一种水下管道夹紧爬行机具的制作方法

本发明涉及一种水下管道夹紧爬行机具，适用于水下管道自定心夹紧和爬行的任务，是水下作业的一种重要装备。

背景技术：

伴随我国海洋石油天然气开发的不断进展，油气产量也在逐年增加，对于海洋资源开发技术的要求也随之变高。因此，进行水下油气的开采也成为我国海洋能源发展的重要方向，其开采技术亦成为重点研究对象。水下油气的开采中的水下管道外表面的定期安全检测、海生物清理以及管道维修等作业都需要对水下管道夹紧，而且由于水下作业的特殊性水下管道通常需要自定心夹紧。目前，现有的水下管道夹紧及爬行方式有一定的局限性，很难保证机具在保持足够夹紧力的同时完成不间断的爬行。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种水下管道夹紧爬行机具，研制出具有自主知识产权的管道夹紧爬行机具及其相关技术，满足我国水下油气开发的需求，填补国内在水下作业方面的空白，不断缩小我国与世界先进水平之间的差距。

本发明的目的是这样实现的：

包括整体框架、夹紧装置和履带爬行装置，所述夹紧装置包括对称设置在整体框架中的中夹紧机构、左夹紧机构和右夹紧机构，左右两组夹紧机构之间的距离大于所要夹紧管道的直径，所述整体框架上设置有夹紧驱动液压马达，夹紧驱动液压马达的输出轴上安装有传动锥齿轮一，所述整体框架的内对称设置有一对传动轴一和一对传动轴二，每个传动轴一的一端设置有与传动锥齿轮一啮合的传动锥齿轮二，每个传动轴一的另一端与对应传动轴二的一端之间设置有锥齿轮组，每个传动轴二的另一端设置有传动锥齿轮三，所述履带爬行装置有三个且分别和中夹紧机构、左夹紧机构和右夹紧机构连接；

所述中夹紧机构、左夹紧机构和右夹紧机构结构相同，均包括设置在整体框架内的前后传动轴、安装在前后传动轴中间位置的中部锥齿轮、安装在前后传动轴两端的前锥齿轮和后锥齿轮、设置在整体框架上的前丝杠连接架组件和后丝杠连接架组件、分别安装在前丝杠连接组件和后丝杠连接架组件上的前锥齿轮螺母组件和后锥齿轮螺母组件，前锥齿轮螺母组件和后锥齿轮螺母组件的锥齿轮分别和前锥齿轮和后锥齿轮啮合，履带爬行装置与前丝杠连接架组件和后丝杠连接架组件的端部固连，左夹紧机构和右夹紧机构还包括设置在整体框架上的同轴设置的传动锥齿轮六和传动锥齿轮五，两个传递锥齿轮三分别和两个传动锥齿轮六啮合，两个传动锥齿轮五分别和左夹紧机构、右夹紧机构的中部锥齿轮啮合，中夹紧机构的中部锥齿轮和传动锥齿轮四啮合，传动锥齿轮四也安装在夹紧驱动液压马达的输出轴上。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.履带爬行装置包括与前丝杠连接架组件和后丝杠连接架组件连接的履带连接架、设置在履带连接上的爬行液压马达、主动链轮和从动链轮、安装在主动链轮和从动链轮上的履带组件，主动链轮安装在爬行液压马达的输出端。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的设计对管道的夹紧方式更为可靠，且有自定心的能力。在保证足够夹紧力的同时也可以实现不间断的爬行。机具外部可携带检测、清理或维修的作业工具，独立的夹紧爬行机具设计使机具有一定的通用性，方便后期的使用及维护。

附图说明

图1是一种水下管道夹紧爬行机具整机示意图；

图2是夹紧装置整体示意图；

图3是中夹紧机构细节示意图；

图4是左夹紧机构细节示意图；

图5是履带爬行装置整体示意图；

图6是辅助支撑滚轮组示意图；

图7是履带组件整体示意图；

图8是履带组件细节示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图8，本发明的一种水下管道夹紧爬行机具包括整体框架10、夹紧装置200、履带爬行装置300。

所述夹紧装置200主要由安装在整体框架10上的中夹紧机构210、左夹紧机构220、右夹紧机构230及夹紧传动机构组成。机具在放置在工作位置之前夹紧装置处于松开状态，左右两组夹紧机构之间的距离大于所要夹紧管道的直径，使得机具可以放在管道合适位置。

所述中夹紧机构210主要由夹紧驱动液压马达211、中部的啮合锥齿轮组212(由中部锥齿轮和传动锥齿轮四组成)、前后传动轴213、前锥齿轮214、后锥齿轮215、前锥齿轮螺母组件216、前丝杠连接架组件217、后锥齿轮螺母组件218以及后丝杠连接架组件219组成。其中夹紧驱动液压马达211安装在夹紧马达安装板11上，马达安装板11与整体框架10连接。前锥齿轮螺母组件216由锥齿轮和螺母组成，安装在支座14上，可绕其轴心转动；在夹紧驱动液压马达211正转驱动下通过啮合锥齿轮组212将动力传递给传动轴213，再经前锥齿轮214、前锥齿轮螺母组件216以及后锥齿轮215和后锥齿轮螺母组件218，最终将动力传递给前丝杠连接架组件217和后丝杠连接架组件219，实现丝杠连接架组件相对管道径向方向的直线运动，配合左、右夹紧机构可实现对管道的夹紧；同理，在马达211反转的驱动下，可实现对管道的松开。

所述左夹紧机构220主要由传动锥齿轮六221、啮合锥齿轮组222(包括中部啮合齿轮和传动锥齿轮五)、前后传动轴223、前锥齿轮224、后锥齿轮225、前锥齿轮螺母组件226、前丝杠连接架组件227、后锥齿轮螺母组件228以及后丝杠连接架组件229组成。左夹紧机构220的传动方式与中夹紧机构210的传动方式大致相同，不同之处在于动力来源是由液压马达211通过啮合锥齿轮组(包括传动锥齿轮一33和传动锥齿轮二241)传递到传动轴一242，通过啮合锥齿轮组243传递到传动轴二244，再通过啮合的传动锥齿轮三245和传动锥齿轮六221传递到左夹紧机构的。传动轴二244和传动轴一通过支座12安装在整体框架上，前后传动轴通过支座13安装在整体框架上，传动锥齿轮五和传动锥齿轮六的齿轮安装轴通过支座15安装在整体框架上，右夹紧机构与左夹紧机构原理相同，不再赘述。三组夹紧机构之间同步运行，且三组夹紧机构环绕管道均布，可保证在夹紧时机具的轴线与管道的轴线重合。

所述履带爬行装置主要由爬行液压马达310、主动链轮320、从动链轮330、辅助支撑滚轮组340以及履带组件350及履带连接架360构成。其中爬行液压马达310安装在爬行马达安装座311上，爬行马达安装座311与履带连接架360连接。爬行液压马达310驱动轴驱动主动链轮320，带动履带组件350，实现沿管道轴线的爬行。辅助支撑滚轮组340由支撑滚轮341以及滚轮架342组成。履带组件350由链条351、内部履带块352、弹性块353以及连接螺钉354构成；内部履带块352与弹性块353通过连接螺钉354相连接。弹性块353在机具夹紧管道时可增大机具与管道外表面的接触面积并且可适应一定范围内的管道表面的不规则形状，使夹紧更为可靠。且弹性块353表面的凹槽方向与管道轴线方向垂直，可增大机具与管道表面的摩擦系数更有利于机具夹紧和爬行。

本发明的水下管道夹紧爬行机具，作业对象为长期处于海水浸泡的海底管道。当机具被放入水下工作时，首先通过rov携带机具到达工作位置，控制夹紧驱动马达211使机具将管道夹紧，在需要时可通过控制爬行液压马达310使机具整体沿管道轴线移动。

具体的，是通过以下方式实现的：

第一部分是通过rov或其他外界工具辅助将机具放置在相对于管道的合适位置，使机具轴线与管道轴线的距离在一定范围内，随后控制夹紧驱动马达211，使三组均布的履带组件350同步压紧管道，实现对管道的定心夹紧。

第二部分是通过控制履带爬行装置300内部的爬行液压马达310，实现在夹紧管道的同时沿管道轴线的运动，使机具到达所需要的工作位置。

根据机具动作的分解，可以将系统进行模块化编程，系统包括以下两个模块，即夹紧模块、爬行模块。

本发明的目的是这样实现的：包括整体框架、安装在整体框架上的夹紧装置、安装在夹紧装置上的可移动的履带爬行装置；所述夹紧装置主要由中、左、右夹紧机构和夹紧传动机构组成；所述中、左、右夹紧机构由锥齿轮传动机构及螺母丝杠传动机构组成；所述夹紧传动机构由锥齿轮传动机构组成；所述履带爬行装置与丝杠连接，可由螺母带动其沿丝杠轴线方向移动，实现对管道的夹紧；所述夹紧传动装置将夹紧驱动液压马达的动力传递到中、左、右三组同步运动的夹紧机构，使三组履带同步运动夹紧管道，且三组夹紧机构环绕管道均布，可保证机具的轴线与管道的轴线重合。机具整体沿管道轴线方向的移动由履带爬行装置驱动，可在夹紧的同时实现爬行。

所述履带爬行装置由爬行液压马达、主动链轮、从动链轮、内部的辅助支撑滚轮组、履带组件以及履带连接架构成，其履带与管道接触的表面间隔安装弹性块，可增大履带与管道外表面的接触面积并且可适应一定范围内的管道表面的不规则形状，且弹性块条纹方向与管道轴线方向垂直，使夹紧爬行更为可靠。机具整体沿管道轴线方向的爬行由安装在履带爬行装置内部的液压马达来驱动，由液压马达带动履带实现爬行。所述夹紧装置中的螺母丝杠应选择合适的旋向以实现同步夹紧和松开；且螺母丝杠可自锁，使夹紧更可靠。

综上，本发明提供的是一种水下管道夹紧爬行机具，以满足我国快速发展的海洋石油开采相关配套技术的需求。其意义在于着力解决水下管道自定心夹紧及爬行的技术难题，该机具能提高水下对管道作业的效率，缩短我国与国外在水下管道技术方面的差距。工作原理是机具首先由外界辅助放置在管道合适位置，由三组绕管道均布的履带同步压紧管道实现定心夹紧管道，在夹紧管道之后可由履带内的爬行液压马达驱动机具沿管道轴线方向爬行。驱动方式为液压驱动，液压系统采用一个阀箱，将液压系统的液压阀和传感器等元件集成在里面；控制系统采用一个控制舱，将下位机的控制系统集成在里面；液压阀箱和控制舱安装在机具上；上、下位机控制系统能实现远程遥操作，完成对水下管道的作业。