海洋鋪管船張緊器履帶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

近幾年， 中國(guó)海洋石油、天然氣開(kāi)發(fā)不斷取得新進(jìn)展， 油氣產(chǎn)量逐年增加。海上開(kāi)采出的石油天然氣主要靠管道進(jìn)行輸送， 海洋管道鋪設(shè)技術(shù)在油氣集輸中的作用越來(lái)越重要。張緊器是海洋管道鋪設(shè)中的重要設(shè)備之一， 其主要作用是夾持管道，并能在管道鋪設(shè)過(guò)程中以一定的速度均勻收、放管道。

海洋鋪管船用張緊器如圖1示。履帶系統(tǒng)懸架設(shè)計(jì)成主框架加兩翼框架的組合結(jié)構(gòu)，在兩翼框架下方均勻布置液壓彈簧或油氣彈簧，在彈簧裝置下安裝履帶支重輪組。在壓力作用下，彈簧沿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上下運(yùn)動(dòng)，彈簧帶限位沖擊裝置，防止瞬間壓力過(guò)大損壞彈簧。兩翼框架上方布置帶有彈性吸震裝置的支重輪組。因其主框架、彈簧、支重輪、托帶輪的合理設(shè)計(jì)和布置，具有框架受力變形小；懸架系統(tǒng)壓力均勻分布；異物通過(guò)時(shí)，懸架有良好的通過(guò)性；履帶工作過(guò)程中，懸架有良好的減震降噪作用。模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)安全可靠，安裝過(guò)程簡(jiǎn)單，保養(yǎng)維護(hù)方便等特點(diǎn)。

圖1 內(nèi)懸架及履帶系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

履帶是用來(lái)將履帶式機(jī)械的重量和作用力傳給管子表面，并保證履帶式機(jī)械能發(fā)出足夠的驅(qū)動(dòng)力。履帶板上有橡膠塊，橡膠塊板的功用是將履帶上的壓緊力均勻作用在管子上，產(chǎn)生較大摩擦阻力，以?shī)A持住管線或拖動(dòng)管子，并避免管子表面機(jī)械損傷。張緊器結(jié)構(gòu)分析軟件采用ANSYS有限元分析軟件。由于ANSYS軟件中的建模功能較Pro/E軟件遜色不少，而且一般都是先用Pro/E進(jìn)行三維建模然后再進(jìn)行有限元分析。將Pro/E中已建好的模型導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行分析，可避免了對(duì)現(xiàn)有三維模型再次建模的工作，大大提高了研究與分析的效率。 張緊器履帶是將履帶系統(tǒng)的質(zhì)量和夾緊作用力傳給管子表面，并保證履帶式機(jī)械能發(fā)出足夠的驅(qū)動(dòng)力。履帶的工作條件惡劣，受力情況不良，易磨損。因此，除了要求履帶有良好的結(jié)構(gòu)外， 還要求它有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐磨性，但質(zhì)量還應(yīng)盡可能輕。

履帶板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)鋪管船的功能可知，鋪管對(duì)象為最小管外徑尺寸：6英寸，最大管外徑尺寸：60英寸。所以選用V字型履帶板。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。每條履帶總成由履帶板、鏈軌節(jié)（左、右）、密封圈、履帶銷(xiāo)軸和軸套等組成。

圖2 履帶板三維結(jié)構(gòu)圖

履帶板的有限元分析

根據(jù)單個(gè)履帶板在工作中所承的最大靜壓力估算為2.57Mpa，施工加在履帶板兩邊。材料的模量為2.06X1011，泊松比為0.3。

圖3 履帶板有限元分析結(jié)果

從圖3有限元分析結(jié)果看，沿受力主方向變形大小最大為6.57mm，對(duì)于履帶板全長(zhǎng)為1540mm來(lái)說(shuō)，變形量很小，可以滿(mǎn)足工作條件需要。

結(jié)論

從履帶板的有限元分析結(jié)果來(lái)看，整個(gè)鏈履帶板在受到最大壓力作用后，最大最形不超過(guò)6.57mm，從整體是可以滿(mǎn)足使用要求的。但從右邊變形最大處看，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有些不合理，需做一些改動(dòng)，讓零件受力變形更均勻。

通過(guò)對(duì)張緊器各零件的有限元分析，不但形象直觀地看到零件在受力后的應(yīng)力和變形情況，而且還能發(fā)現(xiàn)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，以便及時(shí)更正。根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料力學(xué)等相關(guān)知識(shí)，對(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，也能發(fā)現(xiàn)有限元結(jié)構(gòu)分析是否合理和正確。同時(shí)我們也可以利用有限元分析軟件優(yōu)化零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而達(dá)到優(yōu)化張緊器整機(jī)結(jié)構(gòu)的目的。

（作者單位：神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司設(shè)備維修中心）