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申请/专利权人：海洋石油工程股份有限公司;中海油深圳海洋工程技术服务有限公司

摘要：本发明涉及海洋工程水下构件维修和加固技术技术领域，且公开了一种管卡板牙式锁紧机构轴向承载力预测装置及测试方法，所述壳体的表面固定连接有顶进法兰，所述顶进螺母的顶端固定连接有螺栓张紧器，所述螺栓张紧器的内部插接有顶进螺栓，所述壳体的内部固定连接有加载管件，所述加载管件的底端固定连接有管件，所述管件的侧面固定连接有外板牙，所述外板牙的表面啮合连接有内板牙，通过顶进法兰对外板牙传递轴向力，驱动外板牙向内轴向运动，外板牙通过楔形原理驱动内板牙沿挡板做径向运动，在径向运动后期，其表面的板牙齿咬入管件壁，为管卡与管件的连接提供结构强度，确保管卡与管件不发生相对滑动，达到管卡锁紧管件的效果。

主权项：1.一种管卡板牙式锁紧机构轴向承载力预测装置，包括壳体（1），其特征在于：所述壳体（1）的表面固定连接有顶进法兰（2），所述顶进法兰（2）的顶端活动连接有顶进螺母（3），所述顶进螺母（3）的顶端固定连接有螺栓张紧器（4），所述螺栓张紧器（4）的内部插接有顶进螺栓（5），所述壳体（1）的内部固定连接有加载管件（6），所述加载管件（6）的底端固定连接有管件（9），所述管件（9）的侧面固定连接有外板牙（7），所述外板牙（7）的表面啮合连接有内板牙（8）；所述管卡板牙式锁紧机构轴向承载力预测装置的测试方法，具体如下：S1、提出影响管卡板牙式锁紧机构轴向承载力的受力分析模型；轴向承载力是指在管道轴向拉力下阻止管道脱开管卡的能力；管卡板牙式锁紧机构轴向承载力主要受以下三种因素的影响：外板牙（7）加载载荷是指顶进法兰（2）对外板牙（7）的推力，外板牙（7）加载载荷也称为锁紧载荷，内板牙（8）咬入力是指内板牙（8）齿咬入管件（9）外表面的力，内板牙（8）咬入深度是指内板牙（8）齿咬入管件（9）的深度；S2、按以下步骤具体分析每种因素对承载力的作用；确定内板牙（8）咬入力与外板牙（7）加载载荷的关系；内板牙（8）对管件（9）壁的总咬入压力N表示为： 其中：Q为顶进法兰（2）施加给外板牙（7）的推力，其通过螺栓张紧器（4）拉伸顶进法兰（2）上的螺栓施加，由螺栓张紧器（4）的油源压力减去内板牙（8）收缩初压力计算求得；f1为内、外板牙（7）间的摩擦系数，取为两个钢构件之间润滑下的摩擦系数；f2为外板牙（7）与壳体（1）间的摩擦系数，取为两个钢构件之间润滑下的摩擦系数；为锁紧机构的楔形角，是把推力Q变换成压力N的方向的作用角；假设总咬入压力N均匀分布在内板牙（8）的每个齿上，则单个齿对管件（9）外壁的咬入力Fb为： 其中：n为内板牙（8）上的齿数；确定内板牙（8）咬入深度与咬入力的关系内板牙（8）咬入深度与咬入力的关系如下：在咬入力Fb作用下咬痕的宽度有如下关系： 其中：b为齿的咬入宽度；c为齿间距系数，由模型试验测试获得；Fb为齿的咬入力；为齿顶角的前角，为齿顶角的后角，L为齿的长度，为被咬入物体的屈服强度；根据齿形的几何关系可知咬入深度h为： S3、锁紧机构轴向承载力与内板牙（8）咬入深度的关系；根据机械加工工艺手册，刨削力计算公式为： 其中：F为刨削力；cF为取决于工件材料和刨削条件的系数；ap为刨削深度即齿咬入深度h；f为刨削宽度即齿长L；xF为ap的指数，一般取xF=1.0；yF为f的指数，取yF=1.0；kF为当实际加工条件与求得的经验公式不符时，各种因素对刨削力的修正系数；S4、根据上述步骤所示的每种因素对承载力的作用，并假设锁紧机构的轴向承载力就是多齿同时慢速刨削管件（9）表面的刨削力，并与齿的咬入深度h成正比，则获得单齿承载力F1计算公式； 其中：F1为锁紧机构单齿的轴向承载力；cF为取决于工件材料和刨削条件的系数，根据机械加工工艺手册可查取；h为咬入深度；L为齿长；kF为当实际加工条件与求得的经验公式不符时各种因素对刨削力的修正系数，其根据测得的锁紧机构模型轴向承载力实验数据采用最小二乘法拟合求出；S5、将锁紧机构进行装配和锁紧加载；将壳体（1）竖直放置，放入管件（9），并仔细调整，保证管件（9）位于中心；在内板牙（8）和外板牙（7）外侧涂抹机油进行润滑，然后将内、外板牙（7）配合安装，并一起吊入壳体（1），接着上紧顶进螺栓（5），并安装顶进法兰（2）和顶进螺母（3）；然后安装并连接螺栓张紧器（4），由于一圈有8个顶进螺栓（5），采用8个螺栓张紧器（4）同时加载；将张紧器液压油源压力逐步加至所需加载压力，用拨棍上紧顶进螺母（3）完成锁紧过程；S6、内板牙（8）收缩初压力测试；在锁紧操作初期对螺栓张紧器（4）慢慢加压，并观察顶进法兰（2）与壳体（1）距离的变化；根据计算在内板牙（8）齿顶接触到管件（9）表面之前的距离变化与在板牙齿开始咬入管件（9）表面后的距离变化不同，因此通过这个距离变化判断收缩初压力数值；综上确认每种规格锁紧机构实验的前两次加载的内板牙（8）收缩初压力；S7、锁紧机构轴向承载力测试过程：将完成锁紧的锁紧机构装置放置于压力机上进行轴向承载力测试，设置压力机将管件（9）轴向向下顶进出现承载力峰值即可，将承载力峰值记录，即为锁紧机构模型轴向承载力；S8、锁紧机构装置的拆解过程为：将测试完成的锁紧机构装置连接并安装螺栓张紧器（4），将液压油源逐步加至加载压力，用拨棍松开顶进螺母（3），拆解螺栓张紧器（4）并取出顶进螺母（3）和顶进法兰（2），拧下顶进螺栓（5），然后把剩下的装置放置于线切割机上进行管件（9）的轴向切割成三瓣，取出内、外板牙（7）及管件（9）进行观测分析。

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