CN109667722B - 利用磁性球面铰定位的空中管口水平对接装置及对接方法 - Google Patents

Abstract

利用磁性球面铰定位的空中管口水平对接装置及对接方法，用于风力发电机叶轮和主机定位对接，由正负球面电磁铰接机构、正负球面沿管口中心线伸缩移动机构和引导绳机构构成，设置两个直径相同的球面，一个为外多半球面体（1），内置电磁铁（21），另一个为少半球壳体（2），用一种正棱锥框架伸缩机构将它们分别置入于两个空中对接管口内。方法是：在多半球面体（1）和少半球壳体（2）的中心线位置各贯通一穿绳孔，并穿入一拉绳（6），先用拉绳使两对接管口靠近，通过磁力，使多半球面体（1）和少半球壳体（2）产生磁性球面铰功能，完成间接对接。接下来逐渐向管口内收缩正棱锥框架伸缩机构，完成两空中管口的直接对准，折叠收束安装设备。

Description

利用磁性球面铰定位的空中管口水平对接装置及对接方法

技术领域

本发明涉及能将空中悬吊的大型管口两两水平对接的技术，该技术主要用于风力发电机叶轮和主机高效定位对接等安装设备，属于机械装备领域。

背景技术

随着大型装备制造业的蓬勃发展，一些大型管状零部件被起吊后在高空安装很常见。但管口对接定位难度大，安装效率低，特别是大型风力发电机，叶轮形体庞大，重达数十吨，叶轮轮毂管口与发电机主轴管口在空中对接难度大。高空作业危险性大，同时耗时长，设备碰撞损伤率也较高，目前国内还没有有效解决这一问题的技术及其方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用磁性球面铰定位的空中管口水平对接装置及对接方法。

本发明是利用磁性球面铰定位的空中管口水平对接装置及对接方法，利用磁性球面铰定位的空中管口水平对接装置，包括球冠内外表面电磁铰接机构、球冠内外表面沿管口中心线的伸缩装置和引导绳机构，球冠球面电磁铰接机构主要由半径相同的球冠外表面31和球冠内表面32以凹凸球面铰的配合方式构成，其中球冠外表面31的面积大于球冠内表面32的面积；球冠外表面31位于多半球面体1，球冠内表面32位于少半球壳体2，第一管口3和第二管口4在空中对接，多半球面体1的第一中心线8和少半球壳体2的第二中心线8'必须分别与两个对接管口的第三中心线13和第四中心线13'共线，且至少使球冠外表面31或球冠内表面32中的其中之一能沿所在管口中心线前后移动，或两者都能沿所在管口中心线前后移动；正棱锥式伸缩装置的正棱锥是正三棱锥，或者正四棱锥，或者正五棱锥；正棱锥式伸缩装置中包括侧棱同步伸缩机构和底部伸缩机构；球冠外表面31、球冠内表面32沿管口中心线的伸缩装置由两个正棱锥式伸缩装置组成，或者由一个正棱锥式伸缩装置和一个独立的平面星形伸缩装置组成。

本发明的利用磁性球面铰定位的空中管口水平对接方法，其步骤为：

（1）首先将装有正负球面的正三棱锥伸缩机构、拉绳、夹绳器及与本设备相关的液压管、液压端口或手提液压泵准备好，将其安装在相应的对接管口内，将安有收绳器16的第一绳孔5或第二绳孔5'中传入拉绳6，并将拉绳传出的一段留有较多余量；将电源插头插入电磁铁插座中；

（2）管口吊起：通过起重机将第二管口4提升到与第一管口3相平位置；

（3）穿绳牵引：装有收绳器16管口内的安装人员把从第一绳孔5中穿出的拉绳6一端扔向对面的管口内，对面管口内的安装人员再把拉绳6从第二绳孔5'穿出，拉紧，并用夹绳器17固定拉绳；

（4）收紧拉绳：安装人员摇转收绳器摇把14收卷拉绳6，使多半球面体1和少半球壳体2逐渐靠近；

（5）磁性铰接：当距离足够靠近时，半球面体1和少半球壳体2磁性相吸，形成球面铰，实现间接对接；当两管口平齐，并实现间接对接时；或者两管口的第四中心线13成不同夹角α的情况，由多半球面体1和少半球壳体2形成的磁性球面铰能够适应预设范围内的不同夹角情况，也能适应两管口法兰盘在螺孔对接时，管口绕着第四中心线13微调转动；

（6）直接对准：当两管口实现间接对接后，须逐步收缩两正棱锥的侧棱同步伸缩杆7，使两管口完成直接对准；

（7）设备卸离：当两管口直接对接安装完成后，卸离安装设备。

本发明的有益之处是：1.大口径管口高空对接作业定位难度大，本发明采用分步对接，由间接对接到直接对齐，由柔性对接到刚性对齐，循序渐进，使两对接管口之间不发生直接碰撞，安全性高，无损伤。2.本发明采用拉绳、球面铰接技术和收缩机构作为空中管口对接定位的安装设备，设备体形小、重量轻，尤其是采用液压或气压伸缩机构，方便卸离和折叠收束。3.由于风力发电机安装高度很高，起重机起重臂很长，它对被吊物件的上下精度控制较高，但起重臂左右摆动角度精度控制相对低。本发明采用球面电磁性铰接技术具有球面关节机能，不但能防止两管口刚性碰撞，还能适应管口方向在精确对准时左右方向不一致的问题。4.拉绳不但能使对接管口相互靠近，绳拉直后，其直线走向对起重机作业人员还有直观的升降定位参考作用。5.在野外进行风电设备安装作业，现场的电源、起吊设备、电机中的液压设备等资源较多。所以，本安装定位装置在功能使用中充分利用了这些现场资源，使野外设备利用率高，节省运输及安装成本。

附图说明

图1是多半球面体和少半球壳体球面铰接组合立体图，图2是多半球体和少半球壳体沿轴线爆炸图，图3是多半球体的主视图，图4是图3中的A-A剖面图，图5是两个正三棱锥同步伸缩机构结构立体图，图6是本发明专利中两个正三棱锥同步伸缩机构安装在两对接管中的立体图，图7是本发明专利中正三棱锥框架底部中心联接件和其中一个底部伸缩杆的爆炸图，图8为装有多半球面体的正三棱锥同步伸缩机构收束状态立体图，图9为装有少半球壳体的正棱锥同步伸缩机构收束状态立体图，图10为实现两管口对接的流程图，图11是两正三棱锥同步伸缩机构用于空中两管口对接状态的俯视图，图12是磁性球面铰对接后管口中心线成不同夹角的情况的俯视图，图13是空中对接管口完成直接对准时的状态立体图，图14是正三棱锥同步伸缩机构和独立查形支架中心线共线立体图，图15是独立Y形伸缩机构的一爆炸立体图，图16是独立Y形同步伸缩机构折叠收束状态立体图，图17是发电机叶轮轮毂主管口与发电机主轴管口通过拉绳牵引时的立体图，图18是发电机叶轮轮毂主管口与发电机主轴管口间接对接后的立体图。

附图标记及对应名称为：1.多半球面体，2.少半球壳体，3.第一管口，即空中固定管口，4.第二管口，即空中悬吊管口，5.第一绳孔，即多半球面体拉绳孔，5'.第二绳孔，少半球壳体拉绳孔，6.拉绳，7. 侧棱同步伸缩杆，即正三棱锥框架侧棱同步伸缩杆，8.第一中心线，即多半球面体中心线，8'.第二中心线，即少半球壳体中心线，9. 底部中心连接件轴，即正三棱锥框架底部中心连接件轴，10. 底部星形伸缩杆，即正三棱锥框架底部星形伸缩杆，11. 星形伸缩杆中心连接件，即正三棱锥框架底部星形伸缩杆中心连接件，12. 中心连接件长园孔，即正三棱锥底部星形伸缩杆中心连接件长园孔，13. 第三中心线，即空中固定管口中心线，13'. 第四中心线，即空中悬吊管口中心线，14. 收绳器摇把，15.顶脚，16.收绳器，17.夹绳器，18.电磁铁接电插座，19.液压管接口，20.正三棱锥底面伸缩杆限位插孔，21.多半球面体内电磁铁，22.电磁铁线圈组，23.多半球面体托架，23'.少半球壳体托架，24.风力发电机叶轮轮毂主管口，25.风力发电机主轴管口，26.独立Y形同步伸缩杆上平面，27.独立Y形同步伸缩杆，28.独立Y形同步伸缩杆长园孔，29.半球面体或少半球壳体托架托架法兰盘，30.托架铰轴，31.球冠外表面，32.球冠内表面。

具体实施方式

如图1~图6所示，本发明是利用磁性球面铰定位的空中管口水平对接装置及对接方法，利用磁性球面铰定位的空中管口水平对接装置，包括球冠内外表面电磁铰接机构、球冠内外表面沿管口中心线的伸缩装置和引导绳机构，球冠球面电磁铰接机构主要由半径相同的球冠外表面31和球冠内表面32以凹凸球面铰的配合方式构成，其中球冠外表面31的面积大于球冠内表面32的面积；球冠外表面31位于多半球面体1，球冠内表面32位于少半球壳体2，第一管口3和第二管口4在空中对接，多半球面体1的第一中心线8和少半球壳体2的第二中心线8'必须分别与两个对接管口的第三中心线13和第四中心线13'共线，且至少使球冠外表面31或球冠内表面32中的其中之一能沿所在管口中心线前后移动，或两者都能沿所在管口中心线前后移动；正棱锥式伸缩装置的正棱锥是正三棱锥，或者正四棱锥，或者正五棱锥；正棱锥式伸缩装置中包括侧棱同步伸缩机构和底部伸缩机构；球冠外表面31、球冠内表面32沿管口中心线的伸缩装置由两个正棱锥式伸缩装置组成，或者由一个正棱锥式伸缩装置和一个独立的平面星形伸缩装置组成。

如图1、图4所示，在多半球面体1或少半球壳体2装有电磁铁21，或两者都装有电磁铁21，电磁铁线圈组22的中心线能与多半球面体1的第一中心线8或少半球壳体2的第二中心线8'共线；通电时多半球面体1和少半球壳体2能形成磁性球面铰。

如图1、图4所示，沿多半球面体1的第一中心线8和少半球壳体2的第二中心线8'各设置贯通多半球面体1的第一绳孔5和贯通少半球壳体2的第二绳孔5'，绳孔中心线与电磁铁线圈组22的中心线共线。

如图1~图5所示，球冠内外表面沿管口中心线的伸缩移动机构包括正棱锥框架的底部伸缩机构和侧棱同步伸缩机构，其中，正棱锥框架的底部伸缩机构是由以底部中心连接件11为支架的多个同步液压伸缩杆10构成，每个同步液压伸缩杆10上都设有液压管接口19；位于底部的所有同步伸缩杆10和底部中心连接件11以长圆孔铰接方式联结，同步液压伸缩杆10的末端和顶脚15连接，顶脚15的底部为锯齿状；正棱锥框架底部伸缩机构能够在液压作用下同步伸长，使其底部所有顶脚15都顶压在管口内壁上，从而使正棱锥框架固定在管口内；

正棱锥框架的侧棱同步伸缩机构是由多个侧棱同步伸缩杆7与多半球面体托架23或少半球壳体托架23'通过托架铰轴30连接构成，多半球面体1和少半球壳体2通过多半球面体托架23和少半球壳体托架23'安装在由侧棱同步伸缩杆7组成的正棱锥锥顶上；侧棱同步伸缩杆7和同步液压伸缩杆10数量相等，每个侧棱同步伸缩杆7上都设有液压管接口19。

如图1、图5所示，多半球面体1依托多半球面体托架23支撑，少半球壳体2依托少半球壳体托架23'支撑；多半球面体托架托架23和少半球壳体托架23'上设有至少3个托架铰轴30，托架上的铰接轴以多半球面体1第一中心线8或少半球壳体2第二中心线8'为中心的圆周阵列方式分布；托架铰轴30圆周阵列分布个数等于正棱锥框架侧棱同步伸缩杆7的个数。

如图2、图7所示，当球冠内外表面31沿管口中心线的伸缩装置由一个正棱锥式伸缩装置和一个独立的平面星形伸缩装置组成的情况时，在管口内容空间较短的管口内设置一种星形同步伸缩机构，该星形同步伸缩机构的所有独立Y形同步伸缩杆27与少半球壳体2的多半球面体托架23以长圆孔铰接方式联结，将独立Y形同步伸缩杆27与多半球面体托架23联结的端头设置为半圆柱外弧面，该半圆柱外弧面和独立Y形同步伸缩杆长圆孔28内表面中靠近它的一半圆柱内弧面为同心圆柱面，且两弧面之间的距离等于独立Y形同步伸缩杆长圆孔28内平面与独立Y形同步伸缩杆27末端的独立Y形同步伸缩杆上平面26的距离；托架铰轴30的轴线到独立Y形同步伸缩杆27末端的独立Y形同步伸缩杆上平面26的距离等于托架铰轴30的轴线到半球面或少半球壳体托架法兰盘29的下平面的距离。

如图1、图5、图11~图18所示，引导绳机构是由贯穿于多半球面体1的第一绳孔5和少半球壳体2第二绳孔5'的拉绳6，及拉绳两端的收绳器16和夹绳器17构成；若收绳器16位于多半球面体1的第一绳孔5向管口内的一侧，则夹绳器17位于少半球壳体2的第二绳孔5'向管口内的一侧；反之，若收绳器16位于少半球壳体2的第二绳孔5'向管口内的一侧，则夹绳器17位于多半球面体1的第一绳孔5向管口内的一侧。

本发明的利用磁性球面铰定位的空中管口水平对接方法，如图1~图18所示，其步骤为：

（1）首先将装有正负球面的正三棱锥伸缩机构、拉绳、夹绳器及与本设备相关的液压管、液压端口或手提液压泵准备好，将其安装在相应的对接管口内，将安有收绳器16的第一绳孔5或第二绳孔5'中传入拉绳6，并将拉绳传出的一段留有较多余量；将电源插头插入电磁铁插座中；

（2）管口吊起：通过起重机将第二管口4提升到与第一管口3相平位置；

（3）穿绳牵引：装有收绳器16管口内的安装人员把从第一绳孔5中穿出的拉绳6一端扔向对面的管口内，对面管口内的安装人员再把拉绳6从第二绳孔5'穿出，拉紧，并用夹绳器17固定拉绳；

（4）收紧拉绳：安装人员摇转收绳器摇把14收卷拉绳6，使多半球面体1和少半球壳体2逐渐靠近；

（5）磁性铰接：当距离足够靠近时，半球面体1和少半球壳体2磁性相吸，形成球面铰，实现间接对接；当两管口平齐，并实现间接对接时；或者两管口的第四中心线13成不同夹角α的情况，0°≤α≤45°，由多半球面体1和少半球壳体2形成的磁性球面铰能够适应预设范围内的不同夹角情况，也能适应两管口法兰盘在螺孔对接时，管口绕着第四中心线13微调转动；

（6）直接对准：当两管口实现间接对接后，须逐步收缩两正棱锥的侧棱同步伸缩杆7，使两管口完成直接对准；

（7）设备卸离：当两管口直接对接安装完成后，卸离安装设备。

所述正负球面沿管口中心线伸缩移动机构的技术特征是： 下面结合附图进一步展开本发明。

如图1、图6所示，当两个管口3和4在空中对接作业时，所述多半球面体1和少半球壳体2的中心线8和8'必须分别处在两个对接管口的中心线13和13'上，并能使之沿各自管口中心线前后移动。为此，须设置一种正棱锥（正三棱锥、正四棱锥或正五棱锥）框架同步伸缩机构，正棱锥框架同步伸缩机构由底部同步伸缩机构和侧棱同步伸缩机构构成。底部同步伸缩机构和侧棱同步伸缩机构都可以通过液压技术实现同步伸缩。

如图1、图5所示，正棱锥框架的底部伸缩机构是由以星形伸缩杆中心连接件11为支架的多个底部星形伸缩杆10构成，每个底部星形伸缩杆10上都设有液压管接口19。底部所有底部星形伸缩杆10和星形伸缩杆中心连接件11以长圆孔铰接方式联结，末端和顶脚15连接；正棱锥框架底部伸缩机构可在液压作用下同步伸长，使其底部所有顶脚15都顶压在管口内壁上，从而使正棱锥框架固定在管口内。顶脚15底部为锯齿状，增大同步伸缩杆10与管壁的摩擦力，防止滑动。

如图1~图6所示，正棱锥框架的侧棱同步伸缩机构是由以多半球面体托架（23）或少半球壳体托架23'为连接件的多个侧棱同步伸缩杆7构成，侧棱同步伸缩杆7和底部星形伸缩杆10数量相等，每个侧棱同步伸缩杆7上都设有液压管接口19。多半球面体1和少半球壳体2通过多半球面体托架23 和少半球壳体托架23'安装在由侧棱同步伸缩杆7组成的正棱锥锥顶上，当两个管口3和4在空中进行对接时，多半球面体1和少半球壳体2的中心线8和8'和两个对接管口的中心线13和13'重合。侧棱同步伸缩杆7和多半球面体托架23或少半球壳体托架23'及其所在的顶脚15之间以铰接方式连接。当正棱锥框架装置的所有侧棱杆7同步收缩时，多半球面体1或少半球壳体2能沿着各自管口中心线移动。

所述正棱锥框架同步伸缩机构有两种状态。当正棱锥框架的底部伸缩机构的所有底部星形伸缩杆10伸长，顶脚15固定于管壁，侧棱同步伸缩杆7可同步伸缩，此时，正棱锥框架同步伸缩机构处于使用功能；当设备使用完毕后，可同步收缩底部中心连接件轴9，解除与管壁的顶紧固定，将伸缩机构折叠收束，使其处于收起状态。为了实现正棱锥框架同步伸缩机构在两种状态之间转换，在正棱锥的底面的星形伸缩杆中心连接件11上设置了中心连接件长园孔12和正棱锥底面伸缩杆限位插孔20，使底部中心连接件轴9可在伸展锁定和收束状态之间转换。

若对接管口的内容空间有限，可省去正棱锥的底部星形伸缩机构，使所有独立Y形同步伸缩杆27与多半球面体托架23或少半球壳体托架23'以长圆孔铰接方式联结，形成独立星形同步伸缩机构。通过独立Y形同步伸缩杆长圆孔28可使独立星形同步伸缩机构在铰接旋转和锁死旋转两种状态之间转换。使用时，所有独立Y形同步伸缩杆27与多半球面体托架23或少半球壳体托架23'的铰接旋转功能被锁死，独立Y形同步伸缩杆27的中心线处于同一平面内。使用结束后沿独立Y形同步伸缩杆长圆孔28抽出独立Y形同步伸缩杆27，再将其折叠收束。

如图1~图5所示，引导绳机构是由贯穿于多半球面体1的第一绳孔5和少半球壳体2的第二绳孔5'的拉绳6，及拉绳两端的收绳器16和夹绳器17构成。当两管口进行空中对接时，若收绳器16位于第一绳孔5向管口内的一侧，则夹绳器17位于第二绳孔5'向管口内的一侧；反之，若收绳器16位于第二绳孔5'向管口内的一侧，则夹绳器17位于第一绳孔5向管口内的一侧。

本发明的对接方法，包括安装设备的安装、间接对接、直接对准和卸离四个过程。

首先，将安装有多半球面体1的正棱锥框架同步伸缩机构（或将安装有多半球面体1的独立星形同步伸缩机构）固定在管口3内，将安装有少半球壳体2的正棱锥框架同步伸缩机构固定在管口4内；也可以将安装有少半球壳体2的正棱锥框架同步伸缩机构（或将安装有少半球壳体2的独立星形同步伸缩机构）固定在管口4内，将安装有多半球面体1的正棱锥框架同步伸缩机构固定在管口4内。将安装有收绳器16的第一绳孔5或第二绳孔5'中传入拉绳6，并将拉绳传出的一段留有较多余量。

接着，利用起重设备将两管口的中心线13和13'提升为同一高度。安装有收绳器16的管口内工作人员将穿出的余量拉绳6段，扔向对面的装有夹绳器17的管口内，该管口内的工作人员将拉绳6从该管口内的第一绳孔5或第二绳孔5'由管口外向管口内方向穿入，穿出后将绳6拉紧，并在绳孔的外侧将拉绳6用夹绳器17夹紧固定。

间接对接，通过搅转收绳器16将拉绳6不断收紧，使多半球面体1和少半球壳体2逐渐靠近，当距离接近后，可使多半球面体1内的电磁铁通电，多半球面体1和少半球壳体2相吸，形成球面铰，实现间接对接。球面铰转动的灵活性可随电磁铁磁性大小调节而调节。

直接对准，当多半球面体1和少半球壳体2形成球面铰后，可通过正棱锥框架的侧棱伸缩机构逐渐收缩，使管口3和管口4逐渐靠近，最后实现两管口的直接对准。

卸离，当设备使用完毕后，可同步收缩正棱锥的两个同步伸缩机构（或收缩独立星形同步伸缩机构），解除正棱锥框架与管壁的顶紧固定状态，将伸缩机构折叠收束。

如图1，多半球面体托架23和少半球壳体托架23'分别支撑半径相同的多半球面体1和少半球壳体2；在多半球面体1和少半球壳体2中分别设置了贯通的第一绳孔5和第二绳孔5'；多半球面体1中有电磁铁21，在多半球面体1上装有电磁铁接电插座18，通过插座18可给电磁铁21供电；如图2所示，通电时多半球面体1和少半球壳体2可形成磁性球面铰。

图4是图3中的A-A剖面图，图中第一绳孔5从电磁铁线圈组22的中心经过。

图5表示多半球面体1和少半球壳体2分别通过多半球面体托架23和少半球壳体托架23'与正三棱锥侧棱伸缩杆7铰接连接，当侧棱同步伸缩杆7做同步伸缩运动时，多半球面体1或少半球壳体2会随其中心线8或8'移动。

图6表示当正三棱锥框架同步伸缩机构安装在对接管口3或4内，多半球面体1和少半球壳体2的中心线8和8'应分别与两个对接管口的中心线13和13'重合，并能随侧棱同步伸缩杆7的伸缩运动沿各自的管口中心线移动。

图7是本发明专利中正三棱锥框架底部中心联接件和其中一个底部伸缩杆的爆炸图。图中表示每个底部星形伸缩杆10都和星形伸缩杆中心连接件11以长圆孔方式联结。在星形伸缩杆中心连接件11上设置了长园孔12和正三棱锥底面伸缩杆限位插孔20，当底部星形伸缩杆10插入正三棱锥底面伸缩杆限位插孔20时，底部星形伸缩杆10与底部中心连接件轴9的铰接旋转功能被锁死；当底部星形伸缩杆10从正三棱锥底面伸缩杆限位插孔20中抽出时底部星形伸缩杆10相对于底部中心连接件轴9的铰接旋转功能生效，底部星形伸缩杆10可以围绕底部中心连接件轴9向下旋转。长圆孔联结方式可以使正棱锥底面同步伸缩机构的底部中心连接件轴9在锁定顶紧和收束状态之间转换。

图8和图9是本发明专利中两个正三棱锥同步伸缩机构的收束状态立体图。所述正三棱锥框架同步伸缩机构有两种状态，一是使用状态，此时正三棱锥底部各底部星形伸缩杆10同步伸长，顶脚15顶紧于管壁，处于使用功能；二为收起状态，其中图8为装有多半球面体1的正三棱锥同步伸缩机构收束状态立体图，图9为装有少半球壳体2的正三棱锥同步伸缩机构收束状态立体图。

图10为本发明专利实现两管口对接的流程图，以下结合图11~图15说明本发明专利进行的空中管口对接的具体步骤和安装方法：

前期准备：首先将装有正负球面的正三棱锥伸缩机构、拉绳、夹绳器及与本设备相关的液压管、手提液压泵等准备好，将其安装在相应的对接管口内，将安有收绳器16的第一绳孔5或第二绳孔5'中传入拉绳6，并将拉绳传出的一段留有较多余量；将电源插头插入电磁铁插座中。

管口吊起：通过起重机将管口4提升到与管口3相平位置（现有吊车起重技术实现这一目标很容易）。

穿绳牵引：如图11所示，装有收绳器16管口内的安装人员把第一绳孔5中穿出的拉绳6一端扔向对面的管口内，对面管口内的安装人员再把拉绳6从第二绳孔5'穿出，拉紧，并用夹绳器17固定拉绳。

收紧拉绳：安装人员摇转收绳器摇把14收卷拉绳6，使多半球面体1和少半球壳体2逐渐靠近。

磁性铰接：如图12所示，当距离足够靠近时，多半球面体1和少半球壳体2磁性相吸，形成球面铰，实现间接对接。磁力大小可随电流大小调节。图12是磁性球面铰对接后管口中心线成不同夹角的情况的俯视图，当两管口平齐，并实现间接对接时，还可能存在两管口中心线13成不同夹角α的情况，由多半球面体1和少半球壳体2形成的磁性球面铰可以适应一定范围内的不同夹角情况，也能适应两管口法兰盘在螺孔对接时，管口绕着管口中心线13微调转动问题，而且电磁铁的磁性大小也可以调节。

直接对准：图13是空中对接管口完成直接对准时的状态立体图。当两管口实现间接对接后，须逐步收缩两正棱锥的侧棱同步伸缩杆7，使两管口完成直接对准。

图14是本发明专利中正棱锥同步伸缩机构和独立Y形支架中心线共线立体图。对于某些对接管口空间较短的实施情况，则可省去正棱锥的底部星形伸缩机构，使所有侧棱伸缩杆与多半球面体托架23或少半球壳体托架23'以长圆孔铰接方式联结，形成独立Y形同步伸缩机构。图14中独立Y形同步伸缩机构的独立Y形同步伸缩杆27与多半球面体托架23或少半球壳体托架23'被锁定，独立Y形同步伸缩杆27只能同步伸缩，不能折叠旋转。

设备卸离：当两管口直接对接安装完成后，可如图8和图9所示卸离收束本发明安装设备。对于某管口采用独立Y形同步伸缩机构的，独立Y形同步伸缩机构可采用如下结构特征实现折叠转换。

图15是独立Y形伸缩机构的一爆炸立体图，在图15中，独立Y形同步伸缩杆27与少半球壳体托架23'以长圆孔方式连接，将独立Y形同步伸缩杆上平面26端头设置为半圆柱弧面。当独立Y形同步伸缩杆27沿独立Y形同步伸缩杆长圆孔28向里插入时，独立Y形同步伸缩杆上平面26与少半球壳体托架的法兰盘29下平面为面滑动配合，独立Y形同步伸缩杆27相对于托架铰轴30的铰接旋转功能失效，此时独立Y形同步伸缩杆27与对接管口内壁处于顶压状态；当独立Y形同步伸缩杆27向外抽出时，独立Y形同步伸缩杆上平面26的半圆柱弧面端头与少半球壳体托架的法兰盘29盘下表面为转动配合，此时，独立Y形同步伸缩杆27相对于托架铰轴30的铰接旋转功能生效，如图16所示，独立Y形同步伸缩杆27可以围绕托架铰轴30旋转，折叠收束。

Claims (8)

1.利用磁性球面铰定位的空中管口水平对接装置，包括球冠内外表面电磁铰接机构、球冠内外表面沿管口中心线的伸缩装置和引导绳机构，其特征在于球冠球面电磁铰接机构主要由半径相同的球冠外表面（31）和球冠内表面（32）以凹凸球面铰的配合方式构成，其中球冠外表面（31）的面积大于球冠内表面（32）的面积；球冠外表面（31）位于多半球面体（1），球冠内表面（32）位于少半球壳体（2），第一管口（3）和第二管口（4）在空中对接，多半球面体（1）的第一中心线（8）和少半球壳体（2）的第二中心线（8'）必须分别与两个对接管口的第三中心线（13）和第四中心线（13'）共线，且至少使球冠外表面（31）或球冠内表面（32）中的其中之一能沿所在管口中心线前后移动，或两者都能沿所在管口中心线前后移动；正棱锥式伸缩装置的正棱锥是正三棱锥，或者正四棱锥，或者正五棱锥；正棱锥式伸缩装置中包括侧棱同步伸缩机构和底部伸缩机构；球冠外表面（31）、球冠内表面（32）沿管口中心线的伸缩装置由两个正棱锥式伸缩装置组成，或者由一个正棱锥式伸缩装置和一个独立的平面星形伸缩装置组成。

2.根据权利要求1所述的利用磁性球面铰定位的空中管口水平对接装置，其特征在于在多半球面体（1）或少半球壳体（2）装有电磁铁（21），或两者都装有电磁铁（21），电磁铁线圈组（22）的中心线能与多半球面体（1）的第一中心线（8）或少半球壳体（2）的第二中心线（8'）共线；通电时多半球面体（1）和少半球壳体（2）能形成磁性球面铰。

3.根据权利要求1所述的利用磁性球面铰定位的空中管口水平对接装置，其特征在于沿多半球面体（1）的第一中心线（8）和少半球壳体（2）的第二中心线（8'）各设置贯通多半球面体（1）的第一绳孔（5）和贯通少半球壳体（2）的第二绳孔（5'），绳孔中心线与电磁铁线圈组（22）的中心线共线。

4.根据权利要求1所述的利用磁性球面铰定位的空中管口水平对接装置，其特征在于球冠内外表面沿管口中心线的伸缩移动机构包括正棱锥框架的底部伸缩机构和侧棱同步伸缩机构，

其中，正棱锥框架的底部伸缩机构是由以底部中心连接件（11）为支架的多个同步液压伸缩杆（10）构成，每个同步液压伸缩杆（10）上都设有液压管接口（19）；位于底部的所有同步伸缩杆（10）和底部中心连接件（11）以长圆孔铰接方式联结，同步液压伸缩杆（10）的末端和顶脚（15）连接，顶脚（15）的底部为锯齿状；正棱锥框架底部伸缩机构能够在液压作用下同步伸长，使其底部所有顶脚（15）都顶压在管口内壁上，从而使正棱锥框架固定在管口内；

正棱锥框架的侧棱同步伸缩机构是由多个侧棱同步伸缩杆（7）与多半球面体托架（23）或少半球壳体托架（23'）通过托架铰轴（30）连接构成，多半球面体（1）和少半球壳体（2）通过多半球面体托架（23）和少半球壳体托架（23'）安装在由侧棱同步伸缩杆（7）组成的正棱锥锥顶上；侧棱同步伸缩杆（7）和同步液压伸缩杆（10）数量相等，每个侧棱同步伸缩杆（7）上都设有液压管接口（19）。

5.根据权利要求1所述的利用磁性球面铰定位的空中管口水平对接装置，其特征在于多半球面体（1）依托多半球面体托架（23）支撑，少半球壳体（2）依托少半球壳体托架（23'）支撑；多半球面体托架（23）和少半球壳体托架（23'）上设有至少3个托架铰轴（30），托架上的铰接轴以多半球面体（1）第一中心线（8）或少半球壳体（2）第二中心线（8'）为中心的圆周阵列方式分布；托架铰轴（30）圆周阵列分布个数等于正棱锥框架侧棱同步伸缩杆（7）的个数。

6.根据权利要求1所述的利用磁性球面铰定位的空中管口水平对接装置，当球冠内外表面（31）沿管口中心线的伸缩装置由一个正棱锥式伸缩装置和一个独立的平面星形伸缩装置组成的情况时，其特征在于在管口内容空间较短的管口内设置一种星形同步伸缩机构，该星形同步伸缩机构的所有独立Y形同步伸缩杆（27）与少半球壳体（2）的多半球面体托架（23）以长圆孔铰接方式联结，将独立Y形同步伸缩杆（27）与多半球面体托架（23）联结的端头设置为半圆柱外弧面，该半圆柱外弧面和独立Y形同步伸缩杆长圆孔（28）内表面中靠近它的一半圆柱内弧面为同心圆柱面，且两弧面之间的距离等于独立Y形同步伸缩杆长圆孔（28）内平面与独立Y形同步伸缩杆（27）末端的独立Y形同步伸缩杆上平面（26）的距离；托架铰轴（30）的轴线到独立Y形同步伸缩杆（27）末端的独立Y形同步伸缩杆上平面（26）的距离等于托架铰轴（30）的轴线到半球面或少半球壳体托架法兰盘（29）的下平面的距离。

7.根据权利要求1所述的利用磁性球面铰定位的空中管口水平对接装置，其特征在于引导绳机构是由贯穿于多半球面体（1）的第一绳孔（5）和少半球壳体（2）第二绳孔（5'）的拉绳（6），及拉绳两端的收绳器（16）和夹绳器（17）构成；若收绳器（16）位于多半球面体（1）的第一绳孔（5）向管口内的一侧，则夹绳器（17）位于少半球壳体（2）的第二绳孔（5'）向管口内的一侧；反之，若收绳器（16）位于少半球壳体（2）的第二绳孔（5'）向管口内的一侧，则夹绳器（17）位于多半球面体（1）的第一绳孔（5）向管口内的一侧。

8.利用磁性球面铰定位的空中管口水平对接方法，其特征在于，其步骤为：

步骤1首先将装有正负球面的正三棱锥伸缩机构、拉绳、夹绳器及与本设备相关的液压管、液压端口或手提液压泵准备好，将其安装在相应的对接管口内，将安有收绳器（16）的第一绳孔（5）或第二绳孔（5'）中传入拉绳（6），并将拉绳传出的一段留有较多余量；将电源插头插入电磁铁插座中；

步骤2管口吊起：通过起重机将第二管口（4）提升到与第一管口（3）相平位置；

步骤3穿绳牵引：装有收绳器（16）管口内的安装人员把从第一绳孔（5）中穿出的拉绳（6）一端扔向对面的管口内，对面管口内的安装人员再把拉绳（6）从第二绳孔（5'）穿出，拉紧，并用夹绳器（17）固定拉绳；

步骤4收紧拉绳：安装人员摇转收绳器摇把（14）收卷拉绳（6），使多半球面体（1）和少半球壳体（2）逐渐靠近；

步骤5磁性铰接：当距离足够靠近时，半球面体（1）和少半球壳体（2）磁性相吸，形成球面铰，实现间接对接；当两管口平齐，并实现间接对接时；或者两管口中心线（13）成不同夹角α的情况，0°≤α≤45°，由半球面体（1）和少半球壳体（2）形成的磁性球面铰能够适应预设范围内的不同夹角情况，也能适应两管口法兰盘在螺孔对接时，管口绕着管口中心线（13）微调转动；

步骤6直接对准：当两管口实现间接对接后，须逐步收缩两正棱锥的侧棱同步伸缩杆（7），使两管口完成直接对准；

步骤7设备卸离：当两管口直接对接安装完成后，卸离安装设备。

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