CN110374394B - 海水塔的升降装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海水塔的升降装置及其控制方法，属于海洋工程装备领域。升降装置包括驱动组件和两组升降组件；每组升降组件包括齿条、爬升齿轮、离合器和传动齿轮；在每组升降组件中，传动齿轮通过离合器与爬升齿轮传动连接，爬升齿轮与齿条啮合；两组升降组件中的齿条分别布置在三个弦管中的两个弦管上，齿条的延伸方向与弦管的延伸方向相同；驱动组件包括伸缩部件和驱动齿轮；驱动齿轮分别与两组升降组件中的传动齿轮啮合；伸缩部件具有固定端和伸缩端，固定端用于固定在海工平台上，伸缩端铰接在驱动齿轮的端面的非圆心区域，伸缩端相对于固定端作直线反复运动。本发明可以有效降低实现成本。

Description

海水塔的升降装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及海洋工程装备领域，特别涉及一种海水塔的升降装置及其控制方法。

背景技术

海水提升装置是海工平台的重要设备，用于保证海工平台的冷却循环系统、冲桩系统、生活污水系统等的海水供给。海水塔是海水提升系统的重要组成，主要用于海水泵的收放工作。当需要海水提升装置供给海水时，升降机构驱动海水塔下降，直至海水泵与海水接触，使得海水泵能够将海水泵送至海工平台上。

目前海水塔的升降装置包括齿条、至少两个升降齿轮、以及与升降齿轮一一对应的电机。齿条沿海水塔的长度方向布置在海水塔上，至少两个升降齿轮分别与齿条的两侧啮合，各个齿轮分别与对应的电机传动连接，所有电机均安装在海工平台上。驱动电机转动，带动升降齿轮转动，升降齿轮沿齿条的长度方向运动，使得海工平台和海水塔之间相对移动，实现海水塔的升降。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

为了实现海水塔的平衡升降，升降装置需要至少两个升降齿轮同时沿齿条的长度方向运动。而每个升降齿轮都需要单独配置一个电机驱动，因此升降装置需要配置至少两个电机进行驱动，实现成本较高。

发明内容

本发明实施例提供了一种海水塔的升降装置及其控制方法，可以减少驱动设备的数量，降低升降装置的实现成本。所述技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种海水塔的升降装置，所述海水塔包括桁架结构和三个相互平行布置的弦管，三个所述弦管之间通过所述桁架结构相连；所述升降装置包括驱动组件和两组升降组件；每组所述升降组件包括齿条、爬升齿轮、离合器和传动齿轮；在每组所述升降组件中，所述传动齿轮通过所述离合器与所述爬升齿轮传动连接，所述爬升齿轮与所述齿条啮合；所述两组升降组件中的齿条分别布置在三个弦管中的两个弦管上，所述齿条的延伸方向与所述弦管的延伸方向相同；所述驱动组件包括伸缩部件和驱动齿轮；所述驱动齿轮分别与所述两组升降组件中的传动齿轮啮合；所述伸缩部件具有固定端和伸缩端，所述固定端用于固定在海工平台上，所述伸缩端铰接在所述驱动齿轮的端面的非圆心区域，所述伸缩端相对于所述固定端作直线反复运动。

可选地，所述伸缩端与所述驱动齿轮的圆心之间的距离为所述驱动齿轮的直径的1/2以上。

进一步地，所述驱动齿轮的直径为所述传动齿轮的直径的2倍以上。

可选地，直线反复运动的轨迹在所述驱动齿轮的端面上对应的圆心角小于所述两组升降组件中的传动齿轮与所述驱动齿轮的啮合角。

可选地，在每组所述升降组件中，所述传动齿轮与所述爬升齿轮同轴设置，所述离合器为牙嵌式离合器或者摩擦离合器。

可选地，每组所述升降组件还包括传动支架和爬升支架，所述传动支架和所述爬升支架用于分别固定在海工平台上，所述传动齿轮通过轴承安装在所述传动支架上，所述爬升齿轮通过轴承安装在所述爬升支架上。

可选地，所述驱动齿轮为凸轮，所述凸轮的边缘对称设有啮合齿。

可选地，所述伸缩部件为液压油缸或者气缸。

第二方面，本发明实施例提供了一种第一方面提供的海水塔的升降装置的控制方法，所述控制方法包括：

步骤S11，增大所述伸缩端与所述固定端之间的距离，并控制第一组所述升降组件中的离合器处于接合状态，第二组所述升降组件中的离合器处于分离状态，所述伸缩组件通过驱动齿轮和第一组所述升降组件中的传动齿轮带动第一组所述升降组件中的爬升齿轮转动；

步骤S12，减小所述伸缩端与所述固定端之间的距离，并控制第一组所述升降组件中的离合器处于分离状态，第二组所述升降组件中的离合器处于接合状态，所述伸缩组件通过所述驱动齿轮和第二组所述升降组件中的传动齿轮带动第二组所述升降组件中的爬升齿轮转动；

步骤S13，交替执行步骤S11和步骤S12，实现所述海水塔的上升。

第三方面，本发明实施例提供了一种第一方面提供的海水塔的升降装置的控制方法，所述控制方法包括：

步骤S21，增大所述伸缩端与所述固定端之间的距离，并控制第一组所述升降组件中的离合器处于分离状态，第二组所述升降组件中的离合器处于接合状态，所述伸缩组件通过驱动齿轮和第二组所述升降组件中的传动齿轮带动第二组所述升降组件中的爬升齿轮转动；

步骤S22，减小所述伸缩端与所述固定端之间的距离，并控制第一组所述升降组件中的离合器处于接合状态，第二组所述升降组件中的离合器处于分离状态，所述伸缩组件通过所述驱动齿轮和第一组所述升降组件中的传动齿轮带动第一组所述升降组件中的爬升齿轮转动；

步骤S23，交替执行步骤S21和步骤S22，实现所述海水塔的下降。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过伸缩部件的直线反复运动带动驱动齿轮的往复摆动运动，驱动齿轮运动过程中可以同时带动两组升降组件中的传动齿轮同向转动，同时利用两组升降组件中的离合器将传动齿轮和爬升齿轮接合或者分离，使得两组升降组件中转动方向与海水塔的升降方向相同的爬升齿轮与同一组升降组件中的传动齿轮接合，转动方向与海水塔的升降方向相反的爬升齿轮与同一组升降组件中的传动齿轮分离，从而实现海水塔的上升或者下降。而且整个升降装置只需要配置一个驱动设备，可以有效降低实现成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种海水塔的升降装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种海水塔的升降装置的俯视图；

图3是本发明实施例提供的驱动组件的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的升降组件的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的离合器的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的驱动组件的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种海水塔的升降装置的控制方法的流程图；

图8是本发明实施例提供的一种海水塔的升降装置的控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种海水塔的升降装置。图1为本发明实施例提供的一种海水塔的升降装置的结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种海水塔的升降装置的俯视图。参见图1和图2，海水塔包括桁架结构11和三个相互平行布置的弦管12，三个弦管12之间通过桁架结构11相连。升降装置包括驱动组件20和两组升降组件30。每组升降组件30包括齿条31、爬升齿轮32、离合器33和传动齿轮34。在每组升降组件30中，传动齿轮34通过离合器33与爬升齿轮32传动连接，爬升齿轮32与齿条31啮合。两组升降组件30中的齿条31分别布置在三个弦管12中的两个弦管12上，齿条31的延伸方向与弦管12的延伸方向相同。

图3为本发明实施例提供的驱动组件的结构示意图。参见图3，驱动组件20包括伸缩部件21和驱动齿轮22。驱动齿轮22分别与两组升降组件30中的传动齿轮34啮合。伸缩部件21具有固定端21a和伸缩端21b，固定端21a用于固定在海工平台上，伸缩端21b铰接在驱动齿轮22的端面的非圆心区域，伸缩端21b相对于固定端21a作直线反复运动。

本发明实施例通过伸缩部件的直线反复运动带动驱动齿轮的往复摆动运动，驱动齿轮运动过程中可以同时带动两组升降组件中的传动齿轮同向转动，同时利用两组升降组件中的离合器将传动齿轮和爬升齿轮接合或者分离，使得两组升降组件中转动方向与海水塔的升降方向相同的爬升齿轮与同一组升降组件中的传动齿轮接合，转动方向与海水塔的升降方向相反的爬升齿轮与同一组升降组件中的传动齿轮分离，从而实现海水塔的上升或者下降。而且整个升降装置只需要配置一个驱动设备，可以有效降低实现成本。

另外，采用齿轮齿条作为啮合传动机构，采用伸缩部件作为驱动机构，可以解决液压插销式升降机构动作不连续、升降速度慢的问题。而且偏心驱动的方式，与中心驱动的方式相比，可以有效提高驱动力矩，增加海水提升系统的载荷。

可选地，如图3所示，伸缩端21b与驱动齿轮22的圆心之间的距离d可以为驱动齿轮22的直径的1/2以上，如2/3。一方面可以将伸缩部件的直线反复运动有效转换为驱动齿轮的往复摆动运动，另一方面可以合理控制往复摆动运动的行程。

进一步地，驱动齿轮22的直径可以为传动齿轮34的直径的2倍以上，如3倍。与往复摆动运动的行程配合，控制驱动齿轮上啮合齿的分布位置，有利于减少啮合齿的加工成本。

可选地，直线反复运动的轨迹在驱动齿轮22的端面上对应的圆心角可以小于两组升降组件30中的传动齿轮34与驱动齿轮22的啮合角。通过限定伸缩部件的运动行程，可以保证两组升降组件中的传动齿轮与驱动齿轮有效啮合。

进一步地，直线反复运动的轨迹在驱动齿轮的端面上对应的圆心角可以为30°～40°，可以减少驱动齿轮上啮合齿的数量，降低加工成本。

图4为本发明实施例提供的升降组件的结构示意图。参见图4，可选地，在每组升降组件30中，传动齿轮34与爬升齿轮32同轴设置，离合器33可以为牙嵌式离合器或者摩擦离合器，优选牙嵌式离合器，可以有效传递动力。

图5为本发明实施例提供的离合器的结构示意图。参见图5，进一步地，离合器33可以包括壳体331以及设置在壳体331内的弹簧332、卡盘333和固定盘334，卡盘333、固定盘334和爬升齿轮32依次套设在同一个转轴上，弹簧332夹设在卡盘333和固定盘334之间，卡盘333朝向传动齿轮34的端面设有用于夹住传动齿轮34的转轴的卡槽333a。

在实际应用中，如图5所示，当向壳体331内注入液压油时，液压油在卡盘333设有卡槽333a的第一端面上的作用面积小于液压油在与第一端面相反的第二端面上的作用面积，因此卡盘333在液压油的作用下，克服弹簧332的作用力，向传动齿轮34运动，卡槽333a卡住传动齿轮34，爬升齿轮32通过卡盘333与传动齿轮34接合。当壳体331内没有液压油时，卡盘333在弹簧332的作用下，远离传动齿轮34，爬升齿轮32与传动齿轮34分离。

进一步地，传动齿轮34的转轴、爬升齿轮32的转轴可以通过轴承安装在壳体331上。另外，壳体331上可以设有轴端密封、弹性挡圈等密封结构。

可选地，如图4所示，每组升降组件30还包括传动支架35和爬升支架36，传动支架35和爬升支架36用于分别固定在海工平台上，传动齿轮34通过轴承安装在传动支架35上，爬升齿轮32通过轴承安装在爬升支架36上，有利于升降装置的稳定运行。

图6为本发明实施例提供的驱动组件的结构示意图。参见图6，驱动组件20还可以包括驱动支架23，驱动支架23固定在海工平台上，驱动齿轮22通过轴承安装在驱动支架23上，有利于升降装置的稳定运行。

在实际应用中，驱动支架23、传动支架35和爬升支架36都可以通过螺栓固定在海工平台上。

可选地，驱动齿轮22可以为凸轮，凸轮的边缘对称设有啮合齿，便于实现驱动齿轮的往复摆动运动。

可选地，伸缩部件21可以为液压油缸或者气缸，优选液压油缸，动力稳定持久，而且实现成本低。

本发明实施例提供了一种海水塔的升降装置的控制方法，适用于控制图1和图2所示的海水塔的升降装置。图7为本发明实施例提供的一种海水塔的升降装置的控制方法的流程图。参见图7，该控制方法包括：

步骤S11，增大伸缩端与固定端之间的距离，并控制第一组升降组件中的离合器处于接合状态，第二组升降组件中的离合器处于分离状态，伸缩组件通过驱动齿轮和第一组升降组件中的传动齿轮带动第一组升降组件中的爬升齿轮转动。

以图3为例，增大伸缩端21b与固定端21a之间的距离，驱动齿轮22顺时针转动，带动左右两组升降组件中的传动齿轮34均沿逆时针转动。如图2所示，左侧的升降组件中的离合器30处于接合状态，右侧的升降组件中的离合器30处于分离状态，驱使左侧的升降组件中的爬升齿轮32逆时针转动，与爬升齿轮32啮合的齿条31向上移动，海水塔上升。另外，在海水塔上升的过程中，右侧的升降组件中的爬升齿轮32被带动沿顺时针转动。

步骤S12，减小伸缩端与固定端之间的距离，并控制第一组升降组件中的离合器处于分离状态，第二组升降组件中的离合器处于接合状态，伸缩组件通过驱动齿轮和第二组升降组件中的传动齿轮带动第二组升降组件中的爬升齿轮转动。

以图3为例，减小伸缩端21b与固定端21a之间的距离，驱动齿轮22逆时针转动，带动左右两组升降组件中的传动齿轮34均沿顺时针转动。如图2所示，左侧的升降组件中的离合器30处于分离状态，右侧的升降组件中的离合器30处于接合状态，驱使右侧的升降组件中的爬升齿轮32顺时针转动，与爬升齿轮32啮合的齿条31向上移动，海水塔上升。另外，在海水塔上升的过程中，左侧的升降组件中的爬升齿轮32被带动沿逆时针转动。

步骤S13，交替执行步骤S11和步骤S12，实现海水塔的上升。

本发明实施例提供了一种海水塔的升降装置的控制方法，适用于控制图1和图2所示的海水塔的升降装置。图8为本发明实施例提供的一种海水塔的升降装置的控制方法的流程图。参见图8，该控制方法包括：

步骤S21，增大伸缩端与固定端之间的距离，并控制第一组升降组件中的离合器处于分离状态，第二组升降组件中的离合器处于接合状态，伸缩组件通过驱动齿轮和第二组升降组件中的传动齿轮带动第二组升降组件中的爬升齿轮转动。

以图3为例，增大伸缩端21b与固定端21a之间的距离，驱动齿轮22顺时针转动，带动左右两组升降组件中的传动齿轮34均沿逆时针转动。如图2所示，左侧的升降组件中的离合器30处于分离状态，右侧的升降组件中的离合器30处于接合状态，驱使右侧的升降组件中的爬升齿轮32逆时针转动，与爬升齿轮32啮合的齿条31向下移动，海水塔下降。另外，在海水塔下降的过程中，左侧的升降组件中的爬升齿轮32被带动沿顺时针转动。

步骤S22，减小伸缩端与固定端之间的距离，并控制第一组升降组件中的离合器处于接合状态，第二组升降组件中的离合器处于分离状态，伸缩组件通过驱动齿轮和第一组升降组件中的传动齿轮带动第一组升降组件中的爬升齿轮转动。

以图3为例，减小伸缩端21b与固定端21a之间的距离，驱动齿轮22逆时针转动，带动左右两组升降组件中的传动齿轮34均沿顺时针转动。如图2所示，左侧的升降组件中的离合器30处于接合状态，右侧的升降组件中的离合器30处于分离状态，驱使左侧的升降组件中的爬升齿轮32顺时针转动，与爬升齿轮32啮合的齿条31向下移动，海水塔下降。另外，在海水塔下降的过程中，右侧的升降组件中的爬升齿轮32被带动沿逆时针转动。

步骤S23，交替执行步骤S21和步骤S22，实现海水塔的下降。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海水塔的升降装置，其特征在于，所述海水塔包括桁架结构(11)和三个相互平行布置的弦管(12)，三个所述弦管(12)之间通过所述桁架结构(11)相连；所述升降装置包括驱动组件(20)和两组升降组件(30)；每组所述升降组件(30)包括齿条(31)、爬升齿轮(32)、离合器(33)和传动齿轮(34)；在每组所述升降组件(30)中，所述传动齿轮(34)通过所述离合器(33)与所述爬升齿轮(32)同轴传动连接，所述爬升齿轮(32)与所述齿条(31)啮合；所述两组升降组件(30)中的齿条(31)分别布置在三个弦管(12)中的两个弦管(12)上，所述齿条(31)的延伸方向与所述弦管(12)的延伸方向相同；所述驱动组件(20)包括伸缩部件(21)和驱动齿轮(22)；所述驱动齿轮(22)分别与所述两组升降组件(30)中的传动齿轮(34)啮合；所述伸缩部件(21)具有固定端(21a)和伸缩端(21b)，所述固定端(21a)用于固定在海工平台上，所述伸缩端(21b)铰接在所述驱动齿轮(22)的端面的非圆心区域，所述伸缩端(21b)相对于所述固定端(21a)作直线反复运动。

2.根据权利要求1所述的升降装置，其特征在于，所述伸缩端(21b)与所述驱动齿轮(22)的圆心之间的距离d为所述驱动齿轮(22)的直径的1/2以上。

3.根据权利要求2所述的升降装置，其特征在于，所述驱动齿轮(22)的直径为所述传动齿轮(34)的直径的2倍以上。

4.根据权利要求1～3任一项所述的升降装置，其特征在于，直线反复运动的轨迹在所述驱动齿轮(22)的端面上对应的圆心角小于所述两组升降组件(30)中的传动齿轮(34)与所述驱动齿轮(22)的啮合角。

5.根据权利要求1～3任一项所述的升降装置，其特征在于，在每组所述升降组件(30)中，所述传动齿轮(34)与所述爬升齿轮(32)同轴设置，所述离合器(33)为牙嵌式离合器或者摩擦离合器。

6.根据权利要求1～3任一项所述的升降装置，其特征在于，每组所述升降组件(30)还包括传动支架(35)和爬升支架(36)，所述传动支架(35)和所述爬升支架(36)用于分别固定在海工平台上，所述传动齿轮(34)通过轴承安装在所述传动支架(35)上，所述爬升齿轮(32)通过轴承安装在所述爬升支架(36)上。

7.根据权利要求1～3任一项所述的升降装置，其特征在于，所述驱动齿轮(22)为凸轮，所述凸轮的边缘对称设有啮合齿。

8.根据权利要求1～3任一项所述的升降装置，其特征在于，所述伸缩部件(21)为液压油缸或者气缸。

9.一种如权利要求1～8任一项所述的海水塔的升降装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

步骤S11，增大所述伸缩端与所述固定端之间的距离，并控制第一组所述升降组件中的离合器处于接合状态，第二组所述升降组件中的离合器处于分离状态，所述伸缩组件通过驱动齿轮和第一组所述升降组件中的传动齿轮带动第一组所述升降组件中的爬升齿轮转动；

步骤S12，减小所述伸缩端与所述固定端之间的距离，并控制第一组所述升降组件中的离合器处于分离状态，第二组所述升降组件中的离合器处于接合状态，所述伸缩组件通过所述驱动齿轮和第二组所述升降组件中的传动齿轮带动第二组所述升降组件中的爬升齿轮转动；

步骤S13，交替执行步骤S11和步骤S12，实现所述海水塔的上升。

10.一种如权利要求1～8任一项所述的海水塔的升降装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

步骤S21，增大所述伸缩端与所述固定端之间的距离，并控制第一组所述升降组件中的离合器处于分离状态，第二组所述升降组件中的离合器处于接合状态，所述伸缩组件通过驱动齿轮和第二组所述升降组件中的传动齿轮带动第二组所述升降组件中的爬升齿轮转动；

步骤S22，减小所述伸缩端与所述固定端之间的距离，并控制第一组所述升降组件中的离合器处于接合状态，第二组所述升降组件中的离合器处于分离状态，所述伸缩组件通过所述驱动齿轮和第一组所述升降组件中的传动齿轮带动第一组所述升降组件中的爬升齿轮转动；

步骤S23，交替执行步骤S21和步骤S22，实现所述海水塔的下降。

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