專利名稱：一體式遠程管道法蘭螺栓聯(lián)接機具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動化機械作業(yè)機具，具體地說是一體式、可遠程控制的、 能完成自主尋正螺孔、進行法蘭孔對齊并實現(xiàn)螺母與螺栓聯(lián)接和預(yù)緊的一種管道 法蘭螺栓聯(lián)接機具。
(二)
背景技術(shù)：
法蘭自動連接系統(tǒng)主要有三種連接方法，即螺栓聯(lián)接、夾緊連接和筒夾連接。 這三種方法都適用于無潛水員協(xié)助的水下管道連接。其中螺栓聯(lián)接具有無可替代 的優(yōu)越性和廣泛應(yīng)用，例如在海洋深水高壓特殊環(huán)境中對管道聯(lián)接的密封性和耐 久性的要求很高，海底管道法蘭機械式聯(lián)接常采用螺栓聯(lián)接方式。管道聯(lián)接簡單 說來，在海床上，由遙控潛水器ROV (Remotely Operated Vehicle )控制專用軸向 對準(zhǔn)機具等一系列對接設(shè)備將需要對接的兩管道支撐固定并實現(xiàn)管道軸向的對 齊之后，再由ROV攜帶法蘭自動聯(lián)接機具到達管道法蘭接合處，并控制法蘭自動 聯(lián)接機具進行法蘭微調(diào)孔對齊，并完成螺母與螺栓的聯(lián)接，最終實現(xiàn)兩個管道的 對接。
目前，法蘭自動連接機具主要是水下管道回接方面的科研產(chǎn)品。國外以美國 和挪威為首的水下回接技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，有一整套的水下作業(yè)系統(tǒng)工具，并有 了實際的應(yīng)用。
美國Sonsub公司在水下領(lǐng)域有著悠久的歷史，在水下管道回接方面，他們采 取了無潛水人員實現(xiàn)水下管道對接的技術(shù)Sonsub公司用于輝海管道法蘭連接的 工具系統(tǒng)叫做BRUTUS。 BRUTUS包括ROV，軸向?qū)?zhǔn)工具，接應(yīng)工具和自動法 蘭對接系統(tǒng)等。Sonsub公司于2000年秋在北海為挪威一家公司在水下400m深處， 完成了16in硬管和10in的軟管的連接。瑞士Allseas公司的自動法蘭對接系統(tǒng)是用 于水下1000米海底管道的法蘭螺栓聯(lián)接，其研究成果目前停留在專利階段，尚無 確切資料表明其進入樣機試驗階段。STOLT OFFSHORE LIMITED的專利 PCT/GBOI/04913提出了一種遠程法蘭螺栓聯(lián)接機具和方法MATIS II ，是目前智 能水平較高的設(shè)計方案。但這些方案中螺母庫和螺栓庫周向都為獨立運動，孔對準(zhǔn)次數(shù)多，由于螺栓和螺母的對準(zhǔn)難度較高，因此兩庫的分體設(shè)計對整套設(shè)備的 控制精度和觀測裝置要求較高。
國內(nèi)深水回接技術(shù)處于起步階段，沒有現(xiàn)成的管道連接工具，主要通過租借 美國或挪威等國家的水下作業(yè)工具進行回接。對于水深500米以內(nèi)的管道回接大 多是通過潛水員的直接操縱或以水下密封倉作為作業(yè)空間實施對接，此類海底管 道的安裝，國內(nèi)普遍采用整條管線在陸上連接成形，然后密封管線兩端，將鋼管 拖入水中，借管的浮力把管浮運拖到安裝地點，再將管解除密封灌水沉入水中, 起重船配合調(diào)整安裝位置使管落入基槽完成安裝。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)和控制簡單可靠，特別是適用于實現(xiàn)管道法 蘭自動螺栓聯(lián)接的一體式遠程管道法蘭螺栓聯(lián)接機具。 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的-它由外框架、內(nèi)框架、螺栓庫、螺母庫構(gòu)成；
外框架的組成包括定位架10定位架的下端為半圓內(nèi)凹槽與接應(yīng)底座9配合， 兩定位架10間通過桁架1固接，管道卡爪8通過銷聯(lián)接60內(nèi)嵌于定位架10兩 側(cè)，卡爪液壓缸7通過銷51聯(lián)接于定位架10上，卡爪活塞桿53通過銷50聯(lián)接 于管道卡爪8，壓蓋29與定位架10構(gòu)成旋轉(zhuǎn)軌道并聯(lián)接旋轉(zhuǎn)體4，旋轉(zhuǎn)軌道為 內(nèi)槽式，并在槽兩側(cè)鑲嵌軸承48，液壓擺動缸13銷聯(lián)接于定位架10，驅(qū)動旋轉(zhuǎn) 體4上銷聯(lián)接的擺動活塞桿12;
旋轉(zhuǎn)體4與直線導(dǎo)軌43、固定座31固聯(lián)為一體構(gòu)成內(nèi)框架，旋轉(zhuǎn)體4為扇 型，其上的凸臺與管道27和管道6同軸，內(nèi)嵌于外框架上的環(huán)型槽，兩側(cè)各一， 固定座31固聯(lián)于兩直線導(dǎo)軌43上，分別銷聯(lián)接螺栓庫活塞桿32和螺母庫活塞 桿52;
螺栓庫為三半式開合結(jié)構(gòu)，通過直線軸承3懸掛于內(nèi)框架的兩直線導(dǎo)軌43 上，通過內(nèi)嵌于螺栓庫上庫體44中上部的螺栓庫液壓缸2驅(qū)動銷聯(lián)接于內(nèi)框架 的螺栓庫活塞桿32實現(xiàn)螺栓庫沿直線導(dǎo)軌43的軸向運動，主要包括三半式庫體、 安裝于庫體上的兩半式螺栓拉伸器和內(nèi)嵌于庫體的螺母齒輪套筒35、傳動齒輪 30、驅(qū)動齒輪38、小馬達19，三半式庫體由頂部的半圓型螺栓庫上庫體44和下 部的兩半四分之一圓弧的螺栓庫下庫體18構(gòu)成，螺栓庫下庫體18上緣與螺栓庫上庫體44為銷軸式連接47，所述直線軸承3內(nèi)嵌于螺栓庫上庫體44，所述伸縮 機構(gòu)由銷45聯(lián)接于螺栓庫上庫體44的螺栓庫開合液壓缸5和銷59聯(lián)接于螺栓 庫下庫體18的螺栓庫開合活塞桿23構(gòu)成；
螺母庫為三半式開合結(jié)構(gòu)，由頂部的半圓螺母庫上庫體36和下部的兩半四 分之一圓弧的螺母庫下庫體22構(gòu)成，通過直線軸承37懸掛于內(nèi)框架的兩直線導(dǎo) 軌43上，通過內(nèi)嵌于螺母庫上庫體36中上部的螺母庫液壓缸34驅(qū)動銷聯(lián)接于 內(nèi)框架的螺母庫活塞桿52實現(xiàn)螺母庫沿直線導(dǎo)軌43的軸向運動，所述直線軸承 37內(nèi)嵌于螺母庫上庫體36，螺母庫下庫體22上緣與螺母庫上庫體36為銷軸式 連接11，所述伸縮機構(gòu)由通過銷14聯(lián)接于螺母庫上庫體36的螺母庫開合液壓 缸33和通過銷58聯(lián)接于螺母庫下庫體22的螺母庫開合活塞桿57構(gòu)成。
本發(fā)明還可以包括
1、 旋轉(zhuǎn)軌道為內(nèi)槽式，并在槽兩側(cè)鑲嵌軸承48。
2、 旋轉(zhuǎn)體4為扇型，其上的凸臺與管道27和管道6同軸，內(nèi)嵌于外框架上 的環(huán)型槽，兩側(cè)各一。
3、 螺栓庫中的直線軸承3內(nèi)嵌于螺栓庫上庫體44，所述伸縮機構(gòu)由銷聯(lián)接 于螺栓庫上庫體44的螺栓庫開合液壓缸5和銷聯(lián)接于螺栓庫下庫體18的螺栓庫 開合活塞桿23構(gòu)成。
4、 伸縮機構(gòu)由通過銷聯(lián)接于螺母庫上庫體36的螺母庫開合液壓缸33和通 過銷聯(lián)接于螺母庫下庫體22的螺母庫開合活塞桿57構(gòu)成。
5、 兩半式螺栓拉伸器由對稱兩半圓式螺栓拉伸器上體46、螺栓拉伸器下體 16、拉伸器開合活塞42及其中的液壓組件構(gòu)成，在液壓油驅(qū)動拉伸器開合活塞 42作用下，兩螺栓拉伸器上體46可沿徑向相互遠離或貼合，以抱緊或釋放特制 螺柱20，液壓油進入螺栓拉伸器上體46與螺栓拉伸器下體16之間的腔體時， 可以使螺栓拉伸器上體46沿特制螺柱20軸向遠離或靠近螺栓拉伸器下體16。
6、 旋轉(zhuǎn)齒圈63與直線導(dǎo)軌43固聯(lián)為一體構(gòu)成內(nèi)框架，外框架的固定架上 內(nèi)嵌有液壓馬達64，液壓馬達64上安裝主動輪65，軸線與管道軸線平行，主動 輪65嚙合旋轉(zhuǎn)齒圈63驅(qū)動整個內(nèi)框架的周向運動。
7、 螺母旋緊器24為階梯孔設(shè)計，前端可放入彈簧54和特制螺母40，螺母40周圍內(nèi)嵌有多環(huán)橡膠圈。
本發(fā)明的組成包括外框架，外框架對整個機具起載體的作用，主要由定位架、 懸掛于定位架的管道卡爪和連接兩側(cè)定位架的桁架構(gòu)成，通過定位架的定位和兩 卡爪抱緊管道將機具整體固定于管道上，還可以對管道軸向?qū)?zhǔn)時的小誤差進行 糾正；定位架內(nèi)側(cè)與壓蓋構(gòu)成旋轉(zhuǎn)軌道懸掛左右兩旋轉(zhuǎn)體，每側(cè)旋轉(zhuǎn)軌道內(nèi)嵌八 個小軸承，通過軸承定位旋轉(zhuǎn)體大大減小了軌道與旋轉(zhuǎn)體的摩擦，左右兩旋轉(zhuǎn)體 之間固聯(lián)兩直線導(dǎo)軌成為一體，兩直線導(dǎo)軌兩端靠近旋轉(zhuǎn)體處分別固聯(lián)一固定 座，作為與螺栓庫、螺母庫軸向驅(qū)動機構(gòu)聯(lián)結(jié)的紐帶，兩旋轉(zhuǎn)體、兩直線導(dǎo)軌和 兩固定座構(gòu)成內(nèi)框架，由外框架上的液壓擺動缸驅(qū)動旋轉(zhuǎn)體可帶動內(nèi)框架繞管道 中心軸旋轉(zhuǎn)，從而進行螺栓的對孔、法蘭孔的對齊等工作；螺栓庫為三半式開合 結(jié)構(gòu)，通過直線軸承懸掛于內(nèi)框架的兩導(dǎo)軌上，主要包括三半式庫體、安裝于庫 體上的兩半式螺栓拉伸器和內(nèi)嵌于庫體的螺母齒輪套筒、傳動齒輪、驅(qū)動齒輪、 小馬達，三半式庫體由頂部的半圓型螺栓庫上庫體和下部的兩半四分之一圓弧的 螺栓庫下庫體構(gòu)成，螺栓庫下庫體上緣與螺栓庫上庫體為銷軸式連接，由兩側(cè)的 伸縮機構(gòu)驅(qū)動開合運動，所述兩半式螺栓拉伸器由對稱兩半圓式螺栓拉伸器上 體、螺栓拉伸器下體、拉伸器開合活塞及其中的液壓組件構(gòu)成，在液壓油驅(qū)動拉 伸器開合活塞作用下，兩螺栓拉伸器上體可沿徑向相互遠離或貼合，以抱緊或釋 放特制螺柱，液壓油進入螺栓拉伸器上體與螺栓拉伸器下體之間的腔體時，可以 使螺栓拉伸器上體沿特制螺柱軸向遠離或靠近螺栓拉伸器下體，從而實現(xiàn)對螺栓 的拉伸；螺母庫結(jié)構(gòu)與螺栓庫類似，也是通過直線軸承懸掛于內(nèi)框架的兩直線導(dǎo) 軌上，主要包括三半式庫體、嵌于其中的螺母旋緊器和監(jiān)視攝像頭，三半式庫體 結(jié)構(gòu)與螺栓庫相同，螺母旋緊器作用及結(jié)構(gòu)皆等同于螺栓庫螺母齒輪套筒及驅(qū)動 齒輪組件；螺母庫和螺栓庫分別與導(dǎo)軌上的固定座之間通過軸向驅(qū)動裝置聯(lián)結(jié)， 通過軸向驅(qū)動可沿導(dǎo)軌在一定范圍內(nèi)獨立滑動。
本發(fā)明可以根據(jù)陸上作業(yè)或水下作業(yè)、螺栓聯(lián)接較小預(yù)緊力或較大預(yù)緊力等 不同作業(yè)情況配備不同的控制系統(tǒng)及螺栓預(yù)緊方式。螺栓聯(lián)接大預(yù)緊力情況下， 本發(fā)明可通過配備螺栓拉伸器協(xié)助螺母驅(qū)動裝置，來實現(xiàn)螺栓聯(lián)接大預(yù)緊力作 業(yè)要求；而所述螺栓為特制雙頭螺柱，以便螺栓拉伸器的裝卸和夾持；普通螺 栓聯(lián)接情況下，只需要螺栓庫的結(jié)構(gòu)稍作精簡和改進，即可通過更為簡單可靠的操作和控制來完成聯(lián)接工作。
本發(fā)明是一種一體式的，可遠程控制的，可自主尋正螺孔，可周向微調(diào)活動 法蘭進行法蘭孔對齊，并完成螺母與螺栓聯(lián)接和預(yù)緊的一種管道法蘭螺栓聯(lián)接機 具。能夠?qū)崿F(xiàn)深水海底或陸上危險或輻射等無人區(qū)域管道的法蘭全自動螺栓聯(lián) 接，在未來的海洋開發(fā)及核工業(yè)的發(fā)展中具有廣闊的應(yīng)用前景。
(四)


圖l是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖2是外框架結(jié)構(gòu)組成圖； 圖3是內(nèi)框架結(jié)構(gòu)組成圖； 圖4是螺栓庫結(jié)構(gòu)組成圖； 圖5是螺母庫結(jié)構(gòu)組成圖； 圖6是螺栓預(yù)緊示意圖7是利用液壓馬達驅(qū)動內(nèi)框架周向運動的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述
結(jié)合圖l，圖2，圖3，圖4，圖5，圖6,說明本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括-
1、 作業(yè)環(huán)境包括運送載體39、接應(yīng)底座9、活動管道6、活動法蘭25、 固定管道27、固定法蘭56、特制雙頭螺柱20、特制螺母40。
2、 法蘭螺栓聯(lián)接機具，包括-
(1) 外框架包括定位架IO、管道卡爪8、桁架l、卡爪液壓缸7、銷50、 銷51、卡爪定位銷60、卡爪活塞桿53、壓蓋29、軸承48，擺動液壓缸13、擺 動缸銷15。
(2) 內(nèi)框架包括旋轉(zhuǎn)體4、擺動活塞桿12、活塞桿銷62、直線導(dǎo)軌43、 固定座31。
(3) 螺栓庫包括直線軸承3、螺栓庫上庫體44、螺栓庫下庫體18、庫銷 聯(lián)接47、監(jiān)測攝像頭41、力傳感器49、螺栓庫開合液壓缸5、螺栓庫開合活塞 桿23、銷45、銷59、螺栓拉伸器上體46、螺栓拉伸器下體16、拉伸器開合活 塞42、螺母齒輪套筒35、傳動齒輪30、驅(qū)動齒輪38、小馬達19、螺栓庫液壓缸2、螺栓庫活塞桿32。(4)螺母庫包括直線軸承37、螺母庫上庫體36、螺母庫下庫體22、庫 銷聯(lián)接ll、監(jiān)測攝像頭41、螺母庫開合液壓缸33、螺母庫開合活塞桿57、定位 套筒28、銷14、銷58、螺母旋緊器24、彈簧54、螺母庫液壓缸34、螺母庫活 塞桿52。當(dāng)運送載體將法蘭聯(lián)接機具機具攜送至作業(yè)環(huán)境中后，管道卡爪8、螺母庫 下庫體22、螺栓庫下庫體18都初始化為張開狀態(tài)，以便于下一步騎跨至管道上。結(jié)合圖2對外框架的結(jié)構(gòu)進行詳細說明，定位架10主要在運送載體39將法 蘭螺栓聯(lián)接機具運送至管道聯(lián)接處時起糾偏作用，下端為半圓內(nèi)凹槽與接應(yīng)底座 9配合，協(xié)助管道卡爪8將機具完全定位；兩定位架10間通過桁架1固接以增 加機體強度；管道卡爪8通過銷聯(lián)接60內(nèi)嵌于定位架10兩側(cè)，卡爪液壓缸7通 過銷51聯(lián)接于定位架10上，卡爪活塞桿53通過銷50聯(lián)接于管道卡爪8，通過 卡爪液壓缸7的驅(qū)動控制管道卡爪8的開合；壓蓋29作用為與定位架10構(gòu)成旋 轉(zhuǎn)軌道以聯(lián)接旋轉(zhuǎn)體4，旋轉(zhuǎn)軌道為內(nèi)槽式，并在槽兩側(cè)鑲嵌軸承48以實現(xiàn)與 旋轉(zhuǎn)體4的接觸為滾動摩擦，從而大大減小內(nèi)框架旋轉(zhuǎn)所需力矩；擺動液壓缸 13銷聯(lián)接于定位架10，驅(qū)動旋轉(zhuǎn)體4上通過銷15聯(lián)接的擺動活塞桿12，以控 制旋轉(zhuǎn)體4繞管道軸線的旋轉(zhuǎn)進行螺栓20的對孔。結(jié)合圖3對內(nèi)框架的結(jié)構(gòu)進行詳細說明，旋轉(zhuǎn)體4與直線導(dǎo)軌43、固定座 31固聯(lián)為一體構(gòu)成內(nèi)框架，旋轉(zhuǎn)體4為扇型，其上的凸臺與管道27和管道6同 軸，內(nèi)嵌于外框架上的環(huán)型槽，兩側(cè)各一，可以通過擺動液壓缸13的驅(qū)動帶動 整個內(nèi)框架的周向運動。固定座31固聯(lián)于兩直線導(dǎo)軌43上，分別銷聯(lián)接螺栓庫 活塞桿32和螺母庫活塞桿52,以軸向驅(qū)動螺栓庫和螺母庫軸向運動。結(jié)合圖4對螺栓庫結(jié)構(gòu)進行詳細說明，螺栓庫為三半式開合結(jié)構(gòu)，通過直線 軸承3懸掛于內(nèi)框架的兩直線導(dǎo)軌43上，通過內(nèi)嵌于螺栓庫中上部的螺栓庫液 壓缸2驅(qū)動銷聯(lián)接于內(nèi)框架的螺栓庫活塞桿32實現(xiàn)螺栓庫沿直線導(dǎo)軌43的軸向 運動，主要包括三半式庫體、安裝于庫體上的兩半式螺栓拉伸器和內(nèi)嵌于庫體的 螺母齒輪套筒35、傳動齒輪30、驅(qū)動齒輪38、小馬達19，三半式庫體由頂部的 半圓型螺栓庫上庫體44和下部的兩半四分之一圓弧的螺栓庫下庫體18構(gòu)成，螺 栓庫下庫體18上緣與螺栓庫上庫體44為銷軸式連接47,由兩側(cè)的伸縮機構(gòu)驅(qū)動開合運動；所述直線軸承3內(nèi)嵌于螺栓庫上庫體44，可大大減小庫體44在直 線導(dǎo)軌43上活動的摩擦力；所述伸縮機構(gòu)由銷45聯(lián)接于螺栓庫上庫體44的螺 栓庫開合液壓缸5和銷59聯(lián)接于螺栓庫下庫體18的螺栓庫開合活塞桿23構(gòu)成; 螺栓庫攜帶與法蘭孔數(shù)目相當(dāng)?shù)奶刂齐p頭螺柱20，庫體內(nèi)嵌周向定心的螺母齒 輪套筒35、傳動齒輪30、驅(qū)動齒輪38、小馬達19，小馬達19驅(qū)動與螺母齒輪 套筒35通過傳動齒輪30嚙合的驅(qū)動齒輪38以驅(qū)動已旋于雙頭螺柱之上的特制 螺母55轉(zhuǎn)動，螺栓庫遠離法蘭側(cè)安裝數(shù)目相當(dāng)?shù)膬砂胧铰菟ɡ炱?，夾持雙頭 螺柱20的特制粗牙端，在液壓驅(qū)動下可以拉伸螺柱20使螺母齒輪套筒35在小 馬達19較小力矩驅(qū)動下將螺母55旋緊螺柱20，實現(xiàn)大預(yù)緊力的螺栓聯(lián)接；所 述兩半式螺栓拉伸器由對稱兩半圓式螺栓拉伸器上體46、螺栓拉伸器下體16、 拉伸器開合活塞42及其中的液壓組件構(gòu)成，在液壓油驅(qū)動拉伸器開合活塞42作 用下，兩螺栓拉伸器上體46可沿徑向相互遠離或貼合，以抱緊或釋放特制螺柱 20，液壓油進入螺栓拉伸器上體46與螺栓拉伸器下體16之間的腔體時，可以使 螺栓拉伸器上體46沿特制螺柱20軸向遠離或靠近螺栓拉伸器下體16，從而實 現(xiàn)對螺柱20的拉伸。結(jié)合圖5和圖6對螺母庫結(jié)構(gòu)進行詳細說明，螺母庫體與螺栓庫體結(jié)構(gòu)相似， 為三半式開合結(jié)構(gòu)，由頂部的半圓螺母庫上庫體36和下部的兩半四分之一圓弧 的螺母庫下庫體22構(gòu)成，通過直線軸承37懸掛于內(nèi)框架的兩直線導(dǎo)軌43上， 通過內(nèi)嵌于螺母庫上庫體36中上部的螺母庫液壓缸34驅(qū)動銷聯(lián)接于內(nèi)框架的螺 母庫活塞桿52實現(xiàn)螺母庫沿直線導(dǎo)軌43的軸向運動，所述直線軸承37內(nèi)嵌于 螺母庫上庫體36，可大大減小庫體36在直線導(dǎo)軌43上滑道的摩擦力；螺母庫 下庫體22上緣與螺母庫上庫體36為銷軸式連接11，由兩側(cè)的伸縮機構(gòu)驅(qū)動其 開合運動，所述伸縮機構(gòu)由通過銷14聯(lián)接于螺母庫上庫體36的螺母庫開合液壓 缸33和通過銷58聯(lián)接于螺母庫下庫體22的螺母庫開合活塞桿57構(gòu)成；螺母庫 攜帶與法蘭孔數(shù)目相當(dāng)?shù)奶刂坡菽?0，庫體內(nèi)嵌周向定心的螺母旋緊器24，螺 母旋緊器24作用及結(jié)構(gòu)皆等同于螺栓庫螺母齒輪套筒35及其驅(qū)動齒輪組件，特 制螺母40和彈簧54預(yù)裝在螺母旋緊器24內(nèi)，彈簧54抵于螺母40之后可以在 保持螺母40在聯(lián)接時與螺柱20的貼合，螺母旋緊器24驅(qū)動特制螺母40轉(zhuǎn)動旋 進螺柱20，進行螺栓螺母初聯(lián)接。結(jié)合圖6對特制雙頭螺柱20和特制螺母40，特制螺母55加以說明，雙頭 螺柱20—端特制為多圈凹槽，與螺栓拉伸器上體46裝夾部分吻合，另一端加工 為錐臺型，以降低螺柱插入活動法蘭25孔及螺母40孔的難度。特制螺母55為 加厚螺母有助于螺母齒輪套筒35的定位，且特制螺母40外表內(nèi)嵌橡膠圈以增加 摩擦避免在運送過程中特制螺母40從螺母庫脫落。特制螺柱20配裝兩特制螺母 特制螺母40，特制螺母55，其中特制螺母55預(yù)裝于螺柱20上。結(jié)合圖6詳細說明螺栓拉伸器及螺母驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)和螺栓預(yù)緊的實現(xiàn)過 程，在螺栓庫的螺栓20穿過活動法蘭25和固定法蘭56貼緊螺母40后，螺母 庫內(nèi)嵌的螺母旋緊器24啟動，帶動螺母40的旋轉(zhuǎn)，在螺母40后部彈簧54的 推力下使螺母40旋進特制螺柱20的螺紋部分直至貼緊固定法蘭56表面并達到 一定預(yù)緊力；此時，螺栓拉伸器動作，在液壓控制下，螺栓拉伸器兩半上體46 夾緊特制螺柱20后端多圈凹槽的同時沿螺柱20軸向升高，拉伸螺柱20至預(yù)計 算拉伸量，此時螺栓庫內(nèi)嵌螺母驅(qū)動裝置啟動，小馬達19通過驅(qū)動齒輪38和 傳動齒輪30嚙合螺母齒輪套筒35旋轉(zhuǎn)，帶動特制螺母55旋轉(zhuǎn)至貼緊活動法蘭 25表面；然后螺栓拉伸器兩半式上體46通過拉伸器開合活塞42分離，釋放螺 柱20并保證在螺栓庫撤退時螺柱20能順利脫離庫體，完成螺栓的預(yù)緊工作。結(jié)合圖l，圖2，圖3，圖4，圖5，圖6，具體說明一體式管道法蘭螺栓聯(lián) 接機具工作流程如下1、 由運送載體39進行布置。由運送載體39將一體式法蘭螺栓聯(lián)接機具攜 送至管道待連接法蘭處，并在定位座IO糾偏作用下使機具由管道正上方騎跨至 管道，布置要保證螺栓庫在活動管道6上而螺母庫在固定管道27上。2、 定位至管道。機具兩端液壓卡爪8動作，抱緊管道，可以消除上一步軸 向?qū)?zhǔn)時遺留的活動管道6和固定管道27的軸向小誤差。3、 螺栓庫貼近活動法蘭25。螺栓庫軸向驅(qū)動螺栓庫液壓缸2動作，螺栓庫 慢慢靠近活動法蘭25，在攝像頭61和力傳感器49監(jiān)測下液壓缸2停止動作。4、 螺栓尋孔。在螺栓庫上攝像頭61監(jiān)測下外框架上兩端擺動液壓缸13啟 動，沿一個方向帶動內(nèi)框架繞管道軸線緩慢轉(zhuǎn)動(<=45度)，當(dāng)螺柱20對準(zhǔn)活 動法蘭25孔時，螺栓庫液壓缸2動作，螺栓庫軸向前進螺柱20被推入法蘭25 孔，至此完成螺栓的尋孔。5、 法蘭孔對齊。螺柱20穿過活動法蘭25，尖端抵觸于固定法蘭56表面， 在螺母庫攝像頭41監(jiān)測下，外框架上的擺動液壓缸此時啟動，帶動內(nèi)框架繞管 道軸線緩慢轉(zhuǎn)動，插于活動法蘭25的螺柱20帶動活動法蘭25—起轉(zhuǎn)動，進行 兩法蘭孔對齊的工作；轉(zhuǎn)動過程(<=45度)中，當(dāng)螺柱20尖端對準(zhǔn)固定法蘭56 的孔時，周向運動停止，內(nèi)框架停轉(zhuǎn)，螺栓庫液壓缸2動作，螺栓庫軸向前進， 螺柱20被推入固定法蘭56孔，此時完成固定法蘭56和活動法蘭25的孔對齊。6、 螺母旋進螺栓。螺栓庫軸向驅(qū)動螺栓庫液壓缸2動作，螺栓庫繼續(xù)沿導(dǎo) 軌43前行，在傳感器49監(jiān)測下，螺柱20穿過兩法蘭貼緊螺母40。螺母庫液壓 缸34動作，螺母庫沿直線導(dǎo)軌43滑動向固定法蘭56前進，在傳感器49監(jiān)測下 至螺母庫貼緊固定法蘭56面時停，此時螺母40底部彈簧54被最大壓縮。螺母 旋緊器24動作，帶動螺母40旋進螺柱20至指定預(yù)緊力。7、 螺柱拉伸做最后預(yù)緊。在特制螺母40旋緊達到指定預(yù)緊力后，螺栓拉伸 器動作，拉伸螺柱20至指定伸長量，小馬達19通過驅(qū)動齒輪38和傳動齒輪30 嚙合螺母齒輪套筒35旋轉(zhuǎn)，帶動特制螺母55在螺柱上旋進指定圈數(shù)或旋轉(zhuǎn)至貼 緊活動法蘭25表面，然后螺栓拉伸上體46歸位，打開脫離螺柱20，至此螺栓 預(yù)緊工作完成。8、 退出。完成連接工作后，螺栓庫螺母庫軸向后退逐漸離開法蘭，然后螺 栓庫下庫體18螺母庫庫下庫體16打開，在外部設(shè)備39與其接應(yīng)后，兩端液壓 卡爪8打開，即可離開作業(yè)現(xiàn)場，完成工作。本發(fā)明還可以包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征所述內(nèi)框架的周向運動，即繞管道軸線旋轉(zhuǎn)的運動還可以由液壓馬達驅(qū)動主 動輪嚙合內(nèi)框架上的旋轉(zhuǎn)齒圈61的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)，結(jié)合圖7說明其具體結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn) 齒圈63代替旋轉(zhuǎn)體4與直線導(dǎo)軌43固聯(lián)為一體構(gòu)成內(nèi)框架，外框架相比前面所 述結(jié)構(gòu)減少了液壓擺動缸而在固定架上內(nèi)嵌了液壓馬達64，液壓馬達64上安裝 主動輪65，軸線與管道軸線平行，主動輪65嚙合旋轉(zhuǎn)齒圈63驅(qū)動整個內(nèi)框架 的周向運動。采用液壓擺動缸13可節(jié)省油量，更適合于油源緊張情況下.；但液 壓馬達64驅(qū)動主動輪65嚙合旋轉(zhuǎn)齒圈63可以使內(nèi)框架運動更平穩(wěn)精確，整個 機具徑向受力均衡，在油源充足條件下可實現(xiàn)更高精度的作業(yè)要求。
權(quán)利要求
1. 一體式遠程管道法蘭螺栓聯(lián)接機具，它由外框架、內(nèi)框架、螺栓庫、螺母庫構(gòu)成；其特征是外框架的組成包括定位架(10)，定位架的下端為半圓內(nèi)凹槽與接應(yīng)底座(9)配合，兩定位架(10)間通過桁架(1)固接，管道卡爪(8)通過銷內(nèi)嵌于定位架(10)兩側(cè)，管道卡爪液壓缸(7)通過銷聯(lián)接于定位架(10)上，管道卡爪活塞桿(53)通過銷聯(lián)接于管道卡爪(8)，壓蓋(29)與定位架(10)固聯(lián)構(gòu)成旋轉(zhuǎn)軌道并聯(lián)接旋轉(zhuǎn)體(4)，擺動缸(13)銷聯(lián)接于定位架(10)，驅(qū)動旋轉(zhuǎn)體(4)上聯(lián)接的活塞桿(12)；旋轉(zhuǎn)體(4)與直線導(dǎo)軌(43)、固定座(31)固聯(lián)為一體構(gòu)成內(nèi)框架，固定座(31)固聯(lián)于兩直線導(dǎo)軌(43)上，分別銷聯(lián)接螺栓庫活塞桿(32)和螺母庫活塞桿(52)；螺栓庫為三半式開合結(jié)構(gòu)，通過直線軸承(3)懸掛于內(nèi)框架的兩直線導(dǎo)軌(43)上，通過內(nèi)嵌于螺栓庫中上部的螺栓庫液壓缸(2)驅(qū)動內(nèi)框架的螺栓庫活塞桿(32)實現(xiàn)螺栓庫沿直線導(dǎo)軌(43)的軸向運動，主要包括三半式庫體、安裝于庫體上的兩半式螺栓拉伸器和內(nèi)嵌于庫體的螺母齒輪套筒(35)、傳動齒輪(30)、驅(qū)動齒輪(38)、小馬達(19)，三半式庫體由頂部的半圓型螺栓庫上庫體(44)和下部的兩半四分之一圓弧的螺栓庫下庫體(18)構(gòu)成，螺栓庫下庫體(18)上緣與螺栓庫上庫體(44)為銷軸式連接(47)；螺母庫為三半式開合結(jié)構(gòu)，由頂部的半圓螺母庫上庫體(36)和下部的兩半四分之一圓弧的螺母庫下庫體(22)構(gòu)成，通過直線軸承(37)懸掛于內(nèi)框架的兩直線導(dǎo)軌(43)上，通過內(nèi)嵌于螺母庫上庫體(36)中上部的螺母庫液壓缸(34)驅(qū)動銷聯(lián)接于內(nèi)框架的螺母庫活塞桿(52)實現(xiàn)螺母庫沿直線導(dǎo)軌(43)的軸向運動，主要包括三半式庫體、嵌于其中的螺母旋緊器(24)和監(jiān)視攝像頭(41)，所述直線軸承(37)內(nèi)嵌于螺母庫上庫體(36)，螺母庫下庫體(22)上緣與螺母庫上庫體(36)為銷軸式連接(11)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體式遠程管道法蘭螺栓聯(lián)接機具，其特征是 旋轉(zhuǎn)軌道為內(nèi)槽式，并在槽兩側(cè)鑲嵌軸承(48)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一體式遠程管道法蘭螺栓聯(lián)接機具，其特征是 旋轉(zhuǎn)體(4)為扇型，其上的凸臺與管道(27)和管道(6)同軸，內(nèi)嵌于外框架上的環(huán)型槽，兩側(cè)各一。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一體式遠程管道法蘭螺栓聯(lián)接機具，其特征是 螺栓庫中的直線軸承(3)內(nèi)嵌于螺栓庫上庫體(44)，所述伸縮機構(gòu)由銷聯(lián)接于螺 栓庫上庫體(44)的螺栓庫開合液壓缸(5)和銷聯(lián)接于螺栓庫下庫體(18)的螺栓庫 開合活塞桿(23)構(gòu)成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一體式遠程管道法蘭螺栓聯(lián)接機具，其特征是 伸縮機構(gòu)由通過銷聯(lián)接于螺母庫上庫體(36)的螺母庫開合液壓缸(33)和通過銷 聯(lián)接于螺母庫下庫體(22)的螺母庫開合活塞桿(57)構(gòu)成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一體式遠程管道法蘭螺栓聯(lián)接機具，其特征是 兩半式螺栓拉伸器由對稱兩半圓式螺栓拉伸器上體(46)、螺栓拉伸器下體U6)、 拉伸器開合活塞(42)及其中的液壓組件構(gòu)成，在液壓油驅(qū)動拉伸器開合活塞(42)作用下，兩螺栓拉伸器上體(46)可沿徑向相互遠離或貼合，以抱緊或 釋放特制螺柱(20)，液壓油進入螺栓拉伸器上體(46)與螺栓拉伸器下體(16) 之間的腔體時，可以使螺栓拉伸器上體(46)沿特制螺柱(20)軸向遠離或靠 近螺栓拉伸器下體(16)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一體式遠程管道法蘭螺栓聯(lián)接機具，其特征是 旋轉(zhuǎn)齒圈(63)與直線導(dǎo)軌(43)固聯(lián)為一體構(gòu)成內(nèi)框架，外框架的固定架上 內(nèi)嵌有液壓馬達(64)，液壓馬達(64)上安裝主動輪(65)，軸線與管道軸線 平行，主動輪(65)嚙合旋轉(zhuǎn)齒圈(63)驅(qū)動整個內(nèi)框架的周向運動。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一體式遠程管道法蘭螺栓聯(lián)接機具，其特征是 螺母旋緊器(24)為階梯孔設(shè)計，前端可放入彈簧(54)和特制螺母(40)，螺 母(40)周圍內(nèi)嵌有多環(huán)橡膠圈。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種一體式、可遠程控制的、能完成自主尋正螺孔、進行法蘭孔對齊并實現(xiàn)螺母與螺栓聯(lián)接和預(yù)緊的管道法蘭螺栓聯(lián)接機具，它由外框架、內(nèi)框架、螺栓庫、螺母庫構(gòu)成，外框架是整個機具的基體，通過兩端卡爪可自定位于管道；內(nèi)框架包括旋轉(zhuǎn)體，旋轉(zhuǎn)體與外框架為滑槽式聯(lián)接，兩旋轉(zhuǎn)體間固聯(lián)兩直線導(dǎo)軌，導(dǎo)軌兩端固聯(lián)固定座，由外框架上的液壓擺動缸驅(qū)動旋轉(zhuǎn)體可帶動內(nèi)框架繞管道中心軸旋轉(zhuǎn)；螺栓庫和螺母庫為三半式開合結(jié)構(gòu)，懸掛于內(nèi)框架的兩導(dǎo)軌上，由兩側(cè)的伸縮機構(gòu)驅(qū)動開合運動，螺栓庫上安裝兩半式螺栓拉伸器和螺母驅(qū)動裝置；螺母庫內(nèi)嵌螺母旋緊器，螺母庫和螺栓庫分別與導(dǎo)軌上的固定座之間聯(lián)結(jié)軸向驅(qū)動裝置可沿導(dǎo)軌滑動。
文檔編號F16L1/26GK101303094SQ20081006466
公開日2008年11月12日 申請日期2008年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月4日
發(fā)明者劉少智, 劉明珠, 徐洪全, 偉 李, 林秋紅, 王文明, 王立權(quán), 陳東良, 陳立鵬 申請人:哈爾濱工程大學(xué)