專利名稱：一種提高自升式平臺齒輪齒條升降裝置承載能力的方法及措施的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種提高自升式海洋平臺齒輪齒條升降裝置承載能力的方法及措施，屬于海洋工程領域。
背景技術：
自升式平臺，指用于海上油氣開發(fā)或者服務海上油氣開發(fā)的裝備，其具有定位能力強、移動作業(yè)穩(wěn)定性好、造價低等優(yōu)點，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運動是其最大特點。目前，自升式平臺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，實現(xiàn)平臺升降。然而由于無法實現(xiàn)連續(xù)升降，存在升降加速度波動較大，升降平穩(wěn)性較差，升降速度慢，效率低等缺點；二，齒輪齒條嚙合式，通過幾組主齒輪與樁腿上的齒條嚙合，實現(xiàn)平臺的升降，具有升降速度快，操作簡單，易于井位等優(yōu)點。樁腿及升降裝置是自升式平臺的關鍵部件，其性能優(yōu)劣直接影響平臺的安全和使用效果。據(jù)統(tǒng)計，自升式平臺的事故有一半以上發(fā)生在拖航和升降作業(yè)的情況下。齒輪齒條傳動機構作為升降系統(tǒng)的重要組成部分，其重要性不言而喻。傳統(tǒng)齒輪齒條升降機構中不同主動小齒輪之間相位角相同，在不同嚙合狀態(tài)下，主動小齒輪與齒條接觸表面應力及小齒輪彎曲應力變化較大，在交變應力的作用下，容易導致齒輪齒條產(chǎn)生疲勞破壞；且為防止齒輪齒條嚙合時滑脫，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力大小，同時最大接觸應力發(fā)生在齒條接觸部位的兩端，容易產(chǎn)生應力集中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種提高自升式平臺齒輪齒條升降裝置承載能力的方法及措施。本發(fā)明是通過以下采取以下防范及措施實現(xiàn)的1、齒條相同一側相鄰主動小齒輪之間的存在相位差，但齒條兩側之間的主動小齒輪相位相同；2、主動小齒輪的數(shù)目可以是3個或者4個或者更多，具體數(shù)目需根據(jù)平臺所要求的舉升能力和平臺總體要求確定；3、齒條相同一側小齒輪數(shù)目確定后，齒條相同一側的相鄰主動小齒輪之間相位差與小齒輪數(shù)目n有關。主動小齒輪數(shù)目n是奇數(shù)時,相鄰主動小齒輪之間相位差是360/7n ；主動小齒輪數(shù)目n是偶數(shù)時，相鄰主動小齒輪之間相位差是360/7n或是25. 71。。4、主動小齒輪模數(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，在一個較佳實施例中，直倒角2mmX2mm布置，圓倒角半徑推薦值為2mm 4mm之間。
本發(fā)明積極有益效果本發(fā)明通過合理布置齒條同一側相鄰主動小齒輪之間相位差異，使得同一側所有主動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，其最大接觸應力明顯降低。同時本發(fā)明中樁腿兩側與齒條嚙合的主動小齒輪相位角保持相同，從而抵消主動小齒輪產(chǎn)生水平徑向力。在一較佳實施例中，在單樁腿采用4套主動小齒輪組的情況下，通過合理布置相鄰主動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力明顯下降，且不同嚙合時刻，其最大接觸應力值變化幅度明顯降低。同時導致齒輪齒根彎曲交變應力變化幅度明顯減小。在齒條兩側邊緣采取適當?shù)菇谴胧?，降低了齒條兩側邊緣應力集中現(xiàn)象，明顯降低齒輪齒條最大接觸應力。在一較佳實施例中，平均單個小齒輪承受載荷為200噸的情況下，通過在齒條兩側邊緣采取倒圓角半徑為2_的措施，可使其最大接觸應力下降程度達17%。


圖1為升降機構由三套主動小齒輪組組成時的一實施例示意圖。圖2為升降機構由四套主動小齒輪組組成時的一實施例示意圖。圖3為升降機構由四套主動小齒輪組組成時的又一實施例示意圖。圖4為升降機構的齒條邊緣倒角的一實施例示意圖。圖5為升降系統(tǒng)主動小齒輪相位差為0度時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1、2、3號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la、2a、3a及4a號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Ib及2b號小齒輪與齒條接觸總力曲線圖。圖中，三套主動小齒輪組情況下1、1號小齒輪；2、2號小齒輪；3、3號小齒輪；4、4號小齒輪；5、5號小齒輪；6、6號小齒輪。四套主動小齒輪情況下la、l號小齒輪；lb、l號小齒輪；2a、2號小齒輪；2b、2號小齒輪；3a、3號小齒輪；3b、3號小齒輪；4a、4號小齒輪；4b、4號小齒輪；5a、5號小齒輪；5b、5號小齒輪；6a、6號小齒輪；6b、6號小齒輪；7a、7號小齒輪；7b,7號小齒輪；8a、8號小齒輪；8b、8號小齒輪；9、齒條；10、倒角。
具體實施例方式以下結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。參照圖1為升降機構由三套主動小齒輪組組成的一實施例示意圖。因升降機構齒條單側主動小齒輪數(shù)目為奇數(shù)，相鄰主動小齒輪之間相差相位差為360/(7X3)=17. 14°，即主動小齒輪I與主動小齒輪2之間、主動小齒輪2與主動小齒輪3之間、主動小齒輪4與主動小齒輪5之間、主動小齒輪5與主動小齒輪6之間均相差相位角約17. 14°。而齒條異側相同位置的主動小齒輪之間保持相位角相同，從而使兩個主動小齒輪產(chǎn)生的兩個大小相等、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套主動小齒輪每旋轉約51. 43° (即360/7° )時，其單個主動小齒輪接觸總力變化一個周期。同一側三個主動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的接觸面積，小于均是雙齒嚙合時的接觸面積，最終實現(xiàn)齒輪齒條在正常上升或下降的過程中，其最大接觸應力在幅值上明顯降低，且接觸應力變化幅度明顯減小。為更加詳細說明實施例圖1中所述情況，結合參照圖5與參照圖6予以詳細說明。圖5所示為傳統(tǒng)齒輪齒條升降配置方案時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，齒輪齒條接觸總力為2000KN。參照圖6所示為實施例圖1時，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齒分別承擔，因此小齒輪承載能力具有較大提高。參照圖2為升降機構由四套主動小齒輪組組成時的一實施例示意圖。參照圖3所示為升降機構同樣為四套主動小齒輪組組成時的又一較佳例實施示意圖。因齒條同側主動小齒輪齒數(shù)為偶數(shù)，故相鄰主動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°。其中參照圖7與參照圖8所示分別為參照圖2與參照圖3齒輪齒條升降系統(tǒng)配置方案時，小齒輪與齒條接觸總力變化曲線。其原理與參照圖6中所述原理相同。在相位差確定的情況下，主動小齒輪可以變換上下排列順序與結果無影響。尤其在參照圖3所示情況下，2b與4b兩套主動小齒輪可以變換順序，對應力分布情況無任何影響。參照圖4為升降機構的齒條兩側邊緣倒角的一實施例示意圖。在齒條9兩側邊緣采取倒直角或倒圓角10的措施，可以明顯降低齒條兩側邊緣的應力集中現(xiàn)象。倒圓角半徑不宜采取過大倒圓角，避免減少齒條與小齒輪的接觸面積，在一較佳實施例中，半徑宜取為2mm 4mm之間。通常主動小齒輪與齒條嚙合接觸的過程中，其最大接觸應力發(fā)生在小齒輪與齒條單齒嚙合節(jié)圓附近，且齒條與小齒輪接觸區(qū)域的兩端存在應力集中現(xiàn)象，容易導致齒條接觸應力過大，從而產(chǎn)生點蝕或疲勞破壞。通過調節(jié)主動小齒輪與齒條接觸的相位差，使得齒條同側不同主動小齒輪發(fā)生單齒嚙合時刻不同，雙齒嚙合的小齒輪與齒條承擔更多的載荷，從而降低單齒嚙合的小齒輪與齒條的接觸載荷，從而實現(xiàn)齒輪齒條接觸應力明顯減小。同時采取倒圓角措施，較大程度地減輕齒條兩側的應力集中現(xiàn)象，明顯降低齒條最大接觸應力，可提高齒輪與齒條的承載能力，延長齒輪與齒條的工作壽命及可靠性。以上所述之實施例只為發(fā)明之較佳實施例，并非以此限制本發(fā)明的實施例范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種提高自升式平臺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)中在齒條相同一側相鄰主動小齒輪之間的存在相位角度差，齒條兩側之間的主動小齒輪相位是相同的，其中主動小齒輪的數(shù)目可以是3個或者4個或者更多，需根據(jù)平臺所要求的舉升能力和平臺總體要求確定。
2.一種提高自升式平臺齒輪齒條升·降裝置承載能力的方法及措施，如權利要求1所述，齒條相同一側的相鄰主動小齒輪之間相位差與齒輪數(shù)目n有關。主動小齒輪數(shù)目n是奇數(shù)時，相鄰主動小齒輪之間相位差是360/7n°主動小齒輪數(shù)目n是偶數(shù)時，相鄰主動小齒輪之間相位差是360/7n°或是25. 71°。
3.一種提高自升式平臺齒輪齒條升降裝置承載能力的方法及措施，如權利要求1所述，主動小齒輪模數(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。
4.一種提高自升式平臺齒輪齒條升降裝置承載能力的方法及措施，在升降樁腿的齒條邊緣有倒角，倒角形式可以是直倒角或是圓倒角。
5.一種提高自升式平臺齒輪齒條升降裝置承載能力的方法及措施，如權利要求4所述，所述圓倒角其倒角半徑在2mm 4mm之間。
全文摘要
本發(fā)明是一種提高海上自升式海洋平臺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)升降裝置齒條單側主動小齒輪數(shù)目n，合理布置相鄰主動小齒輪與齒條嚙合相位差為360/7n(n是奇數(shù)或偶數(shù)時)或25.71°(即360/14，僅n是偶數(shù)時)，同時在齒條接觸邊緣進行倒直角或倒圓角。其中升降裝置中主動小齒輪采用大模數(shù)、高變位的齒形。通過采取本發(fā)明所述方法及措施，可以在較大程度上降低齒輪齒條單齒嚙合時最大應力，消除齒條接觸表面應力集中問題，從而改善升降裝置齒輪齒條的受力狀態(tài)，大大延長其使用壽命。
文檔編號E02B17/08GK102996735SQ201110279889
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權日2011年9月15日
發(fā)明者楊憲, 陳國明, 王運安, 尹樹孟, 徐長航, 呂濤, 苑思敏, 李洪濤 申請人:山東科瑞石油裝備有限公司