專利名稱：磁力非接觸式驅(qū)動的管道夾緊裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種水下作業(yè)設(shè)備，具體地說是水下管道設(shè)備。
背景技術(shù)：
近幾十年來，隨著能源需求的不斷增長，海上石油工業(yè)得到了迅猛的發(fā)展。深海油氣的開采同時也帶動了相關(guān)的深水管道作業(yè)設(shè)備，比如水下管道切割、打磨、鉆孔、焊接、檢測等維修機具。在淺水中，這些設(shè)備通常采用鏈?zhǔn)綂A緊的方式固定在管道中，需要由潛水員下水完成作業(yè)，施工操作復(fù)雜。而在深水中，由于潛水員不能到達作業(yè)區(qū)域，需要遙操作水下機器人(ROV)來完成設(shè)備與管道的固定作業(yè)，這就需要所對應(yīng)的夾緊裝置操作簡單可靠，可由船上人員遙控操作機械手手爪的旋轉(zhuǎn)動作實現(xiàn)裝置與管道的夾緊作業(yè)。對于深水中電機傳動的夾緊裝置，它的關(guān)鍵問題有兩點，一是如何解決電機輸出軸動密封適應(yīng)水深150(Tl5000m (15^150MPa)的問題；二是采用何種夾緊方式適合電機輸出軸的旋轉(zhuǎn)運動 轉(zhuǎn)換成對稱往復(fù)夾緊運動。對于第一個問題涉及的是水下設(shè)備輸出軸動密封的技術(shù)，其主要有四種方式，即0形圈密封、O形圈與聚四氟乙烯滑環(huán)的組合密封、機械密封、磁流體密封，具體特點分別為①一般橡膠O形圈密封壓力不能超過I. 5MPa，同時，旋轉(zhuǎn)的線速度在3. 5m / s以內(nèi)為宜；②組合密封的密封壓力為(T70MPa，可用于7000米以內(nèi)的水深，旋轉(zhuǎn)的線速度6m/s以內(nèi)；③磁流體密封，單級密封能力最大可為120kPa 180kPa，整個密封能力很難超越I. 5MPa，即水深150米；④機械密封，壓力可以達到45MPa，溫度為200°C 450°C，旋轉(zhuǎn)線速度高達150m / s，同樣，可用于水深不超過4500m。隨著水深的增加，電機動密封承受的壓力越來越大，當(dāng)水深超過4500米時，這四種形式的動密封均達不到密封要求，因而，進行水下電機動密封的設(shè)計需要特殊考慮壓力變化對密封狀況的影響。對于第二個問題涉及的是管道夾緊技術(shù)，現(xiàn)常用有連桿機構(gòu)、鏈?zhǔn)綑C構(gòu)、絲杠螺母導(dǎo)軌機構(gòu)，其中，對于水下的管道夾緊作業(yè)一般采用液壓驅(qū)動，需要提供液壓動力源及聯(lián)接油泵的輸油、回油管，特點是設(shè)備多，油管負(fù)載大，相應(yīng)增大ROV的拖動負(fù)載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供適用于水深150(Tl5000米范圍內(nèi)的磁力非接觸式驅(qū)動的
管道夾緊裝置。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明磁力非接觸式驅(qū)動的管道夾緊裝置，其特征是包括驅(qū)動機構(gòu)、主體支撐機構(gòu)、平面連桿機構(gòu)、絲杠，主體支撐機構(gòu)包括由支架上底板、支架后支撐板和支架前支撐板固連組成的機構(gòu)，平面連桿機構(gòu)包括夾緊臂、連桿、夾緊弧板和傳動螺母，加緊弧板、夾緊臂、連桿依次相連且相互之間可旋轉(zhuǎn)，傳動螺母連接連桿和絲杠，絲杠通過左側(cè)的絲杠左支承座、中部的絲杠中部支承座、右側(cè)的絲杠右支承座連接支架上底板，絲杠的兩端分別連接一個驅(qū)動機構(gòu)。本發(fā)明還可以包括
I、所述的驅(qū)動機構(gòu)包括驅(qū)動電機、磁耦合外轉(zhuǎn)子、磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子、隔離套、電機密封套筒、套筒端蓋，隔離套、電機密封套筒、套筒端蓋依次相連組成密封結(jié)構(gòu)，驅(qū)動電機和磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子安裝在密封結(jié)構(gòu)里，驅(qū)動電機連接并驅(qū)動磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子，磁耦合外轉(zhuǎn)子位于在隔離套外部且與磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子相對應(yīng)設(shè)置，磁耦合外轉(zhuǎn)子連接絲杠。2、所述的平面連桿機構(gòu)有四個、組成兩組，兩組平面連桿機構(gòu)分別位于主體支撐機構(gòu)的前后兩側(cè)，每組中的兩個平面連桿機構(gòu)對應(yīng)設(shè)置，每組中的兩個平面連桿機構(gòu)的兩個傳動螺母螺紋旋向相反。3、還包括絲杠中部襯套，絲杠 中部襯套套在絲杠中心位置從而實現(xiàn)絲杠與絲杠中部支承座之間的相對轉(zhuǎn)動。4、絲杠的兩端分別設(shè)置絲杠限位螺母從而對絲杠進行軸向限位。本發(fā)明的優(yōu)勢在于本發(fā)明可只要求ROV將其攜帶到指定管道上，管道的夾緊定位動作可以完全由水上人員遙控完成?？蛇m用水深150(Γ15000米范圍。


圖I為本發(fā)明的主視圖；圖2為本發(fā)明的左視圖；圖3為本發(fā)明的俯視圖；圖4為A-A向局部視圖；圖5為B —B向局部視圖；圖6為驅(qū)動機構(gòu)主視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖I 6，它主要包括左右兩驅(qū)動機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)安裝支座、支架、絲杠、絲杠支承座、絲杠限位螺母、傳動螺母、夾緊臂、夾緊臂銷軸、連桿、連桿銷軸、夾緊弧板、夾緊弧板銷軸、管道等部件。驅(qū)動機構(gòu)主要包括驅(qū)動電機、磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子、磁耦合外轉(zhuǎn)子、電機傳動平鍵、外轉(zhuǎn)子傳動平鍵、隔離套、電機密封套筒、O型圈、套筒端蓋、水密電纜插座等部件組成。其特征是首先，將磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子連接到驅(qū)動電機的輸出軸上后，通過隔離套、O型圈、電機密封套筒和套筒端蓋將其密封，實現(xiàn)與外界海水隔離，將電機輸出軸的動密封轉(zhuǎn)變?yōu)榇篷詈蟽?nèi)轉(zhuǎn)子與驅(qū)動電機之間的靜密封，靜密封的密封效果明顯好于現(xiàn)動密封的效果，它能夠適應(yīng)任何水深的密封。其次，驅(qū)動電機輸出軸帶動內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，內(nèi)轉(zhuǎn)子磁場的變化通過磁場耦合帶動外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，內(nèi)轉(zhuǎn)子與外轉(zhuǎn)子之間通過隔離套相互隔離，外轉(zhuǎn)子浸入水中，內(nèi)轉(zhuǎn)子被隔離套密封不與水接觸，因而是非接觸的。最后，絲杠兩端的驅(qū)動機構(gòu)中外轉(zhuǎn)子帶動絲杠同步旋轉(zhuǎn)，由于絲杠被兩端的絲杠限位螺母軸向限位，傳動螺母將實現(xiàn)軸向運動，由于絲杠兩端螺紋旋向相反，當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)動時，兩端傳動螺母相對絲杠中點將作同時靠攏或者遠離的軸向運動。通過傳動螺母、連桿、夾緊臂和夾緊弧板組成的平面連桿機構(gòu)，最終實現(xiàn)夾緊弧板對管道的夾緊以及松開動作。本發(fā)明裝置中使用到雙驅(qū)動機構(gòu)同步驅(qū)動不但增加了管道的夾緊力，同時也使絲杠螺母機構(gòu)傳動平穩(wěn)可靠。
用于深水的磁力非接觸式驅(qū)動的管道夾緊裝置由驅(qū)動機構(gòu)I、支架上底板2、驅(qū)動機構(gòu)安裝支座3、驅(qū)動機構(gòu)支座安裝螺栓4、夾緊臂5、絲杠左支承座6、連桿7、支架后支撐板8、絲杠中部支承座9、絲杠中部支承座安裝螺栓10、絲杠11、絲杠端部支承座安裝螺栓12、絲杠右支承座13、夾緊臂銷軸用圓螺母14、夾緊臂銷軸用止動墊片15、支架前支撐板16、管道17、夾緊弧板銷軸用圓螺母18、夾緊弧板銷軸用止動墊片19、夾緊弧板20、支架加強筋21、夾緊臂銷軸支撐軸套22、夾緊臂銷軸23、夾緊臂銷軸支撐軸套加強筋24、夾緊臂銷軸限位軸套25、夾緊弧板銷軸26、絲杠限位螺母27、開口銷28、傳動螺母29、絲杠中部襯套30、連桿銷軸用擋圈31、連桿銷軸32、傳動螺母襯套33、連桿限位螺釘34等部件組成。其中驅(qū)動機構(gòu)I由外轉(zhuǎn)子緊定螺釘101、外轉(zhuǎn)子傳動平鍵102、磁耦合外轉(zhuǎn)子103、隔離套104、磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子105、電機傳動平鍵106、電機密封套筒107、傳動機構(gòu)固定螺栓108、隔離套O型圈109、隔離套固定螺釘110、內(nèi)轉(zhuǎn)子緊定螺釘111、電機固定螺釘112、驅(qū)動電機113、端蓋O型圈114、套筒端蓋115、端蓋固定螺釘116、水密電纜插座117等部件組成。支架上底板2、支架后支撐板8和支架前支撐板16通過焊接聯(lián)接，構(gòu)成管道夾緊裝置的主體支撐機構(gòu)，支架后支撐板8和支架前支撐板16上的V型結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)與管道17的自定位作用，支架加強筋21主要用于提高支架的結(jié)構(gòu)強度。絲杠11主要由絲杠左支承座 6、絲杠中部支承座9和絲杠右支承座13實現(xiàn)三點支撐，絲杠左支承座6和絲杠右支承座13通過絲杠端部支承座安裝螺栓12固定在支架上底板2上，絲杠中部支承座9通過絲杠中部支承座安裝螺栓10固定在支架上底板2上。絲杠中部襯套30套在絲杠中心位置，實現(xiàn)絲杠11與絲杠中部支承座9之間的相對轉(zhuǎn)動。兩端的絲杠限位螺母27和開口銷28將絲杠軸向固定。夾緊臂5、連桿7、夾緊弧板20和傳動螺母29分別有四件，一共組成四個平面連桿機構(gòu)，兩個為一組，通過夾緊臂銷軸23、夾緊弧板銷軸26和連桿銷軸32聯(lián)接，最終形成管道兩側(cè)的兩個夾緊臂。連桿7 —端通過連桿限位螺釘34鉸接在傳動螺母29的端面上，傳動螺母襯套33實現(xiàn)傳動螺母29端面凸臺與連桿7孔之間的相對轉(zhuǎn)動，連桿7另一端通過連桿銷軸32與夾緊臂5實現(xiàn)鉸接，兩端的連桿銷軸用擋圈31防止連桿銷軸32軸向竄動。夾緊臂5的另一端通過夾夾緊弧板銷軸26與夾緊弧板20實現(xiàn)鉸接，夾緊弧板銷軸用圓螺母18和夾緊弧板銷軸用止動墊片19用于防止夾緊弧板銷軸26的軸向竄動。每一個平面連桿機構(gòu)通過夾緊臂銷軸23固定在支架后支撐板8和支架前支撐板16上，形成一個固定支點，夾緊臂銷軸支撐軸套加強筋24和夾緊臂銷軸支撐軸套22主要提高夾緊臂銷軸23的支撐剛度，夾緊臂銷軸限位軸套25保證整個每一組連桿機構(gòu)軸向不能竄動，夾緊臂銷軸用圓螺母14和夾緊臂銷軸用止動墊片15將夾緊臂銷軸23用于防止夾緊臂銷軸23的軸向竄動。兩個驅(qū)動機構(gòu)I安裝支座3通過驅(qū)動機構(gòu)支座安裝螺栓4固定在支架上底板2上。驅(qū)動機構(gòu)I通過4個驅(qū)動機構(gòu)固定螺栓108安裝在安裝支座3上。驅(qū)動機構(gòu)I中，磁耦合外轉(zhuǎn)子103通過外轉(zhuǎn)子傳動平鍵102將扭矩傳遞給絲杠11，外轉(zhuǎn)子緊定螺釘101防止磁耦合外轉(zhuǎn)子103軸向竄動。隔離套104、電機密封套筒107和套筒端蓋115組成密封空間，其中，隔離套104與電機密封套筒107之間通過隔離套O型圈109實現(xiàn)端面密封，由8個隔離套固定螺釘110壓緊，電機密封套筒107和套筒端蓋115之間通過端蓋O型圈114實現(xiàn)端面密封，由6個端蓋固定螺釘116壓緊，水密電纜插座117固定在套筒端蓋115上，實現(xiàn)驅(qū)動電機113控制端口與外部通訊端口的連接。驅(qū)動電機113通過4個電機固定螺釘112固定在電機密封套筒107的端面上，通過電機傳動平鍵106將扭矩傳遞給磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子105，內(nèi)轉(zhuǎn)子緊定螺釘111防止磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子105軸向竄動。工作原理用于深水的磁力非接觸式驅(qū)動的管道夾緊裝置轉(zhuǎn)動工作過程分為電機、磁耦合轉(zhuǎn)子、絲杠三個順序轉(zhuǎn)動，絲杠轉(zhuǎn)動帶動兩端傳動螺母軸向運動，通過平面連桿機構(gòu)帶動夾緊臂運動，最終實現(xiàn)裝置在管道上的夾緊或者松開動作的完成，具體如下I)電機轉(zhuǎn)動電信號通過水密電纜插座117輸送到驅(qū)動電機113上控制電機輸出軸轉(zhuǎn)動，。驅(qū)動電機113通過4個電機固定螺釘112固定在電機密封套筒107的端面上，通過電機傳動平鍵106將扭矩傳遞給磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子105，隔離套104、電機密封套筒107和套筒端蓋115組成密封空間，將電機軸的動密封轉(zhuǎn)化為靜密封，從而很好的保證了密封性能。2)磁I禹合轉(zhuǎn)子傳動驅(qū)動電機113輸出軸轉(zhuǎn)動帶動磁I禹合內(nèi)轉(zhuǎn)子105中磁瓦轉(zhuǎn)動，使得磁場方向改變，外部的磁耦合外轉(zhuǎn)子103中磁瓦將受到這個磁力線的變化，通過磁場率禹合將隨著磁I禹合內(nèi)轉(zhuǎn)子105產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動,磁I禹合內(nèi)轉(zhuǎn)子105與磁I禹合外轉(zhuǎn)子103由隔離套104隔離開，處于非接觸狀態(tài)，因此，稱為磁力非接觸驅(qū)動的轉(zhuǎn)動?！?br> 3)絲杠螺母傳動磁耦合外轉(zhuǎn)子103通過外轉(zhuǎn)子傳動平鍵102將扭矩傳遞給絲杠11，由于絲杠11兩端螺紋旋向相反，兩端的絲杠限位螺母27和開口銷28使絲杠軸向限位，在兩端的磁耦合外轉(zhuǎn)子103驅(qū)動下，最終使絲杠11統(tǒng)一向同一個方向做旋轉(zhuǎn)運動，既增大了磁耦合傳動力矩，同時也使整個傳動過程更平穩(wěn)。兩端的傳動螺母29在絲杠11轉(zhuǎn)動時，由于兩端螺紋旋向不同，將同時做朝向或者遠離絲杠11中心的直線運動。4)管道夾緊或者松開動作夾緊臂5、連桿7、夾緊弧板20和傳動螺母29分別有四件，一共組成四個平面連桿機構(gòu)，兩個為一組，通過夾緊臂銷軸23、夾緊弧板銷軸26和連桿銷軸32鉸接，最終形成管道兩側(cè)的兩個夾緊臂。當(dāng)兩端的傳動螺母29同時遠離絲杠11中心軸向運動時，將帶動連桿7運動，連桿7通過連桿銷軸32帶動夾緊臂5運動，兩端的夾緊臂5已夾緊臂銷軸23為支點旋轉(zhuǎn)，下端將轉(zhuǎn)向管道17，通過夾緊弧板銷軸26帶動夾緊弧板20夾緊管道17。當(dāng)兩端的傳動螺母29同時朝向絲杠11中心軸向運動時，將帶動連桿7運動，連桿7通過連桿銷軸32帶動夾緊臂5運動，兩端的夾緊臂5已夾緊臂銷軸23為支點旋轉(zhuǎn)，下端將遠離管道17，通過夾緊弧板銷軸26帶動夾緊弧板20松開管道17。以上兩個過程以實現(xiàn)管道17的夾緊和松開動作。結(jié)合圖I 5，本裝置中，管道17的夾緊動作主要由雙電機驅(qū)動，對稱分布，既增大了夾緊力，又能保證傳動過程平穩(wěn)可靠。利用絲杠螺母機構(gòu)將驅(qū)動電機113的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為傳動螺母29的直線運動，又通過連桿機構(gòu)遠離，最終實現(xiàn)夾緊臂對管道17的夾緊和松開動作。結(jié)合圖6，驅(qū)動電機113通過4個電機固定螺釘112固定在電機密封套筒107的端面上，通過電機傳動平鍵106將扭矩傳遞給磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子105，隔離套104、電機密封套筒107和套筒端蓋115組成密封空間，將電機軸的動密封轉(zhuǎn)化為靜密封，從而很好的保證了密封性能。驅(qū)動電機113輸出軸轉(zhuǎn)動帶動磁f禹合內(nèi)轉(zhuǎn)子105中磁瓦轉(zhuǎn)動,使得磁場方向改變，外部的磁耦合外轉(zhuǎn)子103中磁瓦將受到這個磁力線的變化，通過磁場耦合將隨著磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子105產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子105與磁耦合外轉(zhuǎn)子103由隔離套104隔離開，處于非接觸狀態(tài)，因此，稱為磁耦合非接觸驅(qū)動的轉(zhuǎn)動。
權(quán)利要求
1.磁力非接觸式驅(qū)動的管道夾緊裝置，其特征是包括驅(qū)動機構(gòu)、主體支撐機構(gòu)、平面連桿機構(gòu)、絲杠，主體支撐機構(gòu)包括由支架上底板、支架后支撐板和支架前支撐板固連組成的機構(gòu)，平面連桿機構(gòu)包括夾緊臂、連桿、夾緊弧板和傳動螺母，加緊弧板、夾緊臂、連桿依次相連且相互之間可旋轉(zhuǎn)，傳動螺母連接連桿和絲杠，絲杠通過左側(cè)的絲杠左支承座、中部的絲杠中部支承座、右側(cè)的絲杠右支承座連接支架上底板，絲杠的兩端分別連接一個驅(qū)動機構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁力非接觸式驅(qū)動的管道夾緊裝置，其特征是所述的驅(qū)動機構(gòu)包括驅(qū)動電機、磁耦合外轉(zhuǎn)子、磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子、隔離套、電機密封套筒、套筒端蓋，隔離套、電機密封套筒、套筒端蓋依次相連組成密封結(jié)構(gòu)，驅(qū)動電機和磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子安裝在密封結(jié)構(gòu)里，驅(qū)動電機連接并驅(qū)動磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子，磁耦合外轉(zhuǎn)子位于在隔離套外部且與磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子相對應(yīng)設(shè)置，磁耦合外轉(zhuǎn)子連接絲杠。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的磁力非接觸式驅(qū)動的管道夾緊裝置，其特征是所述的平面連桿機構(gòu)有四個、組成兩組，兩組平面連桿機構(gòu)分別位于主體支撐機構(gòu)的前后兩側(cè)，每組中的兩個平面連桿機構(gòu)對應(yīng)設(shè)置，每組中的兩個平面連桿機構(gòu)的兩個傳動螺母螺紋旋向相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的磁力非接觸式驅(qū)動的管道夾緊裝置，其特征是還包括絲杠中部襯套，絲杠中部襯套套在絲杠中心位置從而實現(xiàn)絲杠與絲杠中部支承座之間的相對轉(zhuǎn)動。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁力非接觸式驅(qū)動的管道夾緊裝置，其特征是還包括絲杠中部襯套，絲杠中部襯套套在絲杠中心位置從而實現(xiàn)絲杠與絲杠中部支承座之間的相對轉(zhuǎn)動。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的磁力非接觸式驅(qū)動的管道夾緊裝置，其特征是絲杠的兩端分別設(shè)置絲杠限位螺母從而對絲杠進行軸向限位。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁力非接觸式驅(qū)動的管道夾緊裝置，其特征是絲杠的兩端分別設(shè)置絲杠限位螺母從而對絲杠進行軸向限位。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁力非接觸式驅(qū)動的管道夾緊裝置，其特征是絲杠的兩端分別設(shè)置絲杠限位螺母從而對絲杠進行軸向限位。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁力非接觸式驅(qū)動的管道夾緊裝置，其特征是絲杠的兩端分別設(shè)置絲杠限位螺母從而對絲杠進行軸向限位。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供磁力非接觸式驅(qū)動的管道夾緊裝置，包括驅(qū)動機構(gòu)、主體支撐機構(gòu)、平面連桿機構(gòu)、絲杠，主體支撐機構(gòu)包括由支架上底板、支架后支撐板和支架前支撐板固連組成的機構(gòu)，平面連桿機構(gòu)包括夾緊臂、連桿、夾緊弧板和傳動螺母，加緊弧板、夾緊臂、連桿依次相連且相互之間可旋轉(zhuǎn)，傳動螺母連接連桿和絲杠，絲杠通過左側(cè)的絲杠左支承座、中部的絲杠中部支承座、右側(cè)的絲杠右支承座連接支架上底板，絲杠的兩端分別連接一個驅(qū)動機構(gòu)。本發(fā)明可只要求ROV將其攜帶到指定管道上，管道的夾緊定位動作可以完全由水上人員遙控完成。可適用水深1500~15000米范圍。
文檔編號B23Q9/02GK102873581SQ20121036132
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者王茁, 張佰正, 張波, 張毅治, 劉風(fēng)坤, 李艷杰, 張真, 田忠鋒, 郭石宇 申請人:哈爾濱工程大學(xué)