CN109752156A - 一种适用于海洋平台拆卸模型试验的弹簧刚度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于海洋平台拆卸模型试验的弹簧刚度测量装置，涉及船舶与海洋工程领域，包括水平工作台、固定机架、丝杆导轨、伺服电机、伺服驱动器、直角压板、肘板、单分力传感器、单分力支架、信号放大器、采集卡和PC端。PC端控制伺服驱动器驱动伺服电机转动并带动内部丝杆转动，进而带动直角压板沿着丝杆导轨作垂向移动，直角压板的移动距离可由PC端通过伺服驱动器调节；被测量的弹簧产生的作用力由单分力传感器测量得到并将信号传输至PC端，PC端得到测量数值，计算并显示弹簧刚度，实现压弹簧刚度的测量。本发明装置结构简单、制造容易、移动方便，可以在较小的空间安装，能够高精度地测量出大量程压弹簧的刚度。

Description

一种适用于海洋平台拆卸模型试验的弹簧刚度测量装置

技术领域

本发明涉及船舶与海洋工程领域，尤其涉及一种适用于海洋平台拆卸模型试验的弹簧刚度测量装置。

背景技术

随着海洋石油工业的迅猛发展，世界范围内的海洋工程项目日益增多，海洋石油平台的尺寸、重量在不断增大。一般海洋石油平台的设计寿命在20年左右，根据《海上油气设施废弃处理管理暂行规定》，油气田停产后一年内平台必须拆除。随着近年来部分海上石油平台的服役期满，对这部分完成使命的平台的拆除再利用工作也陆续开展起来。预计未来几十年里，在船舶与海洋工程领域，将有数百个重型平台被拆除。

单升力拆除海洋平台被认为是一种安全和有效的方法，但是面临着一些挑战，例如船只可用性的限制，高昂的成本等。因此，一种更具成本效益和可行的平台移除方法应运而生，即双船协同拆卸平台。与单升力拆除平台相比，双船协同拆卸平台具有施工周期短、成本低，既能在深水区作业，也能在浅水区作业，还能在恶劣的海况条件下作业等优点。在双船协同拆卸平台过程中，由安装在双船上的DMU将平台托起进行拆卸运输，其中弹簧是DMU保持稳定和发挥作用的关键，因此需要选择刚度适合的弹簧。为了保证拆卸过程中弹簧作用的正常发挥，需要进行海洋平台拆卸模型试验，对弹簧的刚度进行测量。

目前，弹簧的刚度的测量一般是通过测量弹簧长度的变化量和对应所受到的力，再通过二者比值计算得到。现有的拉、压弹簧测力装置有弹簧测力计、便携式电子秤等装置。其中，便携式电子秤采用传感器原理，把物体的力用数字的形式显示出来。上述弹簧测力装置的缺点是量程较小，对于海洋平台拆卸模型试验中所用到的弹簧而言，需要更大量程的、精度高的、便于读数计算的弹簧刚度测量装置；此外，海洋平台拆卸模型试验中，仅需进行压弹簧刚度测试，不涉及弹簧拉伸的刚度测量。因此，本领域的技术人员致力于开发一种适用于海洋平台拆卸模型试验的弹簧刚度测量装置。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是开发一种更大量程的、更高精度的、便于读数计算的弹簧刚度测量装置。

为实现上述目的，本发明提供了一种适用于海洋平台拆卸模型试验的弹簧刚度测量装置，包括水平工作台1、固定机架2、丝杆导轨3、伺服电机4、伺服驱动器5、直角压板6、肘板7、单分力传感器8、单分力支架9、信号放大器10、采集卡11和PC端12，其特征在于，所述水平工作台1和所述丝杆导轨3安装在所述固定机架2上；所述直角压板6安装在所述丝杆导轨3上；所述单分力传感器8和所述单分力支架9固定安装在所述水平工作台1上；所述伺服电机4与所述丝杆导轨3相连接并外接所述伺服驱动器5；所述单分力传感器8与所述信号放大器10相连接，所述信号放大器10与所述采集卡11相连接，所述采集卡11与所述PC端12相连接；所述PC端12控制所述伺服驱动器5驱动所述伺服电机4转动并带动内部丝杆转动，进而带动所述直角压板6沿着所述丝杆导轨3作垂向移动；所述直角压板6的移动距离与所述伺服电机4的点动距离成正比，所述直角压板6的移动距离等于被测量弹簧的伸长距离或压缩距离，所述直角压板6的移动距离可由所述PC端12通过所述伺服驱动器5调节；被测量的弹簧产生的作用力由所述单分力传感器8测量得到并将电压模拟信号输出到所述信号放大器10里，经由所述采集卡11将电压模拟信号转为数字信号传至所述PC端12，所述PC端12得到测量数值，计算并显示弹簧刚度，实现压弹簧刚度的测量。

进一步地，所述丝杆导轨3垂直于所述水平工作台1，安装在所述固定机架2上。

进一步地，所述伺服电机4通过联轴器与丝杆相连，且所述伺服电机4安装在所述丝杆导轨3顶部。

进一步地，所述直角压板6由四根螺丝固定在所述丝杆导轨3上。

进一步地，所述直角压板6上方焊有一块所述肘板7作为支撑。

进一步地，所述肘板7的形状为等腰直角三角形。

进一步地，所述单分力支架9固定安装于所述水平工作台1上，位于所述直角压板6的正下方。

进一步地，所述单分力传感器8和被测量的弹簧均安装在所述单分力支架9上，并将所述单分力支架9作为测量平台。

进一步地，所述单分力传感器8为高精度应变式传感器。

进一步地，所述PC端12中输入所需压缩的距离，所述伺服驱动器5即可驱动所述伺服电机4带动丝杆旋转固定转数，进而带动所述直角压板6垂向移动固定距离。

本发明的有益效果在于：本发明装置结构简单、制造容易、移动方便，在较小的空间也可以安装，能够高精度地测量出大量程压弹簧的刚度。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的整体示意图。

其中，1-水平工作台，2-固定机架，3-丝杆导轨，4-伺服电机，5-伺服驱动器，6-直角压板，7-肘板，8-单分力传感器，9-单分力支架，10-信号放大器，11-采集卡，12-PC端。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1所示是本发明一种适用于海洋平台拆卸模型试验的弹簧刚度测量装置的整体示意图，包括水平工作台1、固定机架2、丝杆导轨3、伺服电机4、伺服驱动器5、直角压板6、肘板7、单分力传感器8、单分力支架9、信号放大器10、采集卡11和PC端12。

水平工作台1安装在机架2上；丝杆导轨3安装在固定机架2上，并垂直于水平工作台1；直角压板6由四根螺丝固定安装在丝杆导轨3上；直角压板6的上方焊有一块等腰直角三角形的肘板7作为支撑；伺服电机4安装在丝杆导轨3的顶部，通过联轴器与丝杆相连并外接伺服驱动器5；单分力支架9固定安装在水平工作台1上，并位于直角压板6的正下方；单分力传感器8和需要测量刚度的弹簧均安装在单分力支架9上，并将单分力支架9作为测量平台；本发明的适用于海洋平台拆卸模型试验的弹簧刚度测量装置中，单分力传感器8采用高精度应变式传感器，单分力传感器8与信号放大器10相连接；信号放大器10与采集卡11相连接；采集卡11与PC端12相连接；PC端12可以控制伺服驱动器5，伺服驱动器5驱动伺服电机4转动，伺服电机4通过丝杆带动直角压板6沿着丝杆导轨3作垂向移动。

在进行适用于海洋平台拆卸模型试验的弹簧刚度测量时，试验人员在PC端12输入被测量弹簧所需压缩的距离，PC端12即可控制伺服驱动器5驱动伺服电机4转动，伺服电机4带动丝杆旋转固定转数，进而带动直角压板6沿着丝杆导轨3作垂向移动，直角压板6的移动距离与伺服电机4的点动距离成正比，直角压板6的移动距离等于弹簧的伸长距离或压缩距离，因此，直角压板6的移动距离可由PC端12通过伺服驱动器5进行直接控制；测量时，直角压板6向下移动压住单分力支架9并向下移动一定的距离，安装在单分力支架9上的被测量弹簧也就被压缩相应的距离，被测量弹簧所产生的作用力由单分力传感器8测量得到。

单分力传感器8测量得到被测量的弹簧产生的作用力，单分力传感器8将弹簧作用力的电压模拟信号输出到信号放大器10里，信号放大器10将输入的电压模拟信号放大并输出到采集卡11，采集卡11将经过放大的电压模拟信号转化为数字信号并传输至PC端12，PC端12由此得到与输入压缩距离相对应的弹簧作用力的测量数值，PC端12的软件根据胡克定理：弹簧刚度为弹簧作用力与其压缩距离的比值，可以计算得到弹簧刚度，计算结果在PC端12上显示，完成压弹簧刚度的测量。

本发明装置结构简单、制造容易、移动方便，可以在较小的空间里进行安装测量，能够高精度地测量出大量程压弹簧的刚度。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种适用于海洋平台拆卸模型试验的弹簧刚度测量装置，包括水平工作台(1)、固定机架(2)、丝杆导轨(3)、伺服电机(4)、伺服驱动器(5)、直角压板(6)、肘板(7)、单分力传感器(8)、单分力支架(9)、信号放大器(10)、采集卡(11)和PC端(12)，其特征在于，所述水平工作台(1)和所述丝杆导轨(3)安装在所述固定机架(2)上；所述直角压板(6)安装在所述丝杆导轨(3)上；所述单分力传感器(8)和所述单分力支架(9)固定安装在所述水平工作台(1)上；所述伺服电机(4)与所述丝杆导轨(3)相连接并外接所述伺服驱动器(5)；所述单分力传感器(8)与所述信号放大器(10)相连接，所述信号放大器(10)与所述采集卡(11)相连接，所述采集卡(11)与所述PC端(12)相连接；所述PC端(12)控制所述伺服驱动器(5)驱动所述伺服电机(4)转动并带动内部丝杆转动，进而带动所述直角压板(6)沿着所述丝杆导轨(3)作垂向移动，所述直角压板(6)的移动距离与所述伺服电机(4)的点动距离成正比，所述直角压板(6)的移动距离等于被测量弹簧的伸长距离或压缩距离，所述直角压板(6)的移动距离可由所述PC端(12)通过所述伺服驱动器(5)调节；被测量的弹簧产生的作用力由所述单分力传感器(8)测量得到并将电压模拟信号输出到所述信号放大器(10)里，经由所述采集卡(11)将电压模拟信号转为数字信号传至所述PC端(12)，所述PC端(12)得到测量数值，计算并显示弹簧刚度，实现压弹簧刚度的测量。

2.如权利要求1所述的适用于海洋平台拆卸模型试验的弹簧刚度测量装置，其特征在于，所述丝杆导轨(3)垂直于所述水平工作台(1)，安装在所述固定机架(2)上。

3.如权利要求2所述的适用于海洋平台拆卸模型试验的弹簧刚度测量装置，其特征在于，所述伺服电机(4)通过联轴器与丝杆相连，且所述伺服电机(4)安装在所述丝杆导轨(3)顶部。

4.如权利要求3所述的适用于海洋平台拆卸模型试验的弹簧刚度测量装置，其特征在于，所述直角压板(6)由四根螺丝固定在所述丝杆导轨(3)上。

5.如权利要求4所述的适用于海洋平台拆卸模型试验的弹簧刚度测量装置，其特征在于，所述直角压板(6)上方焊有一块所述肘板(7)作为支撑。

6.如权利要求5所述的适用于海洋平台拆卸模型试验的弹簧刚度测量装置，其特征在于，所述肘板(7)的形状为等腰直角三角形。

7.如权利要求6所述的适用于海洋平台拆卸模型试验的弹簧刚度测量装置，其特征在于，所述单分力支架(9)固定安装于所述水平工作台(1)上，位于所述直角压板(6)的正下方。

8.如权利要求7所述的适用于海洋平台拆卸模型试验的弹簧刚度测量装置，其特征在于，所述单分力传感器(8)和被测量的弹簧均安装在所述单分力支架(9)上，并将所述单分力支架(9)作为测量平台。

9.如权利要求8所述的适用于海洋平台拆卸模型试验的弹簧刚度测量装置，其特征在于，所述单分力传感器(8)为高精度应变式传感器。

10.如权利要求9所述的适用于海洋平台拆卸模型试验的弹簧刚度测量装置，其特征在于，所述PC端(12)中输入所需压缩的距离，所述伺服驱动器(5)即可驱动所述伺服电机(4)带动丝杆旋转固定转数，进而带动所述直角压板(6)垂向移动固定距离。