CN109839312B - 空气中系泊缆静态刚度标定装置 - Google Patents

Abstract

一种空气中系泊缆静态刚度标定装置，垂直丝杆、垂直机架、墙面固定板、垂直滑台、水平机架、水平滑台、水平滚珠丝杆、伺服电机及驱动器、控制柜等。墙面固定板与墙体连接，固定板与垂直机架固定连接，在垂直机架上设置垂直滑块，丝杆的一端通过第一轴承组件与安装架连接，丝杆的另一端伸入电机安装座内并与第二轴承组件连接，主动轮轴通过传动组件与所述丝杆连接，水平机架与垂直滑块连接，水平滚珠丝杆的一端通过第一轴承组件与水平机架连接，水平滚珠丝杆的另一端伸入电机安装座内并与第二轴承组件连接，主动轮轴通过传动组件与所述丝杆连接，水平机架上设置水平滑块。工作可靠。

Description

空气中系泊缆静态刚度标定装置

技术领域

本发明涉及海洋工程水动力学试验技术领域，尤其是一种用于海洋工程浮式结构物系泊***水池试验模拟的空气中系泊缆静态刚度标定装置。

背景技术

空气中系泊缆静态刚度标定装置主要用来标定系泊缆的静态刚度特性。系泊定位是浮式结构物应用最为广泛的定位技术，系泊***与结构物构成相互作用、相互影响的耦合作业***，随着作业水深的不断增长，该耦合作业***的非线性特性愈来愈显著，因此，模型试验是该***水动力性能研究最直接有效的技术手段，而这类试验成败的关键因素之一就是系泊***特性模拟的准确性。系泊***特性包括静力特性和动力特性，对于动力特性模拟，主要考虑系泊缆几何参数(如直径、长度)和重量相似来实现，而静态特性反映了系泊***的刚度特性，即系泊缆端点张力随着位置的变化而变化，这直接影响试验结果的精度，因此对于系泊缆静态特性标定的精度直接影响整个试验精度。

以往水池空气中水池试验系泊缆静态刚度标定装置，是由简陋的固定支撑架、人工刻度线、拉力传感器、电压表、卷尺和刻度尺等组成，模拟的水深深度是由卷尺人工测量，系泊***水平位移也由人员手工操作，系泊缆水平或轴向刚度数据是由陈旧的电压表逐点测量而得，也有采用砝码多向分级加载实现系泊缆位移量的变化，然而目前所有的系泊缆静态刚度标定装置普遍存在耗时耗力，测量精度不高，各个环节测量误差较大，自动化程度低的特点。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的空气中系泊缆静态刚度标定装置，从而可以满足海洋工程结构物系泊***静态刚度标定的要求。

本发明所采用的技术方案如下：

一种空气中系泊缆静态刚度标定装置，包括系泊缆静态刚度标定装置主体和采集分析***，

所述系泊缆静态刚度标定装置主体的结构为：包括垂直滑台电机底板，所述垂直滑台电机底板上固定有垂直滑台驱动电机，所述垂直滑台驱动电机的输出端上下间隔对称安装有垂直滑动连接座，两个垂直滑动连接座之间通过轴承装置安装有垂直丝杆，所述垂直丝杆的底部通过联轴器与垂直滑台驱动电机连接；垂直丝杆上安装有与其配合移动螺母，所述垂直丝杆的左右两端对称安装有垂直机架，

单个垂直机架的安装结构为：包括墙壁，墙壁从上往下间隔安装有多块墙面固定板，所述墙面固定板上通过紧固件安装垂直机架，所述垂直机架上安装有垂直导轨，垂直导轨上安装垂直滑块，所述垂直滑块上固定有水平滑台机架，所述水平滑台机架的背部与移动螺母锁紧，水平滑台机架在滑块的导向作用下沿着垂直导轨上下滑动；

所述水平滑台机架的上下端对称安装有水平直线导轨，两个水平直线导轨上分别安装有水平直线滑块，两个水平直线滑块之间安装一块连接块，所述连接板中部通过锁紧螺母固定，两个水平直线导轨之间还安装有水平滚珠丝杆，所述水平滚珠丝杆穿过锁紧螺母中部，所述水平滚珠丝杠的两端通过水平滑台轴承座支撑，并在水平滚珠丝杆的一端通过联轴器安装水平滑台驱动电机；

采集分析***主要包括：水平移动拉线式位移传感器、垂直移动拉线式位移传感器、拉力传感器和计算机采集分析程序；

所述水平移动拉线式位移传感器和拉力传感器安装在水平滑台机架上；

所述垂直移动拉线式位移传感器安装在垂直滑台电机底板上；系泊缆静态刚度标定装置整体通过线缆与控制柜中的计算机相连接，采集分析***中嵌入分析模块。

作为上述技术方案的进一步改进：

其中一个垂直机架的一旁安装有拖链，所述线缆穿过拖链。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，在满足空气中水池试验系泊缆静态刚度标定要求上设计了空气中系泊缆静态刚度标定装置，装置固定于墙面上避免了标定装置的重复安装引起的安装误差；根据系泊缆作业深度和水平位移要求，装置可实现自动升降和水平位移，减小人为干预；由电机驱动与高精度的拉线传感器实现垂向深度和水平位移量的精确控制，由原精度误差小于1mm提升至0.2mm以内；由拉力传感器、拉线位移传感器和计算机，实现了数据的自动连续采集和分析，提升数据的可靠性和准确性。

本发明有效的提升了试验测试精度和自动化，减少人工干预，来满足海洋工程海上作业性能的精确评估。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为图1的俯视图(局部视图，省略水平滑台机架左右两端的结构)。

图3为图2中沿A-A截面的全剖视图。

图4为图1中B部的局部放大图。

其中：1、拖链；2、水平滑台驱动电机；3、水平滑台机架；4、水平滑台轴承座；5、水平移动拉线式位移传感器；6、墙面固定板；7、垂直机架；8、垂直导轨；9、垂直滑块；10、垂直轴承座；11、垂直滑台电机底板；12、水平滚珠丝杆；13、垂直滑台驱动电机；14、垂直滑动连接座；15、垂直移动拉线式位移传感器；16、垂直丝杆；17、水平直线导轨；18、水平直线滑块；19、锁紧螺母；20、连接板；21、墙壁。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1-图4所示，本实施例的空气中系泊缆静态刚度标定装置，包括系泊缆静态刚度标定装置主体和采集分析***，

系泊缆静态刚度标定装置主体的结构为：包括垂直滑台电机底板11，垂直滑台电机底板11上固定有垂直滑台驱动电机13，垂直滑台驱动电机13的输出端上下间隔对称安装有垂直滑动连接座14，两个垂直滑动连接座14之间通过轴承装置安装有垂直丝杆16，垂直丝杆16的底部通过联轴器与垂直滑台驱动电机13连接；垂直丝杆16上安装有与其配合移动螺母(图中未画出)，垂直丝杆16的左右两端对称安装有垂直机架7，

单个垂直机架7的安装结构为：包括墙壁21，墙壁21从上往下间隔安装有多块墙面固定板6，墙面固定板6上通过紧固件安装垂直机架7，垂直机架7上安装有垂直导轨8，垂直导轨8上安装垂直滑块9，垂直滑块9上固定有水平滑台机架3，水平滑台机架3的背部与移动螺母(图中未画出)锁紧，水平滑台机架3在垂直滑块9的导向作用下沿着垂直导轨8上下滑动；

水平滑台机架3的上下端对称安装有水平直线导轨17，两个水平直线导轨17上分别安装有水平直线滑块18，两个水平直线滑块18之间安装一块连接板20，连接板20中部通过锁紧螺母19固定，两个水平直线导轨17之间还安装有水平滚珠丝杆12，水平滚珠丝杆12穿过锁紧螺母19中部，水平滚珠丝杠12的两端通过水平滑台轴承座4支撑，并在水平滚珠丝杆12的一端通过联轴器和垂直轴承座10安装水平滑台驱动电机2；

采集分析***主要包括：水平移动拉线式位移传感器5、垂直移动拉线式位移传感器15、拉力传感器和计算机采集分析程序；

水平移动拉线式位移传感器5和拉力传感器安装在水平滑台机架3上；

垂直移动拉线式位移传感器15安装在垂直滑台电机底板11上；系泊缆静态刚度标定装置整体通过线缆与控制柜中的计算机相连接，采集分析***中嵌入分析模块。

其中一个垂直机架7的一旁安装有拖链1，线缆穿过拖链1。

本发明所述的垂直机架7的总高为4.2m，水平滑台机架3的总长为3.35m。

本发明所述的垂直滑台、水平滑台、驱动电机、垂直滚珠丝杆、水平滚珠丝杆、垂直滑动连接座14构成了空气中系泊缆静态刚度标定装置主体；水平移动拉线式位移传感器、垂直移动拉线式位移传感器15、拉力传感器和计算机采集分析程序组成了采集分析***。

本发明的具体结构为：

本发明包括系泊缆静态刚度标定装置主体和采集分析***，系泊缆静态刚度标定装置主体上有垂直机架7和水平滑台机架3，底部有垂直滑台电机底板11，垂直滑台电机底板11上布置垂直滑台驱动电机13和垂直移动拉线式位移传感器15，水平机架上布置水平移动拉线位移传感器5。系泊缆静态刚度标定装置主体通过墙面固定板6固定于墙壁21，墙面固定板6与垂直机架7相连，垂直导轨8固定于垂直机架7，垂直滑块9沿垂直导轨8上下运动，垂直滑块9与水平滑台机架3固定。垂直滑台的上下运动通过垂直丝杆16传动完成，垂直滑台驱动电机13通过传动组件与垂直丝杆16连接。水平滑台机架3与垂直滑块9固定连接，水平直线滑块18固定于水平滑台机架3的水平直线导轨17上，水平滑台驱动电机2通过传动组件与水平滚珠丝杆12连接。线缆通过拖链1与控制柜中的计算机相连接，采集***中嵌入分析模块，实现自动采集分析。

本发明的具体工作过程如下：

通过操作台计算机的人机界面给出操作指令。经串口通讯，PLC控制器接收控制指令，并控制两台驱动电机(水平滑台驱动电机2和垂直滑台驱动电机13)的工作。垂直滑台驱动电机13通过传动组件驱动垂直丝杆16发生转动，进而带动与垂直滑块9相连的水平滑台机架3垂直运动，垂直移动拉线式位移传感器15测量垂向位移量，同时，水平滑台驱动电机2通过传动组件带动水平滚珠丝杆12转动，带动水平滑台机架3上的水平直线滑块18进行水平运动，水平移动拉线式位移传感器5测量水平位移量，水平滑台上的拉力传感器测量受力。在连接的计算机采集***中保存每次采集的数据，自动采集分析***给出系泊缆静态刚度标定结果。

在满足空气中水池试验系泊缆静态刚度标定要求上设计了空气中系泊缆静态刚度标定装置，装置固定于墙面上避免了标定装置的重复安装引起的安装误差；根据系泊缆作业深度和水平位移要求，装置可实现自动升降和水平位移，减小人为干预；由电机驱动与高精度的拉线传感器实现垂向深度和水平位移量的精确控制，由原精度误差小于1mm提升至0.2mm以内；由拉力传感器、拉线位移传感器和计算机，实现了数据的自动连续采集和分析，提升数据的可靠性和准确性。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (2)

1.一种空气中系泊缆静态刚度标定装置，其特征在于：包括系泊缆静态刚度标定装置主体和采集分析***，

所述系泊缆静态刚度标定装置主体的结构为：包括垂直滑台电机底板(11)，所述垂直滑台电机底板(11)上固定有垂直滑台驱动电机(13)，所述垂直滑台驱动电机(13)的输出端上下间隔对称安装有垂直滑动连接座(14)，两个垂直滑动连接座(14)之间通过轴承装置安装有垂直丝杆(16)，所述垂直丝杆(16)的底部通过联轴器与垂直滑台驱动电机(13)连接；垂直丝杆(16)上安装有与其配合移动螺母，所述垂直丝杆(16)的左右两端对称安装有垂直机架(7)，

单个垂直机架(7)的安装结构为：包括墙壁(21)，墙壁(21)从上往下间隔安装有多块墙面固定板(6)，所述墙面固定板(6)上通过紧固件安装垂直机架(7)，所述垂直机架(7)上安装有垂直导轨(8)，垂直导轨(8)上安装垂直滑块(9)，所述垂直滑块(9)上固定有水平滑台机架(3)，所述水平滑台机架(3)的背部与移动螺母锁紧，水平滑台机架(3)在垂直滑块(9)的导向作用下沿着垂直导轨(8)上下滑动；

所述水平滑台机架(3)的上下端对称安装有水平直线导轨(17)，两个水平直线导轨(17)上分别安装有水平直线滑块(18)，两个水平直线滑块(18)之间安装一块连接块(20)，所述连接块(20)中部通过锁紧螺母(19)固定，两个水平直线导轨(17)之间还安装有水平滚珠丝杆(12)，所述水平滚珠丝杆(12)穿过锁紧螺母(19)中部，所述水平滚珠丝杆(12)的两端通过水平滑台轴承座(4)支撑，并在水平滚珠丝杆(12)的一端通过联轴器安装水平滑台驱动电机(2)；

采集分析***主要包括：水平移动拉线式位移传感器(5)、垂直移动拉线式位移传感器(15)、拉力传感器和计算机采集分析程序；

所述水平移动拉线式位移传感器(5)和拉力传感器安装在水平滑台机架(3)上；

所述垂直移动拉线式位移传感器(15)安装在垂直滑台电机底板(11)上；系泊缆静态刚度标定装置整体通过线缆与控制柜中的计算机相连接，采集分析***中嵌入分析模块。

2.如权利要求1所述的空气中系泊缆静态刚度标定装置，其特征在于：其中一个垂直机架(7)的一旁安装有拖链(1)，所述线缆穿过拖链(1)。

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