内胀式吊桩器的研究

论文摘要

海洋石油平台、海上风电桩基等大型海上施工单位都需要利用大型管桩做为基本搭建单元。由于海上用设备的大型化,就需要专用起吊设备实现对海洋用管桩的搬运、操作等工作。目前我国各家海洋开发公司所使用设备为从国外高额进口或租赁的,国内在该项技术上尚属空白状态。国外设备中有一类是通过将吊具置于管桩内部,通过自身的外胀作用来夹紧管桩的。本课题来源于海油工程公司级科研项目“内胀式吊桩器国产化研制”。论文的研究目的就是研制出具有我国自主知识产权的这种内胀式吊桩设备,最终产生工程样机以运用于实际,减少我国海上建设施工成本。论文通过对内胀式吊桩器的工况进行详细分析,依据内胀式吊桩器的技术指标,制定了总体设计方案,并且通过分析计算验证了方案的可行性。围绕总体设计方案,对工程样机通过三维建模,设计出可以满足工作要求的具体样机结构。通过各种理论计算辅以ANSYS有限元强度分析及ADAMS动力学分析,验证了所设计结构满足工作要求。论文对内胀式吊桩器关键部件镶嵌压块进行了研发。参照国、内外在嵌入式接触提拉方面的相关成果,制备了具有较高强度、硬度的镶嵌压块。并且通过理论分析验证了所设计镶嵌压块满足工作要求。论文最后通过简化内胀式吊桩器工作状态模型,建立了简易试验装置平台。通过对简易模型的施载,验证了管桩可以被起吊并被夹持住。试验结果为一方面吊具上的镶嵌压块没有发生破损,另一方面镶嵌压块与管桩间也没有发生明显的相对滑动。通过此试验也说明了对于这种带有尖顶使被夹持材料表面发生损伤的接触形式,两接触面之间的静摩擦系数将达到一个比较大的数值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题来源、目的及意义
• 1.2.1 课题来源
• 1.2.2 课题研究目的
• 1.2.3 课题研究意义
• 1.3 内胀式吊桩器国内外发展概况
• 1.3.1 国内内胀式吊桩器的发展概况
• 1.3.2 国外内胀式吊桩器的发展概况
• 1.4 本课题主要研究内容
• 第2章 内胀式吊桩器总体方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 吊桩器总体设计方案性能指标
• 2.3 内胀式吊桩器总体结构设计
• 2.3.1 内胀式吊桩器结构设计原理
• 2.3.2 总体结构设计方案比较
• 2.3.3 内胀式吊桩器的总体结构
• 2.4 总体结构方案的分析计算
• 2.4.1 工作行程（垂直起吊管桩）受力分析
• 2.4.2 卸载行程（解锁过程）受力分析
• 2.5 桩管强度分析
• 2.6 斜面机构摩擦系数的控制
• 2.7 本章小结
• 第3章 吊桩器关键零部件设计及强度分析
• 3.1 引言
• 3.2 关键零部件结构设计
• 3.2.1 驱动模块设计分析
• 3.2.2 外胀模块设计
• 3.2.3 容腔模块设计
• 3.3 关键零部件强度分析
• 3.3.1 驱动锥体的分析
• 3.3.2 液压传力件的分析
• 3.3.3 压块的分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 镶嵌压块的研究
• 4.1 引言
• 4.2 镶嵌压块几何结构
• 4.3 镶嵌压块材料研制
• 4.3.1 镶嵌压块的材料选取
• 4.3.2 镶嵌压块的制备工艺
• 4.3.3 镶嵌压块的力学性能
• 4.4 镶嵌压块强度分析
• 4.4.1 镶嵌压块嵌入深度分析
• 4.4.2 镶嵌压块牙型挤压强度分析
• 4.4.3 镶嵌压块牙型的抗弯强度分析
• 4.5 镶嵌压块的接触仿真分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 吊桩器简化实验
• 5.1 引言
• 5.2 吊桩器吊桩简化试验
• 5.2.1 试验目的
• 5.2.2 试验设备
• 5.2.3 试验过程
• 5.2.4 试验结果及分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢