一种用于桩腿升降式平台的锁紧装置的制作方法

1.本实用新型属于升降式海洋工程平台设备技术领域，具体涉及一种用于桩腿升降式平台的锁紧装置。


背景技术：

2.升降式平台是一种用于海上能源开采和勘察的移动式海洋工程平台，此平台可通过驳船牵引或自航到达预定地点工作。升降式平台的主要组成部分是工作平台、支撑平台的桩腿、控制工作平台升降的动力装置和工作平台定位后的锁紧装置。当调整好工作平台和桩腿的相对位置后，可启动锁紧装置将平台锁住，由锁紧装置实现平台的定位与支撑。
3.根据专利号为us005915882a的专利公开内容，现有的升降式平台锁紧装置一般包括主要功能部分有与桩腿齿条互卡而实现锁紧的锁紧齿块、用于推动或带动锁紧齿块与桩腿上齿条啮合或分离的平移元件、用于推动锁紧齿块上下移动的升降元件及锁紧时对锁紧齿块进行支撑的支撑元件。进行锁紧操作时，先启动升降元件，使锁紧齿块上的齿与桩腿齿条上的齿交错相对，即使锁紧齿块的齿顶与升降齿条的齿槽相对，然后启动平移元件，推动或带动锁紧齿块与桩腿齿条完全啮合在一起，最后使用支撑元件对锁紧齿块进行固定支撑，从而实现平台与桩腿之间的相对锁紧。
4.现有的锁紧装置一般不设单独的支撑元件，而是使用平移元件与升降元件直接充当支撑元件，在锁紧齿块移动到位后，直接使用平移元件与升降元件对锁紧齿块进行固定支撑。在锁紧状态下，锁紧齿块需几乎传递与承受平台与桩腿之间在竖直方向所有的相互作用力，这样的力，在一般情况下是非常巨大的。这就要求同时充当支撑元件的平移元件与升降元件也需要设计得大型化。现有的锁紧装置一般都采用自动化的方式进行操作，一般使用电动或液动的丝杆或油缸对平移元件与升降元件进行移动与支撑，这就会使得丝杆或油缸以及对它们进行驱动的电机或液压站也需要设计较为大型化，这些大型化的丝杆或油缸以及电机或液压站都会使得平台的设计变得更加复杂与庞大。
5.现有技术存在的问题如下：
6.1、锁紧装置的整体结构复杂，设备成本耗资巨大，
7.2、电机或液压站等驱动部件过大，占用大量平台面积
8.3、锁紧和承压均为同一部件，安全稳定性不高，
9.4、易损部件结构复杂，后期维护成本高。


技术实现要素：

10.本实用新型的目的在于：针对现有技术的升降式平台锁紧装置结构复杂，设计成本以及维护成本高的问题，提供一种用于桩腿升降式平台的锁紧装置。
11.本实用新型采用的技术方案如下：
12.一种用于桩腿升降式平台的锁紧装置，包括空腔、上楔形槽、上楔形块、锁紧齿块、下楔形块、下楔形槽、上定位杆、齿块定位杆以及下定位杆,所述上楔形槽固定在所述空腔
顶部,所述下楔形槽固定在所述空腔底部,所述上定位杆、所述齿块定位杆以及所述下定位杆依次安装在所述空腔内,所述上定位杆、所述齿块定位杆以及所述下定位杆的轴线两两平行,所述锁紧齿块通过所述齿块定位杆安装在所述空腔内。
13.作为优选,所述空腔为半开放结构,所述空腔包括顶部安装面、侧部限位面、后部限位面、底部安装面及外侧板，所述外侧板上设有螺纹孔 ，所述螺纹孔与所述上定位杆、齿块定位杆及下定位杆的位置及数量对应;
14.所述上楔形槽固定在所述空腔的顶部安装面上,所述下楔形槽固定在所述空腔的底部安装面上,所述上定位杆、齿块定位杆及下定位杆分别通过所述螺纹孔与上楔形块、锁紧齿块、下楔形块连接；
15.所述上楔形槽的下部设置有斜槽，所述斜槽的底面相对于水平面的斜度与楔形块顶部斜面的斜度一致，所述斜槽的两个内侧面分别与上楔形块的两个侧面相匹配，所述上楔形块可装入斜槽内。
16.作为优选,所述上楔形块的顶部及底部分别为所述楔形块顶部斜面和底部斜面，所述楔形块顶部斜面和所述底部斜面的倾斜方向相反，所述上楔形块与所述上定位杆连接一侧的高度高于另一端，所述上楔形块与所述上定位杆连接一侧设置有第一t形槽。
17.作为优选,所述上楔形块的两个侧面均为平面且与上定位杆的轴线相平行，所述上楔形块的两个侧面与斜槽的两个内侧面相匹配，所述上楔形块可装入斜槽内,所述下楔形块的两个侧面均为平面且均与下定位杆28的轴线相平行,所述下楔形块可装入空腔内,所述下楔形块上端部设有第三t形槽。
18.作为优选,所述锁紧齿块的顶部为顶部斜面，所述顶部斜面相对于水平面的斜度与所述上楔形块的底部斜面相同，所述锁紧齿块底部为底部平面，所述底部平面与齿块定位杆的轴线平行。
19.作为优选,所述锁紧齿块与所述齿块定位杆连接的端面上设置有第二t形槽，所述第二t形槽的中部设置有用于安装的孔，所述顶部斜面及所述底部平面上分别设置有台阶，所述台阶的凸起面均与所述齿块定位杆的轴线平行。
20.作为优选,所述锁紧齿块上远离所述齿块定位杆的一端上下均设有限位板，所述锁紧齿块的靠近所述齿块定位杆的一侧为限位平面，所述限位平面与所述空腔的后部限位面贴合。
21.作为优选,所述下楔形块顶部为顶部平面，所述顶部平面与所述锁紧齿块的底部平面平行且贴合匹配，所述下楔形块与所述下定位杆连接的一端的高度高于另一端，所述连接端上设置有第三t形槽；所述下楔形槽的底部设置有与所述底部安装面相匹配的第二曲面，所述第二曲面与底部安装面接触。
22.作为优选,所述齿块定位杆的数量≥1，所述齿块定位杆包括齿块杆主体 、带动块和第二转动体，所述齿块杆主体 中部为一螺纹面，所述螺纹面上的螺纹与螺纹孔中部的螺栓孔相匹配，构成螺纹副，所述齿块杆主体 通过螺纹孔 中部的螺栓孔安装到外侧板上,所述带动块的一端设有第二轴肩。
23.作为优选,所述上定位杆包括上杆主体和第一转动体，所述上杆主体通过螺纹孔 安装到外侧板上，所述上杆主体的一端位于空腔内部，所述上杆主体的一端位于空腔外部，所述上杆主体位于空腔内部的一端设有第一轴肩，所述第一轴肩的形状与尺寸分别和第一
空腔，21-上楔形槽，22-上楔形块，23-锁紧齿块，24-下楔形块，25-下楔形槽，26-上定位杆，27-齿块定位杆，28-下定位杆，201-螺纹孔，202-顶部安装面，203-侧部限位面，204-后部限位面，205-底部安装面，206-外侧板，211-斜槽，212-第一曲面，221-楔形块顶部斜面，222-底部斜面，223-第一t形槽，224-上楔形块侧面，231-顶部斜面，232-底部平面，233-限位板，234-第二t形槽，235-限位平面，236-台阶，237-锁齿，241-顶部平面，242-第三t形槽，243-下楔形块底部斜面，244-下楔形块侧面，251-第二斜槽，252-第二曲面，261-上杆主体，262-第一转动体，2611-第一轴肩，271-齿块杆主体，272-带动块，273-第二转动体，2721-第二轴肩，272-带动块，281-下杆主体，2811-第三轴肩,282-第三转动体。
具体实施方式
43.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
44.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
45.应注意到：说明书中的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
46.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
47.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
48.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个原件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
49.一种用于桩腿升降式平台的锁紧装置，包括空腔、上楔形槽、上楔形块、锁紧齿块、下楔形块、下楔形槽、上定位杆、齿块定位杆以及下定位杆,所述上楔形槽固定在空腔顶部,所述下楔形槽固定在空腔底部,所述上定位杆、齿块定位杆以及下定位杆从上至下分别通过螺纹孔安装在空腔内,所述上定位杆、齿块定位杆以及下定位杆的轴线两两共面且平行,所述锁紧齿块通过齿块定位杆安装在空腔内。
50.以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。
51.实施例1
52.本实用新型较佳实施例，如图2，升降平台的单个桩腿处的结构一般由固桩架1、锁紧装置2、桩腿3、驱动齿轮4组成。固桩架1底部与平台5固定连接在一起。驱动齿轮4及锁紧装置2都定位装配在固桩架1上。桩腿齿条31固定在桩腿3上。驱动齿轮4与桩腿齿条31始终啮合在一起，驱动齿轮4在外部动力的带动下可进行旋转运动，并同时带动桩腿3及桩腿齿条31在固桩架内部相对于固桩架1及平台5作升降运动。作为本实例的优选项，锁紧装置2布置在固桩架1的下部，但也可根据情况布置在固桩架1的上部。
53.装配好后的锁紧装置2如图1所示，锁紧装置2包括空腔20、上楔形槽21、上楔形块22、锁紧齿块23、下楔形块24、下楔形槽25、上定位杆26、齿块定位杆27及下定位杆28。其中齿块定位杆27相当于平移元件，下定位杆28与上定位杆26的组合相当于升降元件，其余零部件相当于支撑元件。
54.如图3所示，空腔20是一个半开放的结构，具有顶部安装面202、侧部限位面203、后部限位面204、底部安装面205及外侧板206，外侧板206上设有螺纹孔201，螺纹孔201的数量与上定位杆26、齿块定位杆27及下定位杆28的数量总和相等。空腔20需固定在固桩架1上，一般采用与固桩架1融为一体的设计。
55.上楔形槽21、上楔形块22、锁紧齿块23、下楔形块24及下楔形槽25均安装于空腔20内部，上楔形槽21固定在空腔20的顶部安装面202上；下楔形槽25固定在空腔20的底部安装面205上。上定位杆26、齿块定位杆27及下定位杆28通过螺纹孔201安装于外侧板206上，它们的轴线两两共面且平行。
56.如图4所示，上定位杆26及下定位杆28分别分布于外侧板206的最上边及最下边，齿块定位杆27位于中间部分。齿块定位杆27的数量可根据实际情况确定，但至少一个，本实例上采用2个。当齿块定位杆27的数量为2个或2个以上时，所有齿块定位杆27的轴线需要两两共面且平行。
57.参照图5～图7：
58.上楔形槽21顶部是与顶部安装面202相匹配的第一曲面212，第一曲面212与顶部安装面202很好地接触在一起，顶部安装面202可支撑上楔形槽21在锁紧状态时受到的力及力矩。上楔形槽21下部设置有斜槽211，装配好后，斜槽211的底面相对于水平面的斜度为α，斜槽211的两个内侧面均与上定位杆26的轴线平行。
59.上楔形块22的顶部及底部分别为楔形块顶部斜面221及底部斜面222，它们的倾斜方向相反。装配好后，楔形块顶部斜面221相对于水平面的斜度与斜槽211的底面一致，也为α，底部斜面222相对与水平面的斜度为β。上楔形块22上与上定位杆26相对的端部的高度较另一端高，且设置有第一t形槽223。上楔形块22的两个侧面均为平面且均与上定位杆26的轴线相平行，且与斜槽211的两个内侧面相匹配。上楔形块22能装入斜槽211内。装配好后，上楔形块22仅能在斜槽211内沿上定位杆26的轴线方向及竖直方向移动。
60.锁紧齿块23上设置有数个锁齿237，锁齿237的数量为由锁紧时需提供的锁紧力决定，至少为一个，本实例中采用3个。锁紧齿块23顶部为顶部斜面231，装配好后顶部斜面231相对于水平面的斜度与上楔形块22的底部斜面222一致，也为β。锁紧齿块23底部为底部平面232，底部平面232与齿块定位杆27的轴线平行。锁紧齿块23上与齿块定位杆27相对的端
面上设置有第二t形槽234，第二t形槽234的中部设置有孔。顶部斜面231及底部平面232上分别设置有台阶236，台阶236侧面均与齿块定位杆27的轴线平行。装配好后，台阶侧面与上楔形块22的上楔形块侧面224及下楔形块24的下楔形块侧面244贴合匹配，可限制锁紧齿块23在台阶236侧面法线方向上的自由度。锁紧齿块23上远离齿块定位杆27的一端上下均有限位板233。锁紧装置2处于锁紧状态且使限位板233抵住空腔的侧部限位面203时，可限制锁紧齿块23在力的作用下向侧部限位面203方向的移动。锁紧齿块23的后部为限位平面235，限位平面235始终与空腔20的后部限位面204很好地接触在一起，后部限位面204可支撑锁紧齿块23在锁紧状态时受到的垂直于后部限位面204方向的力。
61.下楔形块24顶部为顶部平面241，顶部平面241与锁紧齿块23的底部平面232平行且贴合匹配，使装配好后，当锁紧齿块23整体仅在顶部平面241上沿着齿块定位杆27的轴线方向滑动时，锁紧齿块23的各点高度均不会变化。下楔形块24的底部为下楔形块底部斜面243，装配好后，下楔形块底部斜面243相对于水平面的斜度为γ。下楔形块24上与下定位杆28相对的端部的高度较另一端高，且设有第三t形槽242。下楔形块24的两个侧面均为平面且均与下定位杆28的轴线相平行。
62.下楔形槽25的底部是与底部安装面205相匹配的第二曲面252，第二曲面252与底部安装面205很好地接触在一起，底部安装面205可支撑下楔形槽25在锁紧状态时受到的力及力矩。下楔形槽25上部设置有第二斜槽251，装配好后第二斜槽251的底面相对于水平面的斜度与下楔形块底部斜面243的斜度一致，也为γ。第二斜槽251的两个内侧面均与下定位杆28的轴线相平行，且分别与下楔形块24的两个侧面相匹配。下楔形块24能装入第二斜槽251内。装配好后下楔形块24仅能在第二斜槽251内沿下定位杆28的轴线方向及竖直方向移动。
63.上定位杆26主要由上杆主体261和第一转动体262组成。上杆主体261中部为一螺纹面，螺纹面上的螺纹与螺纹孔201最上部的螺栓孔相匹配，构成一对螺纹副，上杆主体261可由空腔20的内部通过螺纹孔201最上部的螺栓孔安装到外侧板206上。安装后，上杆主体261一端位于空腔20内部，一端位于空腔20外部，位于空腔20内部的一端设有第一轴肩2611，所述第一轴肩2611的形状与尺寸和第一t形槽223相匹配，第一轴肩2611可由第一t形槽223的上下两端插入装配到第一t形槽223内。第一转动体262安装于上杆主体261位于空腔20外部的一端，第一转动体262的半径较上杆主体261的螺纹面的半径大，通过旋转第一转动体262可带动上杆主体261在螺纹孔内旋入或旋出，进而由第一轴肩2611在上杆主体261的轴线方向带动上楔形块22移动。通过移动上楔形块22到上楔形槽21中的不同位置，可使上楔形块22的顶部斜面221及底部斜面222分别与斜槽211的底面及顶部斜面231同时贴合在一起，也可使上楔形块22的顶部斜面221与斜槽211的底面之间留出合适的间隙，让锁紧齿块23具有上升的空间。
64.齿块定位杆27主要由齿块杆主体271、带动块272和第二转动体273组成。齿块杆主体271中部为一螺纹面，螺纹面上的螺纹与螺纹孔201中部的螺栓孔相匹配，构成螺纹副。齿块杆主体271可由空腔20的内部通过螺纹孔201中部的螺栓孔安装到外侧板206上。安装后，齿块杆主体271一端位于空腔20内部，一端位于空腔20外部。带动块272的一端设有第二轴肩2721，第二轴肩2721的形状与尺寸和第二t形槽234相匹配，第二轴肩2721可由第二t形槽234中部设置的孔安装到第二t形槽234内。带动块272的另一端可与齿块杆主体271位于空
腔20内部的一端进行固定连接，作为本实例的优选项，该连接采用螺栓法兰连接，但该连接也可采用耳板销轴等的可拆的连接形式。第二转动体273安装于齿块杆主体271位于空腔20外部的一端，第二转动体273的半径较齿块杆主体271的螺纹面的半径大，通过旋转第二转动体273可带动齿块杆主体271在螺纹孔内旋入或旋出，进而由第二轴肩2721在齿块杆主体271轴线方向带动锁紧齿块23在下楔形块24的顶部平面241上移动。
65.下定位杆28的结构与上定位杆26的结构类似，主要由下杆主体281和第三转动体282组成。下杆主体281中部为一螺纹面，螺纹面上的螺纹与螺纹孔201最下部的螺栓孔相匹配，构成一对螺纹副，下杆主体281可由空腔20的内部通过螺纹孔201最下部的螺栓孔安装到外侧板206上。安装后，下杆主体281一端位于空腔20内部，一端位于空腔20外部，位于空腔20内部的一端设有第三轴肩2811，第三轴肩2811的形状与尺寸和第三t形槽242相匹配，第三轴肩2811可由第三t形槽242的上下两端插入装配到第三t形槽242内。第三转动体282安装于下杆主体281位于空腔20外部的一端，第三转动体282的半径较下杆主体281的螺纹面的半径大，通过旋转第三转动体282可带动下杆主体281在螺纹孔内旋入或旋出，进而由第三轴肩2811在下杆主体281的轴线方向上带动下楔形块24移动。通过移动下楔形块24到下楔形槽25中的不同位置，可对锁紧齿块23进行顶升或托降，进而可调整锁紧齿块23在竖直方向上的高度位置。
66.所述的斜度的值α、β、γ可相等也可不相等。选择合适的α、β、γ值可同时减小在进行锁紧或解锁操作及锁紧装置2处于锁紧状态时，上定位杆26、齿块定位杆27及下定位杆28所受到的力。作为本实例的优选项，α、β、γ的值分别与对应的两个斜面之间的静摩擦因素值相等，但出于工程实际中静摩擦因素值的精确测量有诸多困难，可选取α、β、γ的值与对应的两个斜面之间的静摩擦因素值偏离不远的其它值。
67.锁紧装置2处于未锁紧时的状态如图8所示。这时可使桩腿3与桩腿齿条31相对于固桩架1及平台5进行升降运动，在整个运动过程中，锁紧装置2的各零部件均不会与桩腿3及桩腿齿条31之间发生干涉，锁紧齿块23的锁齿237与桩腿齿条31在水平方向相互错开一定距离l，l总是大于等于0。
68.本实施例的工作原理如下：当需要进行锁紧时，则操作旋转第一转动体262、第二转动体273及第三转动体282，移动上楔形块22、锁紧齿块23及下楔形块24至合适位置，最终使锁紧齿块23的限位板233与空腔20的侧部限位面203接触，使锁齿237与桩腿齿条31完全相互交错啮合在一起，且使上楔形块22的顶部斜面221及底部斜面222分别与斜槽211的底面及顶部斜面231同时贴合在一起，进而使桩腿3与固桩架2及平台5之间在竖直方向上形成牢固可靠的相对固定位置关系，不可相对运动，从而达到锁紧目的。锁紧装置2锁紧后的状态如图9所示。
69.因锁紧装置2在锁紧状态时受到的绝大部分力及力矩在传递到空腔20及固桩架1上的过程中，都不用再经过作为平移元件及升降元件的上定位杆26、齿块定位杆27及下定位杆28，故最终传递到它们上的力十分微小，使得它们可以设计得较一般锁紧装置更加小型化。另一方面，在操作第一转动体262、第二转动体273及第三转动体282分别对上楔形块22、锁紧齿块23及下楔形块24进行移动时，通过转动体处的杠杆效应及螺纹副的力放大效应，均可使操作第一转动体262、第二转动体273及第三转动体282时所需的力成倍地减小。又因绝大部分情况下，β及γ的值都小于1，在通过旋转第一转动体262及第三转动体282分
别操作上楔形块22及下楔形块24进行移动时，还会叠加斜面上的力放大作用，故操作锁紧装置进行锁紧时，所需的力也比往常设计所需的力小很多，甚至通过手动就可操作。
70.上述实例中的第一转动体262、第二转动体273及第三转动体282可对它们的结构进行更改以适应不同形式的驱动要求。如图10所示，将第一转动体262、第二转动体273及第三转动体282更改为涡轮蜗杆形式的传动副，然后就可使用电机进行驱动。或者将上定位杆26、齿块定位杆27及下定位杆28直接使用油缸进行替代，如图11所示，就可实现使用油缸进行驱动。但如前所述，用以驱动的油缸或电机也都只需要较小型的就可满足要求。
71.如上所述即为本实用新型的实施例。前文所述为本实用新型的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述实用新型人的实用新型验证过程，并非用以限制本实用新型的专利保护范围，本实用新型的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。