作为一种水下特种设备,水下夹桩器在海洋平台建设过程中起到了十分重要的作用。水下夹桩器设备多用于导管架海洋平台的建设,该平台一般有四个桩腿,每个腿上安装一个该设备,在管桩完成调平工作后,水下夹桩器夹持住管桩,保证管桩水平和竖直位置不发生改变,我国没有具备自主产权的水下夹桩器产品,该项技术长期被外国垄断,这对我国海洋石油工业的发展是一个很大的限制。本文的研究内容来源于课题“水下夹桩器产业化研究”,该项目着重研究水下夹桩器的可靠性,目的在于研制拥有自主产权的水下夹桩器产品,促进我国与海洋石油勘探和开采产业相关的设备能够快速发展,在技术上不再受制于人,以降低海洋开发的成本。本文从水下夹桩器系统的可靠性研究出发,对水下夹桩器系统可靠性与部件可靠性之间的关系进行研究,采用可靠度作为评价系统可靠性的指标。根据相关设计规范的要求,初步设计的水下夹桩器系统可靠度不满足要求,因此对水下夹桩器一些关键部分开展了可靠度优化设计,优化后系统可靠度得到了提高,满足设计要求。为了验证优化设计的正确性和有效性,本文还对根据优化设计后的数据研制的水下夹桩器样机进行实验,验证相关性能得到优化。水下夹桩器系统各部件之间是串联关系,因此对水下夹桩器系统进行可靠度研究,首先需要知道组成系统的众多零部件的可靠度。对于大多数液压元器件来说,只需要根据压力要求进行选型,可靠度从供应商提供的维修数据处就可以得到,但是对于自研部件框圈和卡爪来说,其可靠度是未知的,因此需要对框圈和卡爪进行可靠度研究,从而最终得到系统的可靠度。影响零部件可靠度的原因有环境、外载荷、尺寸参数等,因此为了确定框圈和卡爪的可靠度,需要首先研究其受力情况。水下夹桩器工作时,与液压缸柱塞前端相连接的卡爪伸出,将管桩夹紧。通过建立受力模型图,确定卡爪与管桩之间的摩擦关系,得到当量摩擦系数为1.2;之后对框圈进行受力分析,确定框圈周向开孔个数最优设计结果,框圈周向开孔个数即是设置液压缸个数,根据优化结果可知框圈周向设置12个液压缸。水下夹桩器在工作时,受到的环境载荷主要是波浪力载荷,因此通过计算得到波浪力大小,从而确定框圈和卡爪的受环境载荷情况。完成力学计算之后,对框圈和卡爪进行可靠度计算,采用响应面法计算功能函数,然后采用验算点法进行可靠度计算,得到框圈和卡爪的可靠度指标后,计算得到水下夹桩器系统可靠度,初步设计系统可靠度为0.9813,查阅相关标准发现系统可靠度不满足工程要求,因此需要对框圈和卡爪进行可靠度优化设计,最终得到系统可靠度为0.99877。本文还利用有限元分析验证了优化结果的有效性。为了验证框圈和卡爪优化设计的正确性和有效性,对水下夹桩器设备进行了现场实验。实验分为液压缸保压实验,卡爪夹持能力实验和框圈承载能力实验。实验用的框圈和卡爪都根据本文优化前后的设计参数进行实验件的制造。实验过程得到了CCS认证。实验结果表明本文论文内容正确,水下夹桩器产品性能达到产品要求。