自升式海洋平臺(tái)齒輪條升降裝置設(shè)計(jì)研究.pdf

1、自升式海洋平臺(tái)的關(guān)鍵部分是升降裝置。升降裝置安裝在平臺(tái)主體和樁腿的交接處,它的主要功能是實(shí)現(xiàn)平臺(tái)主體和樁腿的上下相對(duì)運(yùn)動(dòng)、或把平臺(tái)主體固定于樁腿的某一位置。具體操作過程為:當(dāng)自升式平臺(tái)到達(dá)井位時(shí),通過升降裝置把平臺(tái)升離水面,為海上作業(yè)做好準(zhǔn)備;作業(yè)結(jié)束后,再把平臺(tái)降回水面,升起樁腿,使平臺(tái)重新恢復(fù)成漂浮狀態(tài),準(zhǔn)備拖航至下一個(gè)井位作業(yè)。
　　 目前國外先進(jìn)的升降系統(tǒng)為齒輪齒條式升降系統(tǒng),該升降系統(tǒng)具有升降速度快、易對(duì)井位和可連續(xù)升

2、降等優(yōu)點(diǎn)。本文結(jié)合山東省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“海洋自升式平臺(tái)電動(dòng)升降及控制技術(shù)研究”,針對(duì)我國自升式海洋平臺(tái)的作業(yè)現(xiàn)狀,借鑒國外先進(jìn)的升降系統(tǒng)成果,設(shè)計(jì)研究“一軸輸入帶二軸輸出”傳遞方式的齒輪齒條式升降裝置。
　　 自升式海洋平臺(tái)的升降系統(tǒng)在平臺(tái)升降過程中承擔(dān)整個(gè)平臺(tái)的重量和工作載荷,其安全性能對(duì)平臺(tái)的正常工作起著重要作用。本文研究的齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作為升降系統(tǒng)的核心組成部分,其結(jié)構(gòu)安全的重要性不言而喻。鑒于此,本文基于動(dòng)力學(xué)分析軟

3、件及有限元分析軟件,針對(duì)設(shè)計(jì)出的升降裝置模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力學(xué)分析與強(qiáng)度校核等研究,主要工作如下:
　　 (1)基于ADAMS軟件,對(duì)升降裝置減速器部分的兩種方案進(jìn)行總體仿真,得出兩種方案中齒輪齒條接觸力在各個(gè)方向隨時(shí)間的變化規(guī)律,以及同一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的兩個(gè)七齒小齒輪的速度曲線對(duì)比,從而研究?jī)煞N方案下七齒小齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)的同步性。以此為基礎(chǔ),研究一根齒條上的升降系統(tǒng)在不同載荷狀態(tài)下和某特殊工況下的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力學(xué)特性,為升降裝置的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)

4、,并為防止由升降系統(tǒng)引發(fā)的故障的發(fā)生提供理論依據(jù)。
　　 (2)該齒輪齒條升降裝置長(zhǎng)時(shí)間處于承受重載的狀態(tài)(包括動(dòng)載荷),較一般齒輪傳動(dòng)裝置,具有低速、重載、應(yīng)力情況復(fù)雜等特點(diǎn),因此齒輪齒條的強(qiáng)度是關(guān)系到整個(gè)平臺(tái)安全性能的重要因素,對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算分析非常有必要。本文基于ABAOUS有限元分析軟件,對(duì)升降裝置的七齒小齒輪與齒條嚙合進(jìn)行靜態(tài)與動(dòng)態(tài)接觸分析。靜態(tài)分析主要包括不同工況下的齒輪齒條靜態(tài)接觸應(yīng)力分析、不同倒角對(duì)齒輪齒條

5、最大接觸應(yīng)力的影響分析;動(dòng)態(tài)分析主要包括不同裝配角對(duì)齒輪齒條最大接觸應(yīng)力的影響分析。
　　 (3)每套升降裝置電動(dòng)機(jī)的伸出端均裝有快速響應(yīng)盤式剎車裝置。該裝置是關(guān)系到升降系統(tǒng)正常升降的重要設(shè)備,因此對(duì)其進(jìn)行分析研究有著重要的意義。本文基于AMesim仿真軟件對(duì)該升降裝置的盤式剎車進(jìn)行仿真研究,得到制動(dòng)壓力的響應(yīng)曲線,分析影響其大小的各個(gè)因素;基于ABAQUS有限元軟件,分析剎車過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力,考察不同制動(dòng)力曲線情況對(duì)剎車性能