本發(fā)明專利技術(shù)是一種提高海上自升式海洋平臺(tái)齒輪齒條升降裝置承載能力的方法及措施。其主要方法及措施如下：根據(jù)升降裝置齒條單側(cè)主動(dòng)小齒輪數(shù)目n，合理布置相鄰主動(dòng)小齒輪與齒條嚙合相位差為360/7n(n是奇數(shù)或偶數(shù)時(shí))或25.71°(即360/14，僅n是偶數(shù)時(shí))，同時(shí)在齒條接觸邊緣進(jìn)行倒直角或倒圓角。其中升降裝置中主動(dòng)小齒輪采用大模數(shù)、高變位的齒形。通過采取本發(fā)明專利技術(shù)所述方法及措施，可以在較大程度上降低齒輪齒條單齒嚙合時(shí)最大應(yīng)力，消除齒條接觸表面應(yīng)力集中問題，從而改善升降裝置齒輪齒條的受力狀態(tài)，大大延長(zhǎng)其使用壽命。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及的是一種提高自升式海洋平臺(tái)齒輪齒條升降裝置承載能力的方法及措施，屬于海洋工程領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
自升式平臺(tái)，指用于海上油氣開發(fā)或者服務(wù)海上油氣開發(fā)的裝備，其具有定位能力強(qiáng)、移動(dòng)作業(yè)穩(wěn)定性好、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，已成為大陸架石油勘探開發(fā)的主力軍。主船體與樁腿之間存在上升或下降的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是其最大特點(diǎn)。目前，自升式平臺(tái)升降方式主要有兩種一，液壓油缸頂升方式，通過主、輔液壓缸的相互配合，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)升降。然而由于無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)升降，存在升降加速度波動(dòng)較大，升降平穩(wěn)性較差，升降速度慢，效率低等缺點(diǎn)；二，齒輪齒條嚙合式，通過幾組主齒輪與樁腿上的齒條嚙合，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的升降，具有升降速度快，操作簡(jiǎn)單，易于井位等優(yōu)點(diǎn)。樁腿及升降裝置是自升式平臺(tái)的關(guān)鍵部件，其性能優(yōu)劣直接影響平臺(tái)的安全和使用效果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自升式平臺(tái)的事故有一半以上發(fā)生在拖航和升降作業(yè)的情況下。齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作為升降系統(tǒng)的重要組成部分，其重要性不言而喻。傳統(tǒng)齒輪齒條升降機(jī)構(gòu)中不同主動(dòng)小齒輪之間相位角相同，在不同嚙合狀態(tài)下，主動(dòng)小齒輪與齒條接觸表面應(yīng)力及小齒輪彎曲應(yīng)力變化較大，在交變應(yīng)力的作用下，容易導(dǎo)致齒輪齒條產(chǎn)生疲勞破壞；且為防止齒輪齒條嚙合時(shí)滑脫，一般要求齒輪的齒寬大于齒條的齒寬，齒條不宜通過加寬的方式減小接觸表面應(yīng)力大小，同時(shí)最大接觸應(yīng)力發(fā)生在齒條接觸部位的兩端，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種提高自升式平臺(tái)齒輪齒條升降裝置承載能力的方法及措施。本專利技術(shù)是通過以下采取以下防范及措施實(shí)現(xiàn)的1、齒條相同一側(cè)相鄰主動(dòng)小齒輪之間的存在相位差，但齒條兩側(cè)之間的主動(dòng)小齒輪相位相同；2、主動(dòng)小齒輪的數(shù)目可以是3個(gè)或者4個(gè)或者更多，具體數(shù)目需根據(jù)平臺(tái)所要求的舉升能力和平臺(tái)總體要求確定；3、齒條相同一側(cè)小齒輪數(shù)目確定后，齒條相同一側(cè)的相鄰主動(dòng)小齒輪之間相位差與小齒輪數(shù)目n有關(guān)。主動(dòng)小齒輪數(shù)目n是奇數(shù)時(shí),相鄰主動(dòng)小齒輪之間相位差是360/7n ；主動(dòng)小齒輪數(shù)目n是偶數(shù)時(shí)，相鄰主動(dòng)小齒輪之間相位差是360/7n或是25. 71。。4、主動(dòng)小齒輪模數(shù)在80 100之間，壓力角在25° 30°之間，變位系數(shù)在0.4 0.5之間；5、在升降樁腿的齒條邊緣采取有倒角的形式，倒角可以是直倒角或是圓倒角，在一個(gè)較佳實(shí)施例中，直倒角2mmX2mm布置，圓倒角半徑推薦值為2mm 4mm之間。 本專利技術(shù)積極有益效果本專利技術(shù)通過合理布置齒條同一側(cè)相鄰主動(dòng)小齒輪之間相位差異，使得同一側(cè)所有主動(dòng)小齒輪在不同嚙合狀態(tài)下其總嚙合端面的重合度變化差異最小，從而確保齒輪與齒條在任何嚙合時(shí)刻平均接觸面積幾乎保持不變，且平均接觸面積大于均是單齒嚙合情況，小于均是雙齒嚙合時(shí)情況。上述做法可以確保齒輪齒條在正常上升或下降的過程中，其最大接觸應(yīng)力明顯降低。同時(shí)本專利技術(shù)中樁腿兩側(cè)與齒條嚙合的主動(dòng)小齒輪相位角保持相同，從而抵消主動(dòng)小齒輪產(chǎn)生水平徑向力。在一較佳實(shí)施例中，在單樁腿采用4套主動(dòng)小齒輪組的情況下，通過合理布置相鄰主動(dòng)小齒輪的相位角差為25. 71。的情況下，使得齒輪齒條最大接觸應(yīng)力明顯下降，且不同嚙合時(shí)刻，其最大接觸應(yīng)力值變化幅度明顯降低。同時(shí)導(dǎo)致齒輪齒根彎曲交變應(yīng)力變化幅度明顯減小。在齒條兩側(cè)邊緣采取適當(dāng)?shù)菇谴胧档土她X條兩側(cè)邊緣應(yīng)力集中現(xiàn)象，明顯降低齒輪齒條最大接觸應(yīng)力。在一較佳實(shí)施例中，平均單個(gè)小齒輪承受載荷為200噸的情況下，通過在齒條兩側(cè)邊緣采取倒圓角半徑為2_的措施，可使其最大接觸應(yīng)力下降程度達(dá)17%。附圖說明圖1為升降機(jī)構(gòu)由三套主動(dòng)小齒輪組組成時(shí)的一實(shí)施例示意圖。圖2為升降機(jī)構(gòu)由四套主動(dòng)小齒輪組組成時(shí)的一實(shí)施例示意圖。圖3為升降機(jī)構(gòu)由四套主動(dòng)小齒輪組組成時(shí)的又一實(shí)施例示意圖。圖4為升降機(jī)構(gòu)的齒條邊緣倒角的一實(shí)施例示意圖。圖5為升降系統(tǒng)主動(dòng)小齒輪相位差為0度時(shí)齒輪齒條接觸總力曲線圖。圖6為圖1所示升降系統(tǒng)齒輪配置方案時(shí)1、2、3號(hào)小齒輪與齒條接觸總力曲線圖。圖7為圖2所示升降系統(tǒng)齒輪配置方案時(shí)la、2a、3a及4a號(hào)小齒輪與齒條接觸總力曲線圖。圖8為圖3所示升降系統(tǒng)齒輪配置方案時(shí)Ib及2b號(hào)小齒輪與齒條接觸總力曲線圖。圖中，三套主動(dòng)小齒輪組情況下1、1號(hào)小齒輪；2、2號(hào)小齒輪；3、3號(hào)小齒輪；4、4號(hào)小齒輪；5、5號(hào)小齒輪；6、6號(hào)小齒輪。四套主動(dòng)小齒輪情況下la、l號(hào)小齒輪；lb、l號(hào)小齒輪；2a、2號(hào)小齒輪；2b、2號(hào)小齒輪；3a、3號(hào)小齒輪；3b、3號(hào)小齒輪；4a、4號(hào)小齒輪；4b、4號(hào)小齒輪；5a、5號(hào)小齒輪；5b、5號(hào)小齒輪；6a、6號(hào)小齒輪；6b、6號(hào)小齒輪；7a、7號(hào)小齒輪；7b,7號(hào)小齒輪；8a、8號(hào)小齒輪；8b、8號(hào)小齒輪；9、齒條；10、倒角。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步說明。參照?qǐng)D1為升降機(jī)構(gòu)由三套主動(dòng)小齒輪組組成的一實(shí)施例示意圖。因升降機(jī)構(gòu)齒條單側(cè)主動(dòng)小齒輪數(shù)目為奇數(shù)，相鄰主動(dòng)小齒輪之間相差相位差為360/(7X3)=17. 14°，即主動(dòng)小齒輪I與主動(dòng)小齒輪2之間、主動(dòng)小齒輪2與主動(dòng)小齒輪3之間、主動(dòng)小齒輪4與主動(dòng)小齒輪5之間、主動(dòng)小齒輪5與主動(dòng)小齒輪6之間均相差相位角約17. 14°。而齒條異側(cè)相同位置的主動(dòng)小齒輪之間保持相位角相同，從而使兩個(gè)主動(dòng)小齒輪產(chǎn)生的兩個(gè)大小相等、方向相反的水平徑向力相互抵消。I與2，2與3之間存在相等的相位差，使得3套主動(dòng)小齒輪每旋轉(zhuǎn)約51. 43° (即360/7° )時(shí)，其單個(gè)主動(dòng)小齒輪接觸總力變化一個(gè)周期。同一側(cè)三個(gè)主動(dòng)小齒輪在不同嚙合狀態(tài)下其總嚙合端面的重合度變化差異最小，使得齒輪與齒條在任何嚙合時(shí)刻平均接觸面積幾乎保持不變，其平均接觸面積大于均是單齒嚙合時(shí)的接觸面積，小于均是雙齒嚙合時(shí)的接觸面積，最終實(shí)現(xiàn)齒輪齒條在正常上升或下降的過程中，其最大接觸應(yīng)力在幅值上明顯降低，且接觸應(yīng)力變化幅度明顯減小。為更加詳細(xì)說明實(shí)施例圖1中所述情況，結(jié)合參照?qǐng)D5與參照?qǐng)D6予以詳細(xì)說明。圖5所示為傳統(tǒng)齒輪齒條升降配置方案時(shí)小齒輪齒條接觸總力變化曲線。在升降過程中，小齒輪與齒條接觸總力始終保持在2000KN左右，即小齒輪與齒條單齒嚙合時(shí)，齒輪齒條接觸總力為2000KN。參照?qǐng)D6所示為實(shí)施例圖1時(shí)，小齒輪與齒條接觸總力變化曲線。由圖6可知，其接觸總力是周期交替變化的即在單齒嚙合區(qū)，小齒輪與齒條接觸總力下降到1500KN左右，明顯降低小齒輪與齒條此時(shí)接觸載荷；雙齒嚙合區(qū)其接觸總力為2500KN左右,但此刻載荷共有兩對(duì)齒分別承擔(dān)，因此小齒輪承載能力具有較大提高。參照?qǐng)D2為升降機(jī)構(gòu)由四套主動(dòng)小齒輪組組成時(shí)的一實(shí)施例示意圖。參照?qǐng)D3所示為升降機(jī)構(gòu)同樣為四套主動(dòng)小齒輪組組成時(shí)的又一較佳例實(shí)施示意圖。因齒條同側(cè)主動(dòng)小齒輪齒數(shù)為偶數(shù)，故相鄰主動(dòng)小齒輪之間相位差有兩種布置形式，即相位差分別為是360/7n°或是25. 71°。其中參照?qǐng)D7與參照?qǐng)D8所示分別為參照?qǐng)D2與參照?qǐng)D3齒輪齒條升降系統(tǒng)配置方案時(shí)，小齒輪與齒條接觸總力變化曲線。其原理與參照?qǐng)D6中所述原理相同。在相位差確定的情況下，主動(dòng)小齒輪可以變換上下排列順序與結(jié)果無影響。尤其在參照?qǐng)D3所示情況下，2b與4b兩套主動(dòng)小齒輪可以變換順序，對(duì)應(yīng)力分布情況無任何影響。參照?qǐng)D4為升降機(jī)構(gòu)的齒條兩側(cè)邊緣倒角的一實(shí)施例示意圖。在齒條9兩側(cè)邊緣采取倒直角或倒圓角10的措施，可以明本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種提高自升式平臺(tái)齒輪齒條升降裝置承載能力的方法及措施，其特征在于：所述齒輪齒條升降系統(tǒng)中在齒條相同一側(cè)相鄰主動(dòng)小齒輪之間的存在相位角度差，齒條兩側(cè)之間的主動(dòng)小齒輪相位是相同的，其中主動(dòng)小齒輪的數(shù)目可以是3個(gè)或者4個(gè)或者更多，需根據(jù)平臺(tái)所要求的舉升能力和平臺(tái)總體要求確定。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊憲，陳國(guó)明，王運(yùn)安，尹樹孟，徐長(zhǎng)航，呂濤，苑思敏，李洪濤，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：山東科瑞石油裝備有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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