自升式海洋平臺(tái)液壓升降裝置的緩沖裝置及其設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及液壓升降設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及自升式海洋平臺(tái)液壓升降裝置的緩沖裝置及其設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，自升式海洋平臺(tái)在升降粧腿時(shí)，一般在平靜海況，即波浪比較輕微的條件下進(jìn)行。即使在這種時(shí)候，由于平臺(tái)和粧腿處于漂浮狀態(tài)，隨波浪上下波動(dòng)。特別海洋平臺(tái)的波動(dòng)幅度較大而搖擺周期又小，將導(dǎo)致粧腿速度變大；尤其在水深較大、粧腿較長(zhǎng)的情況下，粧腿下端具有較大的速度和加速度。當(dāng)粧腿接近海床時(shí)，與海床發(fā)生碰撞時(shí)產(chǎn)生巨大的沖擊力，如果不采取措施對(duì)這個(gè)沖擊力進(jìn)行緩沖，升降裝置及海洋平臺(tái)就可能發(fā)生破壞。
[0003]為避免事故發(fā)生，在升降裝置和粧腿上加裝其他各種機(jī)械式緩沖裝置，如緩沖墊等。這樣就使得機(jī)構(gòu)的重量和尺寸都增加，這是一種被動(dòng)的解決方法，問(wèn)題的解決也不盡人意?，F(xiàn)有的解決措施還有依靠油缸本身的液壓阻尼進(jìn)行緩沖并通過(guò)平衡閥系統(tǒng)避免油缸內(nèi)壓力過(guò)高，然而由于油缸內(nèi)活塞的行程有限，當(dāng)活塞行程接近極限時(shí)仍會(huì)在緩沖時(shí)發(fā)生碰撞。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)以上問(wèn)題，提供一種能夠依靠油缸進(jìn)行液壓緩沖并且可避免活塞與油缸內(nèi)腔發(fā)生碰撞的自升式海洋平臺(tái)液壓升降裝置的緩沖裝置及其設(shè)計(jì)方法。
[0005]為了解決以上問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種自升式海洋平臺(tái)液壓升降裝置的緩沖裝置，包括主油缸、第一平衡閥和第二平衡閥，所述主油缸包括活塞，所述主油缸的內(nèi)腔的上下兩端分別依次設(shè)有上油口和節(jié)流口，所述上油口和節(jié)流口分別對(duì)應(yīng)連接第一平衡閥的進(jìn)油口和第二平衡閥的進(jìn)油口，所述第一平衡閥的控制口和第二平衡閥的控制口分別對(duì)應(yīng)連接第二平衡閥出油口一端的管道和第一平衡閥出油口一端的管道；主油缸內(nèi)腔的長(zhǎng)度為L(zhǎng)+h，其中L為主油缸的活塞在主油缸內(nèi)的預(yù)設(shè)工作行程，h為活塞在緩沖沖擊時(shí)的緩沖行程，并將主油缸內(nèi)腔下側(cè)長(zhǎng)度為h的部分劃分為緩沖腔，將內(nèi)腔上側(cè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的部分劃分為工作腔，活塞在正常工作狀態(tài)下只在工作腔內(nèi)移動(dòng)。
[0006]進(jìn)一步，所述活塞底面上成型有導(dǎo)向桿并且在緩沖腔的底部成型有與導(dǎo)向桿配合的導(dǎo)向桿腔。
[0007]一種自升式海洋平臺(tái)液壓升降裝置的緩沖裝置的設(shè)計(jì)方法，該設(shè)計(jì)方法包括有緩沖腔長(zhǎng)度的計(jì)算、緩沖腔工作面積的計(jì)算、節(jié)流口面積的計(jì)算；
其中緩沖腔長(zhǎng)度的計(jì)算包括以下步驟:緩沖腔要為活塞提供緩沖行程，其長(zhǎng)度與活塞的緩沖行程相同，先根據(jù)公式M=mv2/2計(jì)算出海洋平臺(tái)在受到?jīng)_擊時(shí)的動(dòng)能，其中m為海洋平臺(tái)的質(zhì)量，V為海洋平臺(tái)在受沖擊時(shí)的速度，M為海洋平臺(tái)受沖擊時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能，海洋平臺(tái)受沖擊時(shí)的動(dòng)能會(huì)對(duì)主油缸活塞做功并由此進(jìn)行緩沖，即M=W，其中W為對(duì)活塞做的功，根據(jù)活塞做的功計(jì)算出活塞在主油缸內(nèi)的緩沖行程，即h=(mv2)/2ps，其中P為平衡閥的設(shè)定壓力，S為活塞的工作面積，h為活塞的緩沖行程，由于主油缸的緩沖腔長(zhǎng)度與活塞的緩沖行程長(zhǎng)度相同，因此以h作為緩沖腔的長(zhǎng)度；
所述緩沖腔工作面積的計(jì)算包括以下步驟:緩沖腔還要平衡活塞在沖擊時(shí)的慣性力，根據(jù)公式PA=-Hia計(jì)算出緩沖腔的工作面積，其中m為活塞的慣性質(zhì)量，a為海洋平臺(tái)受沖擊時(shí)活塞的加速度，P為緩沖腔內(nèi)液壓油的液壓，A為緩沖腔的有效工作面積；
所述節(jié)流口面積的計(jì)算包括以下步驟:節(jié)流口要使緩沖腔內(nèi)的壓力保持為液壓，先根據(jù)公式Q=V A計(jì)算出能夠保持緩沖腔內(nèi)液壓力穩(wěn)定的節(jié)流口流量，其中V為活塞的運(yùn)動(dòng)速度，A為緩沖腔的有效工作面積，Q為節(jié)流口的流量；然后根據(jù)公式f= Q/k P1/2計(jì)算出節(jié)流口的面積，其中P為緩沖腔內(nèi)液壓油的液壓，k為液壓油的相關(guān)系數(shù)，f為節(jié)流口的面積。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:主油缸的內(nèi)腔分為工作腔和緩沖腔，在主油缸正常工作時(shí)活塞不會(huì)下降到緩沖腔中，當(dāng)海洋平臺(tái)受到?jīng)_擊時(shí)工作腔和緩沖腔共同參與對(duì)活塞的緩沖，當(dāng)活塞下降到工作腔的極限位置時(shí)則由緩沖腔為活塞提供用于緩沖行程，確保活塞在受到?jīng)_擊時(shí)無(wú)論處于工作腔的哪個(gè)位置中均能有足夠的緩沖行程。
[0009]在對(duì)緩沖裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)沖擊時(shí)的動(dòng)能并將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為對(duì)活塞做功，由此計(jì)算出活塞的緩沖行程，并以緩沖行程作為緩沖腔的長(zhǎng)度，使緩沖腔能為活塞提供足夠的緩沖行程；根據(jù)沖擊時(shí)活塞的慣性力計(jì)算出緩沖腔的有效工作面積使緩沖腔在該面積時(shí)能與慣性力平衡；根據(jù)維持壓力穩(wěn)定而所需的流量結(jié)算出節(jié)流口的面積，使緩沖腔在平衡慣性力時(shí)能保持液壓穩(wěn)定。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為主油缸與平衡閥的連接示意圖。
[0011]圖2為主油缸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3為活塞在工作腔極限位置的示意圖。
[0013]其中，I為主油缸，11為上油口，12為節(jié)流口，13為工作腔，14為緩沖腔，15為活塞，151為導(dǎo)向桿，16為導(dǎo)向桿腔，2為第一平衡閥，3為第二平衡閥。
【具體實(shí)施方式】
[0014]現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明要求保護(hù)的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0015]如圖1所示，本實(shí)施例的主油缸I上下兩端分別設(shè)置有上油口 11和節(jié)流口 12，其中上油口 11連接第一平衡閥2的進(jìn)油口，節(jié)流口 12連接第二平衡閥3的進(jìn)油口。并且第一平衡閥2的控制口連接第二平衡閥3出油口一端的管道上，第二平衡閥3的控制口連接第一平衡閥2出油口一端的管道上。上述的連接方式使主油缸I與第一平衡閥22以及第二平衡閥3構(gòu)成了平衡閥緩沖系統(tǒng)，當(dāng)海洋平臺(tái)受到?jīng)_擊時(shí)，主油缸I內(nèi)的活塞15桿會(huì)向下移動(dòng)并在移動(dòng)過(guò)程中由主油缸I內(nèi)的油壓對(duì)活塞15進(jìn)行緩沖，為了避免主油缸I內(nèi)壓力過(guò)大損壞主油缸I同時(shí)為了使活塞15在主油缸I內(nèi)可以平穩(wěn)地減速，主油缸I內(nèi)部分液壓油可通過(guò)節(jié)流口 12流出從而釋放部分壓力，同時(shí)液壓油也會(huì)從上油口 11中流入主油缸I內(nèi)腔補(bǔ)充液壓油。
[0016]如圖2和圖3所示，主油缸I的上油口 11和節(jié)流口 12分別設(shè)在主油缸I上下兩端，其中，將主油缸I內(nèi)腔上側(cè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的部分劃分為工作腔13，將主油缸I內(nèi)腔下側(cè)長(zhǎng)度為h的部分劃分為緩沖腔14，L為活塞15的預(yù)設(shè)工作行程，h為活塞15在緩沖時(shí)的緩沖行程。當(dāng)活塞1