自升式海洋平臺齒輪條升降裝置設(shè)計研究.pdf

1、自升式海洋平臺的關(guān)鍵部分是升降裝置。升降裝置安裝在平臺主體和樁腿的交接處,它的主要功能是實現(xiàn)平臺主體和樁腿的上下相對運動、或把平臺主體固定于樁腿的某一位置。具體操作過程為:當自升式平臺到達井位時,通過升降裝置把平臺升離水面,為海上作業(yè)做好準備;作業(yè)結(jié)束后,再把平臺降回水面,升起樁腿,使平臺重新恢復(fù)成漂浮狀態(tài),準備拖航至下一個井位作業(yè)。
　　 目前國外先進的升降系統(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、易對井位和可連續(xù)升

2、降等優(yōu)點。本文結(jié)合山東省科技發(fā)展計劃項目“海洋自升式平臺電動升降及控制技術(shù)研究”,針對我國自升式海洋平臺的作業(yè)現(xiàn)狀,借鑒國外先進的升降系統(tǒng)成果,設(shè)計研究“一軸輸入帶二軸輸出”傳遞方式的齒輪齒條式升降裝置。
　　 自升式海洋平臺的升降系統(tǒng)在平臺升降過程中承擔(dān)整個平臺的重量和工作載荷,其安全性能對平臺的正常工作起著重要作用。本文研究的齒輪齒條傳動機構(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,本文基于動力學(xué)分析軟

3、件及有限元分析軟件,針對設(shè)計出的升降裝置模型進行運動及動力學(xué)分析與強度校核等研究,主要工作如下:
　　 (1)基于ADAMS軟件,對升降裝置減速器部分的兩種方案進行總體仿真,得出兩種方案中齒輪齒條接觸力在各個方向隨時間的變化規(guī)律,以及同一電動機驅(qū)動的兩個七齒小齒輪的速度曲線對比,從而研究兩種方案下七齒小齒輪運轉(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動及動力學(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時間處于承受重載的狀態(tài)(包括動載荷),較一般齒輪傳動裝置,具有低速、重載、應(yīng)力情況復(fù)雜等特點,因此齒輪齒條的強度是關(guān)系到整個平臺安全性能的重要因素,對其進行強度校核計算分析非常有必要。本文基于ABAOUS有限元分析軟件,對升降裝置的七齒小齒輪與齒條嚙合進行靜態(tài)與動態(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、不同倒角對齒輪齒條

5、最大接觸應(yīng)力的影響分析;動態(tài)分析主要包括不同裝配角對齒輪齒條最大接觸應(yīng)力的影響分析。
　　 (3)每套升降裝置電動機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,因此對其進行分析研究有著重要的意義。本文基于AMesim仿真軟件對該升降裝置的盤式剎車進行仿真研究,得到制動壓力的響應(yīng)曲線,分析影響其大小的各個因素;基于ABAQUS有限元軟件,分析剎車過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力,考察不同制動力曲線情況對剎車性能