽43和卡扣孔44，再在对应位置以焊接等方式固接上限位块43。图示中展示的是一体成型的情况。

各所述卡扣瓣42环绕导入孔31设置，当卡扣瓣42在电机50作用下直线、旋转运动至浮式结构物模块30外部、并与对应限位块34接触时，各卡扣瓣42悬端位于第一连接件20颈部周围、形成环状限位结构，限位结构的直径小于连接端22的最大直径。应当理解的是，此时的环状限位结构并非为指各卡扣瓣42相互接触、形成一个闭合的环。因限位块43的存在，各卡扣瓣42并不接触，形成的环状结构上有一些空隙。但环状结构的直径小于第一连接件20连接端22球形直径，所以连接端22不会脱落。

当受到波浪力时，卡扣瓣42与卡扣槽43间的螺纹受力，通过螺纹结构，力被分散传递到浮式结构物模块30这一整体结构上，避免局部处、某一连接点受力，从而实现稳固连接。

为了提高转动效率，减小摩擦力，所述导入孔31内部设置至少1个第二小球32，所述第二小球32可转动固接于导入孔31内部，所述第二小球32表面凸出导入孔31表面。所述第二小球32在导入孔31内部的安装方式参照第一小球12进行。在这种设置方式下，所述连接端22与第二小球32进行点接触，接触面积更小，转动效率更高。

为了提高导向效率，便于安装操作。更优选的方式为，如图3所示，所述浮式结构物模块30上、导入孔31周围，设置导向孔33，所述导向孔33的直径大于导入孔31的直径、深度小于导入孔31的深度。更优选的方式为：所述浮式结构物模块30上、导向孔33周围，设置导向槽60，所述导向槽60设置在朝向基体10一侧。所述导向槽60以导向孔33为中心，朝向浮式结构物模块30长度方向延伸。当然，也可以不设置导向孔33，直接以导入孔31为中心设置导向槽60。

在图3的设置方式下，所述导向槽60以导向孔33为中心，向两边延伸，宽度和深度沿延伸方向递减、平滑过渡。应当理解的是，图3并非为唯一可行的导向槽60设置方式。未对第一连接件20施加外力时，在重力作用下，第一连接件20的中心轴与基体10的中心轴不平行。如果第一连接件20颈部偏长，可能导致连接端22无法顺利进入导向槽60。此时可将导向槽60设置为两端偏下的形状(图中未示意出)，偏下的角度与颈部长度对应，以便于连接端22顺利进入导向槽60。另外，为了便于加工和操作，也可统一设置为图3的导向槽60，如果第一连接件20无法顺利进入，可以通过外力(吊绳等)托住第一连接件20的颈部，使第一连接件20高度与导向槽60相同，从而进入导向槽60。当然，本领域技术人员还可以根据需要设置其他形状、大小、长度的导向槽60，此处不再一一示意。

所述浮式结构物连接装置的使用方法为：使用推进器(成熟的现有技术)将第一连接件20推至导向槽60。随后再使用推进器将第一连接件20沿导向槽60逐渐推入导向孔33内，进入推入导入孔31内。启动电机50，促使连接杆41一边朝向导入孔31方向运动，一边绕电机50输出端进行公转。连接杆41进而带动卡扣瓣42在卡扣槽43内进行公转，同时推动卡扣瓣42向前运动。卡扣瓣42在连接杆41的作用下，在卡扣槽43内沿着螺纹方向、朝向卡扣孔44方向旋转运动，逐渐从卡扣孔44伸出。运动至卡扣瓣42与限位块34接触时，关闭电机50。此时各卡扣瓣42在第一连接件20颈部周围行为一个环状结构，环状结构的直径小于第一连接件20的连接端22的直径，第一连接件20无法从卡扣件40内退出。导入孔31内部体积略大于第一连接件20连接端22体积，在受到外力时，第一连接件20可相对于导入孔31进行万向转动。使用相同的方法，将基体10另一端的另一个第一连接件20与另一个浮式结构物模块30连接起来即可。

Claims (10)

1.一种浮式结构物连接装置，其特征在于：包括连接器的基体(10)，所述基体(10)两端分别连接至少一个第一连接件(20)，各所述第一连接件(20)可相对于基体(10)万向转动，所述第一连接件(20)的悬端为连接端(22)，各连接端(22)可分别与一个浮式结构物模块(30)连接；

所述浮式结构物模块(30)与第一连接件(20)相对一侧设置导入孔(31)，所述导入孔(31)直径大于第一连接件(20)最大宽度，所述导入孔(31)内设置容纳连接端(22)的卡扣结构，所述连接端(22)进入导入孔(31)后，卡扣结构可将连接端(22)卡合，所述连接端(22)被卡扣结构卡合后，所述第一连接件(20)可相对于浮式结构物模块(30)万向转动。

2.根据权利要求1所述的浮式结构物连接装置，其特征在于：所述第一连接件(20)的连接端(22)呈球形，所述第一连接件(20)从两端向中间逐渐凹陷、平滑过渡，形成颈部。

3.根据权利要求2所述的浮式结构物连接装置，其特征在于：所述浮式结构物模块(30)内部、导入孔(31)对应位置，设置容纳卡扣结构的容纳腔(40)，所述容纳腔(40)内、远离导入孔(31)一侧固接电机(50)，所述电机(50)可同时提供直线运动和旋转运动；所述容纳腔(40)内、电机(50)输出端对称铰接至少2根连接杆(41)，各连接杆(41)的另一端分别铰接一个弧形的卡扣瓣(42)，所述卡扣瓣(42)位于浮式结构物模块(30)内的卡扣槽(43)内，与浮式结构物模块(30)间隙配合，所述卡扣瓣(42)与卡扣槽(43)相接触的面上分别设置相互配合的螺纹，所述卡扣槽(43)与容纳腔(40)连通，所述卡扣槽(43)在浮式结构物模块(30)内部贯通；

所述卡扣槽(43)延伸至所述浮式结构物模块(30)表面，形成数个供卡扣瓣(42)出入的卡扣孔(44)，所述卡扣孔(44)的数量与卡扣瓣(42)数量相等，各卡扣孔(44)在浮式结构物模块(30)外表面互不连通，通过与导入孔(31)固接的限位块(34)隔开；

各所述卡扣瓣(42)环绕导入孔(31)设置，当卡扣瓣(42)在电机(50)作用下旋转运动至浮式结构物模块(30)外部、并与对应限位块(34)接触时，各卡扣瓣(42)悬端位于第一连接件(20)颈部周围、形成环状限位结构，限位结构的直径小于连接端(22)的最大直径。

4.根据权利要求3所述的浮式结构物连接装置，其特征在于：所述导入孔(31)内部设置至少1个第二小球(32)，所述第二小球(32)可转动固接于导入孔(31)内部，所述第二小球(32)表面凸出导入孔(31)表面。

5.根据权利要求3所述的浮式结构物连接装置，其特征在于：所述浮式结构物模块(30)上、导入孔(31)周围，设置导向孔(33)，所述导向孔(33)的直径大于导入孔(31)的直径、深度小于导入孔(31)的深度。

6.根据权利要求5所述的浮式结构物连接装置，其特征在于：所述浮式结构物模块(30)上、导向孔(33)周围，设置导向槽(60)，所述导向槽(60)以导向孔(33)为中心，朝向浮式结构物模块(30)长度方向延伸。

7.根据权利要求1所述的浮式结构物连接装置，其特征在于：所述第一连接件(20)与基体(10)连接的一端为固定端(21)，所述固定端(21)呈球形，球形体积＞1/2部分通过基体(10)上的开口活动套接于基体(10)内部，所述基体(10)上的开口口径小于固定端(21)球形的直径。

8.根据权利要求7所述的浮式结构物连接装置，其特征在于：所述基体(10)上套接固定端(21)的开口为形状与固定端(21)形状对应的壳体，壳体上均布数个第一小球(12)，所述第一小球(12)可转动固接于壳体内部，第一小球(12)表面凸出于壳体表面。

9.根据权利要求1所述的浮式结构物连接装置，其特征在于：所述基体(10)对称设置为左右两部分，基体(10)两部分的一端分别与第一连接件(20)的固定端(21)连接，另一端分别与H形的第二连接件(11)的一个纵向端连接，所述第二连接件(11)的纵向端可转动套接于基体(10)内部，所述基体(10)两部分上分别对应设置容纳第二连接件(11)横向端贯穿穿过的开口，开口口径小于第二连接件(11)纵向端长度。

10.根据权利要求9所述的浮式结构物连接装置，其特征在于：所述基体(10)左右两部分相对侧分别设置一层缓冲垫(13)。

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