CN1914434A - 将致动螺栓的旋转运动直接传动到被其驱动的平移夹爪所用的联轴器 - Google Patents

将致动螺栓的旋转运动直接传动到被其驱动的平移夹爪所用的联轴器 Download PDF

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Abstract

一种联轴器，该类型的联轴器包括至少一个夹爪(11)，所述夹爪(11)能够被安装在第一构件(2)上以通过将第二构件(3)夹紧在第一构件(2)上而将第一构件(2)连接在第二构件(3)上，第二构件(3)的夹紧或释放由沿轴线(34)的平移运动引起，同时所述第二构件的脱开或咬合由夹爪(11)绕同一轴线(34)的旋转运动引起，所述夹爪包括具有螺纹部分(19)的孔(18)，所述螺纹部分(19)形成了使限定所述轴线(34)的致动螺栓(12)在其中接合的螺母(13)，所述致动螺栓(12)能驱动夹爪(11)沿所述轴线平移，其特征在于，转矩限制装置(25，28)通过夹爪(11)的孔(18)能够接合致动螺栓(12)和夹爪(11)，从而将致动螺栓(12)的旋转运动直接传递到夹爪(11)，并因此驱动夹爪(11)绕所述轴线(34)旋转。

Description

将致动螺栓的旋转运动直接传动 到被其驱动的平移夹爪所用的联轴器
技术领域
本发明总体上涉及联轴器，特别是用于加载臂的联轴器。
背景技术
已经公知的是，联轴器是包括夹持组件的机械装置，所述夹持组件特别被用于施加预夹紧力以确保在用于装载和卸载产品特别是流体产品例如石油产品(液化天然气等等)的关节臂和安装在船舶上的互补装置之间的机械连接和紧密性。
本发明更具体地针对联轴器是液力联轴器的情况，所述液力联轴器具有几个夹持组件，实际中是三个或更多，它们能够输送液体产品，特别是在非常低的温度(达到-196℃)下。
根据已经公知的一种结构，每个夹持组件包括被设计成将臂连接在互补装置例如歧管上用于夹紧的夹爪，以及包括用于该夹爪的致动系统，该致动系统包括由电机驱动的螺栓/螺母型装置。
已知并且由申请人在市场上销售的第一系统采用以一种方式布置的螺栓/螺母型装置以使起重器重新产生动作，所述螺栓由液压马达通过链旋转驱动。
该系统使三个连接杆的组件致动，所述连接杆相互连接并且它们中的两个的末端连接在固定点上。
这一结构会降低凸缘上的夹紧力，并且为了打开或闭合联轴器会使整个组件倾斜。
根据相同的原理，已经提出一种无需连接杆的改进以克服这一缺陷同时降低装置的所需空间和重量。在法国专利申请No.2834327中描述了这一改进。
在另一种已经公知的装置中，联轴器采用大直径的压缩弹簧，每个压缩弹簧都在其一个末端连接在夹爪上并在其另一个末端连接在设计成被旋转致动的环上。
这种环的倾斜与弹簧的倾斜一致，并取决于弹簧的倾斜，这样在夹紧装载臂互补装置的凸缘的夹爪上施加或大或小的压力。
弹簧在它们的压缩位置传递最大的夹紧转矩。
使所述环旋转致动的液压起重器的采用意味着机构变得可逆并且这在液压系统故障的情况下会使凸缘逐渐松开。
另一种已知的联轴器采用由液压起重器旋转驱动的凸轮。
这种凸轮在夹爪上施加载荷以闭合联轴器并在出现液压故障的情况下结合一并置的不可逆的系统。
另一种联轴器继续采用这种凸轮原理，带齿的旋转式清洗机定位在联轴器的外周上。这种清洗机在液压起重器的压力作用下枢转并由于组成夹爪以咬合凸缘的齿的作用而推动夹爪组件。
根据另一种现有的装置，联轴器采用比液压起重器更可靠的螺栓/螺母型装置来旋转驱动夹爪，螺母与夹爪倾斜连接。
螺栓的旋转驱动螺母平移运动，由于螺母与夹爪的倾斜连接因此驱动夹爪围绕与螺母平移轴线垂直的轴线旋转，从而根据螺栓的旋转方向夹紧或释放凸缘。
一种紧急释放系统并行设置以在紧急程序中提高系统在打开阶段的响应。
与上述装置同一类型的一些公知的装置特别在专利申请或专利EP-A 0 285 813、US-A-4 222 591、US-A-3 661 408以及GB-A-1 395 928中得到披露。
最后，存在一种公知的并由申请人在市场上销售的名为“Quikcon2”的联轴器装置。
这种装置具有联合了两种运动的夹爪：分别是围绕和沿同一轴线的旋转和平移。
这种夹爪总体上呈现字母“L”形，“L”的底部是有效地起到夹紧凸缘的作用的部分并且“L”的竖直(“长“)部分与所述联合的旋转和平移的轴线相一致。
更长的后一部分被导入联轴器组件的构架的孔内。
夹爪在该孔内的旋转的导向通过安装在它们之间的滚珠实现，所述滚珠在夹爪“长“部分上加工成的螺旋通道内滑动并被保持在一特殊壳体内，所述特殊壳体安装在与联轴器组件的构架一体的所述孔中。
采用与夹爪一体的螺母装置以及与夹爪有利地配合并由适当的装置(例如液压马达)旋转驱动的螺栓实现夹爪的操作。
螺栓和螺母定位在上述旋转和平移的轴线上。
实践中，螺栓和螺母定位在具有为此形成的纵向孔的夹爪“长”部分的中心处。
上述螺旋通道具有适合的形状，其使由螺栓/螺母系统的转动所施加的夹爪的平移运动转化为与所述平移运动联合的旋转运动，这两种运动分别围绕和沿同一上述轴线产生。
因此，在夹爪的闭合阶段最初观察到夹爪的旋转，其迅速确保两个待连接构件的连接，随后确保了与所述构件夹紧在一起相对应的平移。
但是滚珠并没有被设计成承受例如由夹爪和外部构件之间的冲击产生的较高应力。
因此，滚珠会受到永久变形或机械断裂并且螺旋通道的机械加工也被破坏。
滚珠和螺旋通道还受到由于在不利的状况下(例如机构上的杂物、腐蚀因素、等等)打开或闭合所产生的其他机械应力的破坏。
此外，包含这种螺旋机械加工的夹爪制造昂贵。
发明内容
本发明的目的总体上是提供一种可以改进夹爪装置并产生其它优点的结构。
更具体地说，本发明的目的是提供一种联轴器，该类型的联轴器包括至少一个夹爪，所述夹爪适于被安装在第一构件上以通过将第二构件夹紧在第一构件上而将第一构件连接在第二构件上，第二构件的夹紧或释放由沿轴线的平移运动引起，同时所述第二构件的脱开或咬合由夹爪绕同一轴线的旋转运动引起，所述夹爪包括具有螺纹部分的孔，所述螺纹部分形成了使限定所述轴线的致动螺栓在其中接合的螺母并能驱动夹爪沿所述轴线平移，其特征在于，转矩限制装置能够利用夹爪的孔接合致动螺栓和夹爪，从而将致动螺栓的旋转运动直接传递到夹爪，并因此驱动夹爪绕所述轴线旋转。
换句话说，夹爪的运动分解为平移和绕同一轴线的旋转，其有利之处在于几乎立即在螺栓/螺母系统在联轴器的打开阶段和闭合阶段致动之后就联合了这两种运动。
夹爪的闭合运动分解为通过螺栓/螺母系统的平移，通过由该螺栓驱动夹爪立即联合了绕主螺栓的轴线的旋转，从而可以立即咬合第二构件，同时继续平移直至通过夹爪实现完全闭合并将第二构件夹紧在第一构件上。
夹爪的打开运动反过来采用同样的原理：开始是通过螺栓/螺母系统进行平移，当施加在夹爪和第二构件之间的夹紧力一被移去，所述平移就与用于脱开第二构件的旋转接合，同时继续所述平移直至夹爪在其移动的末端完全打开。
因此，这种系统在使用中可以产生较高的响应度，因为在非常短的时限内实现了夹爪的旋转，这使得夹爪可以在附件上脱开或接合。
而且这种系统比到目前为止已知的实施方式更简单且更可靠。
根据与这种结构有关的优选特征：
所述转矩限制装置包括至少一个弹簧，所述弹簧由在其每个纵向末端的推盘封盖；
所述转矩限制装置以磨料涂层的形式提供，所述磨料涂层覆盖所述孔与在致动螺栓上接合的夹紧螺母或螺栓本身的一部分接触的内表面，反之亦然；
所述转矩限制装置具有由具有高摩擦性能的材料特别是橡胶制成的构件的形式，所述构件介于致动螺栓或接合在致动螺栓上的夹紧螺母和夹爪的孔的内表面之间；
所述转矩限制装置包括对称布置在与致动螺栓接合的夹紧螺母的外周上或螺栓本身上并与在夹爪的孔上机械加工出的槽啮合的齿，反之亦然；
所述转矩限制装置具有封装在与致动螺栓接合的夹紧螺母或螺栓本身内的滚珠的形式，所述滚珠通过至少一个弹簧与夹爪的孔—优选是带槽的孔的内表面强制接触，反之亦然；
所述转矩限制装置由致动螺栓和形成夹爪孔的螺母的部分上的螺纹之间的固有摩擦形成；
滚子轴承特别是滚针轴承安装在致动螺栓上并构成了对夹爪平移运动的末端的止挡部；
所述夹爪通过适于固定在第一构件上的构架引导作平移；
所述致动螺栓由马达—优选是液压马达特别采用齿轮啮合进行驱动；
所述马达是特别用于致动螺栓的马达；以及
所述夹爪总体具有L形，螺纹孔被设置在所述L形更长的支路上。
附图说明
从参照附加的示意图以示意性方式进行的描述中将了解到本发明的特征和优点，其中：
图1是安装在装载臂上并装有根据本发明的夹紧组件和互补装置的联轴器处于非连接位置的截面图；
图2是该联轴器前部的正视图，表示夹爪的两个极限位置；
图3是根据本发明实施方式的变型而具有弹簧的转矩限制装置更小比例的截面图；以及
图4和5分别是包括摩擦材料的转矩限制装置的纵向和横向(沿图4所示的线V-V)的截面图。
具体实施方式
在图1和2提出的实施方式中，在此是液压式的联轴器1包括具有夹爪11的夹紧组件10以及用于该夹爪11的特殊致动系统，所述夹爪11被设计成将在其上安装(在此通过螺栓连接)有联轴器1的装载臂2的末端连接到在此是装有凸缘的歧管的互补装置3上，所述致动系统包括在此由齿轮14旋转驱动的螺栓12/螺母13型装置，齿轮14本身由与在此是液压式的马达的轴一体的第二齿轮(在图中未示出)驱动，所述马达在图中未示出但安装在夹爪11和其致动螺栓12横向(在图2中夹爪11的右侧)的夹紧组件10的构架15上。
构架14被设计成导引夹爪11的更长的支路16平移，所述支路总体上呈现L形并且其最短的支路17形成用于将歧管凸缘3夹紧在装载臂2的前端20的凸缘上的爪。
而且，该夹爪11具有孔18，孔18由肩部21分隔成两个部分19、20。
该孔18的部分19在与具有支路7的一端相对的末端向夹爪11的外部开口，所述支路7通过形成夹爪11被用于与螺栓12配合的螺母13的部分形成一爪。
而且，夹紧螺母22被拧在螺栓12的前端，并且滚针轴承23在夹紧螺母22和螺栓12被用于与夹爪11形成螺母13的部分配合的螺纹部分之间被安装在该螺栓12上。
根据本发明，夹紧螺母22具有横向孔24，借助于该横向孔封装以弹簧26形式存在的转矩限制器25，所述弹簧26在其两个纵向末端由能够与孔18的部分20的内表面配合的两个推盘27封盖。
此外，与转矩限制器25相同的第二转矩限制器28被封装在与转矩限制器25垂直的夹紧螺母22内。
而且，在构架14的前端设置由环绕构架14的套管30固定的止动杆29。
夹爪11的前端由具有孔32的塞31封闭，在孔32中封装用于孔18的润滑器33。
用于通过齿轮和液压马达驱动螺栓12的系统部分地出现在构架14的后端，其本身并不构成本发明的一部分，在此不对其进行更详细的描述。
夹爪11的闭合运动因此分解为螺栓12/螺母13系统的平移，通过该螺栓12驱动夹爪11，所述平移直接与绕螺栓12轴线的旋转联合，从而可以立即咬合互补装置3，同时继续所述平移直至通过夹爪靠在装载臂2的凸缘上实现互补装置3的完全闭合和夹紧。
夹爪11的打开运动反过来采用同样的原理：开始是通过螺栓12/螺母13系统的平移，施加在夹爪11和互补装置3之间的夹紧力一旦被移去，所述平移就与用于脱开互补装置3的旋转接合，同时继续所述平移直至夹爪11在其移动的末端完全打开。
如上所述，本发明优选的实施方式装有弹簧式转矩限制器25，28。
更具体地说，在打开时，调节心轴12由马达通过齿轮14旋转驱动并随后使夹爪11平移。
夹爪11在互补装置3上的夹紧力一旦大于由转矩限制器25、28的弹簧施加的摩擦力，这些弹簧就在夹爪11内“滑移”。
当夹爪11不向互补装置3施加足够的力时，推盘27附着在夹爪11的内部并驱动夹爪11绕由螺栓12限定的轴线34旋转，夹爪11脱开大约一圈的2/3直至到达止动杆29上的止挡部。
夹爪11继续平移运动直至其到达其移动的末尾，停在定位于螺栓上的滚针轴承23上。
至于闭合，施加在夹爪11上的夹紧转矩在操纵的初始(夹爪处于打开位置)逻辑上等于零，夹爪11很快旋转，转矩限制器25、28的弹簧在夹爪11上施加摩擦力以通过推盘27对其旋转驱动。
根据另一实施方式，转矩限制器可以是具有例如在图3中设置的滚珠和弹簧的装置。
在这种情况下，夹爪111的孔118具有槽140，滚珠141接合在其中，所述滚珠由封装在为此设置的致动螺栓的夹紧螺母122的横向孔143内的弹簧142推动。
参照图1-3描述的这种类型的转矩限制器的数量在实践中包含在1个到4个之间。
根据本发明的另一实施方式，转矩限制器可以是包括在图4和5中设置的摩擦材料的装置。
在该实施方式中，用具有高摩擦性能的材料例如橡胶制成的套筒250介于夹爪211的孔218和致动螺栓的夹紧螺母222的外表面之间。
这三个部件之间可以是紧配合以传递更高的转矩。
作为一种变型，夹爪的内表面可以涂覆直接与致动螺栓的夹紧螺母接触的磨料，从而通过摩擦驱动夹爪旋转。
作为另一种变型，封装在夹紧螺母内并通过弹簧强制与夹爪的内部接触的滚珠(或者反之，封装在夹爪内并通过也封装在夹爪内的弹簧强制与具有槽的夹紧螺母接触的滚珠)可由对称布置在夹紧螺母的外周上并与在夹爪上机械加工成的槽啮合的齿替换，从而在凸缘的夹紧转矩相当低时驱动该夹爪旋转，并由此再现转矩限制器的原理。这些齿和槽有利地是由具有较高耐磨性的材料制成。
最后，根据所述机构的结构，致动螺栓在由夹爪形成的螺母上的固有摩擦可以足够大以驱动夹爪旋转。
根据本发明的联轴器的液压功能优选与用于在上述法国专利申请No.2 834 327中描述的联轴器的液压功能相同：根据串联结构(低压力和高流量)提供每个组件的液压马达，使得夹爪不在互补装置上施加任何夹紧力，并且在夹爪施加夹紧力时根据并联结构(高压力和低流量)提供每个组件的液压马达，以在每个组件之间平均分配所述力，并适用于夹紧凸缘任何表面均匀度的缺乏。
在本申请中描述的对每个夹紧组件提供液压马达的本发明的范围内所讨论的液压单元包括装有复位弹簧的滑阀和设置在所述阀的上游的压力限制器。这种液压单元一直被设计成提供所需的流动和油压，并且可以实现根据以上所述的串联/并联原理的操作。
当然，在本发明的范围内还可以采用几个上述类型的夹紧组件。
将会认识到，根据本发明的闭合系统在使用中可以有较大的灵活性，因为夹爪的旋转在非常短的时限内实现，这在装载臂接近的过程中对操作者产生了良好的响应。
此外，这种特别有利的新系统的响应便于紧急释放操作，在用于所述臂的其它产品中不具有紧急释放系统(ERS)。
实际上，在打开时，夹爪产生旋转在实践中仅在一到两秒钟之后(优选实施方式中的推盘附着在夹爪内表面上的时限)，与不具有这种脱开速度的已知的闭合系统相比，可使连接臂完全自由。
还要指出，在夹爪上的硬点(hard spot)阻碍摩擦系统驱动夹爪旋转的情况下，夹紧螺母到达止动位置利用施加在所述调节心轴上的最大转矩促使夹爪向闭合位置(图2中的实线位置)强制旋转。
而且，螺栓/螺母系统使该过程在出现液压故障的情况下不可逆：其中起重器在缺少液压动力源时逐渐松掉，螺栓/螺母系统保持在闭合位置的位置上，维持几乎恒定的夹紧转矩。
最后要指出的是，可采用一个夹紧组件用于直径在较宽范围内的联轴器，因此适合于配合凸缘的范围从单个到两个的厚度变化，同时鉴于以上已经参照法国专利申请No.2 834 327提出的液压原理，所述夹紧组件会保持同样的夹紧力。
当然，本发明并不局限于所述和所提出的实施方式的类型，而是包含实施方式的任何变型。

Claims (13)

1.一种联轴器，该类型的联轴器包括至少一个夹爪(11)，所述夹爪(11)能够被安装在第一构件(2)上以通过将第二构件(3)夹紧在第一构件(2)上而将第一构件(2)连接在第二构件(3)上，第二构件(3)的夹紧或释放由沿轴线(34)的平移运动引起，同时所述第二构件的脱开或咬合由夹爪(11)绕同一轴线(34)的旋转运动引起，所述夹爪包括具有螺纹部分(19)的孔(18)，所述螺纹部分(19)形成了使限定所述轴线(34)的致动螺栓(12)在其中接合的螺母(13)，所述致动螺栓(12)能驱动夹爪(11)沿所述轴线平移，其特征在于，转矩限制装置(25，28)能够利用夹爪(11)的孔(18)接合致动螺栓(12)和夹爪(11)，从而将致动螺栓(12)的旋转运动直接传递到夹爪(11)，并因此驱动夹爪(11)绕所述轴线(34)旋转。
2.如权利要求1所述的联轴器，其特征在于，所述转矩限制装置包括至少一个弹簧(26)，所述弹簧由在其每个纵向末端的推盘(27)封盖。
3.如权利要求1所述的联轴器，其特征在于，所述转矩限制装置具有磨料涂层的形式，所述磨料涂层覆盖所述孔与在致动螺栓上接合的夹紧螺母或螺栓本身的一部分接触的内表面，反之亦然。
4.如权利要求1所述的联轴器，其特征在于，所述转矩限制装置具有由具有高摩擦性能的材料特别是橡胶制成的构件的形式，所述构件置于致动螺栓或接合在致动螺栓上的夹紧螺母和夹爪的孔的内表面之间。
5.如权利要求1所述的联轴器，其特征在于，所述转矩限制装置包括对称布置在与致动螺栓接合的夹紧螺母或螺栓本身的外周上并与在夹爪的孔上机械加工出的槽啮合的齿，反之亦然。
6.如权利要求1所述的联轴器，其特征在于，所述转矩限制装置具有封装在与致动螺栓接合的夹紧螺母或螺栓本身内、并通过至少一个弹簧与夹爪的孔-优选是带槽的孔的内表面强制接触的滚珠的形式，反之亦然。
7.如权利要求1所述的联轴器，其特征在于，所述转矩限制装置由致动螺栓和形成夹爪孔的螺母的部分上的螺纹之间的固有摩擦形成。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的联轴器，其特征在于，滚子轴承特别是滚针轴承安装在致动螺栓上并构成了对夹爪平移运动的末端的止挡部。
9.如权利要求1-8中任意一项所述的联轴器，其特征在于，所述夹爪通过适于固定在第一构件上的构架引导进行平移。
10.如权利要求1-9中任意一项所述的联轴器，其特征在于，所述致动螺栓由马达-优选是液压马达特别采用齿轮啮合进行驱动。
11.如权利要求1-10中任意一项所述的联轴器，其特征在于，所述马达是对致动螺栓特定的马达。
12.如权利要求1-11中任意一项所述的联轴器，其特征在于，所述夹爪总体具有L形，螺纹孔被设置在所述L形较长的支路上。
13.一种特别是用于流体产品的装载臂，包括如权利要求1-12中任意一项所述的联轴器。
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