專利名稱：纜索水阻尼測試儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種大型海洋工程結構物纜索力學性能研究，尤其涉及一種纜索水阻尼測試儀。
背景技術：
建立石油儲備，確保石油安全，開發海洋油氣資源已成為我國的一大發展目標，重點在建設儲運設施。海上浮式儲油系統因其具有不占陸地面積的優點而作為優先考慮的儲備方式。數條儲油船由系纜樁、橡膠護弦組成的系泊系統并列靠泊，因此，系泊系統的可靠性成了最為關注的問題。隨著生產和開發的逐漸向深海發展，選擇一種性能強，經濟效益高的系泊材料成為一個日益突出的問題。對于FPSO、SPAR這類巨型海上結構物，其系泊系統的設計非常復雜，尤其是隨著油氣資源的開發越來越轉往深水和超深水，深水系泊技術的研究也越來越具有挑戰性。老式的用鋼鏈和鋼纜組成的懸鏈式系泊系統通常只適用于1千米內的水深，當水深超過1千米后，不僅造價極高，而且帶給結構物額外的巨大重量，由于系統提供的回復剛度隨水深的增大而降低，致使結構物在極端氣象條件下產生較大的水平偏移。近年來，新型系泊方法、新型材料的系纜和新型系泊基礎的開發等成為國際范圍深水系泊技術研究的焦點和熱點。在新材料系纜的研發方面，主要集中在高性能人工合成纖維材料，包括聚酯、芬芳聚酰胺、高模量聚乙烯、尼龍等，研究他們在不同編織結構下的力學和化學性能。深水系泊與淺水系泊相比具有載荷大、長度長、質量大、海洋氣候復雜等特征，而系纜作為深水系泊主要的傳力機構，承受著海水的沖擊和海面巨型結構物運動引起的交變載荷的長期作用，因此研究纖維系纜的力學特性在深水系泊結構的應用中起著至關重要的作用。研究纖維系纜的力學特性的技術是一項具有廣泛前景的技術。在上世紀七、八十年代開始出現一些專門針對系纜力學性能的研究和規范。黏性流體繞物體流動時，物體一定受到流體的壓強和切向應力的作用，這些力的合力一般可分解為與來流方向一致的作用力和垂直于來流方向的作用力。繞流物體的阻力由兩部分組成一部分是由于流體的粘性在物體表面上的作用著的切向應力，由此切向應力所形成的摩擦阻力；另一部分是由于邊界層分離，物體前后形成壓強差而產生的壓差阻力。摩擦阻力與壓差阻力之和統稱為物體阻力。對于圓柱體和球體等鈍頭體，壓差阻力比摩擦阻力要大得多；而流體縱向流過平板時一般只有摩擦阻力。雖然物體阻力形成過程，從物理觀點看完全清楚，但是要從理論上來確定一個任意形狀物體的阻力，目前還只能在風洞中用實驗方法測得。通過大量實驗得到的經驗公式單位長度的物體所受到的阻力為因此，在水阻尼實驗中需要對來流速度U及纜繩試件在來流沖擊下所受阻力D進行實時測試。同時根據深海系纜實際工況，應考慮不同流速、不同角度下深海水對系纜的沖擊作用。此外，由于溫度對系纜性能有重要影響，需考慮不同溫度下系纜的水阻尼特性。通過實驗獲得纜繩的力學性能存在以下問題(1)由于技術及實驗空間的限制，模擬海洋環境不同流速的海水流動難度太大。但是必須對纜繩的工作環境給予考慮，因為系纜因在深海中其周圍環境對其有重大影響。(2)系纜屬于柔性試件，不宜固定，且軸向受力變形大。(3)要考慮纜繩在不同角度所受阻力。在纜繩運行過程中要考慮與來流方向一致的作用力和垂直于來流方向的作用力，在不同角度與來流方向一致的作用力和垂直于來流方向的作用力所占比例不同。(4)纜繩在水中應有固定的運行軌道，以消除纜繩因運行軌道不同帶來的干擾。(5)需要考慮在不同溫度下系纜的阻尼特性，因為在不同的溫度下，系纜的某些材料力學特性不同，且溫度對纜繩的編制結構也有一定影響。關于系纜的水阻尼特性研究，國內尚沒有查閱到相關文獻，國外相關研究正在進行中。

發明內容
針對上述現有技術，本發明提供一種纜索水阻尼測試儀。本發明依托系纜水阻尼實驗平臺模擬海洋環境，測量系纜在水中運動速度及系纜所受阻尼力。其中，利用一水槽模擬海洋水環境。并通過模擬海洋中系纜受洋流沖擊的力學模型實現系纜在海洋中所受的阻尼力的測量。本發明可解決不同直徑的柔性且軸向受力變形大的系纜的固定問題，并且可解決與來流方向一致的作用力和垂直于來流方向的作用力對纜索的不同影響的問題，為深海系纜的進一步研究提供了基礎。為了解決上述技術問題，本發明纜索水阻尼測試儀予以實現的技術方案是包括支撐框架、水槽、纜索夾持裝置、纜索變速驅動裝置、測速單元和測力單元；所述支撐框架的上方設有軌道，所述軌道包括水平段和下坡段；所述纜索夾持裝置包括承載車，所述承載車由主體、固定結構和車輪構成，所述主體呈“H”型框架，所述車輪設置在該“H”形框架的四個端部，“H”型框架中間橫梁的中間位置上固定有一圓形分度盤部件，所述固定結構是兩個設置在所述中間橫梁兩側、且與所述中間橫梁平行、并固定在所述“H”型框架上的固定桿； 所述圓形分度盤部件由分度盤和與所述分度盤中心固定的支撐梁構成，所述分度盤的上表面按照分度中心角為30°的均布一圈圓孔，所述支撐梁的兩端為懸臂；所述“H”型框架的中間橫梁上設有兩個定位孔，所述兩個定位孔的中心距與所述分度盤上圓孔的分度圓直徑相等；所述支撐梁的懸臂端均分別固定有一夾持懸臂，每個夾持懸臂的底端設有夾頭，所述夾頭由兩個相對的、且內口呈弧形的夾片構成；所述承載車的中間橫梁上設有一手動彈起塊，所述手動彈起塊通過一銷軸與焊接在所述中間橫梁上的一固定塊連接，所述手動彈起塊與所述固定塊之間設有一用來借助外力將手動彈起塊彈起的拉簧；所述纜索變速驅動裝置包括動力單元和傳動機構，所述動力單元包括變頻電機和變頻器；所述傳動機構采用鏈輪/鏈條傳動機構；所述變頻電機將動力傳遞給所述鏈輪/鏈條傳動機構中的鏈輪，所述鏈輪/鏈條傳動機構中的的鏈條上固定一撞塊；所述測速單元包括一輪繩傳動結構、一光電編碼器、一數據采集系統電路板和第一計算機系統；所述輪繩傳動結構包括設置在所述支撐框架上的多個傳動滑輪；所述光電編碼器的輸入端由兩個轉動輪構成，所述兩個轉動輪與所述輪繩傳動結構中的一個傳動滑輪形成一中間輪繩傳動結構，所述輪繩傳動結構與所述中間輪繩傳動結構之中包括一共用傳動滑輪；所述光電編碼器與所述數據采集系統電路板連接，所述數據采集系統電路板與所述第一計算機系統連接；所述測力單元包括多個設置在所述纜索夾持裝置中的夾持懸臂頂端部位的電阻應變片，多個電阻應變片連接后形成一半橋電路或一全橋電路，所述的半橋電路或全橋電路連接至一傳感器，所述傳感器連接至第二計算機系統；所述承載車通過車輪安裝在所述軌道上，所述纜索夾持裝置中夾持懸臂的夾頭位于所述水槽中，所述輪繩傳動結構中的傳動滑輪的個數為六個，所述六個傳動滑輪均布置在機架的同一側面，所述承載車上位于與所述傳動滑輪同側的兩個車輪與所述繩輪傳動結構中放傳動繩固定；所述承載車在所述軌道的水平段內運行時，所述撞塊和彈起的手動彈起塊接觸，當承載車在所述軌道的下坡段內運行時，所述撞塊和彈起的手動彈起塊脫離。與現有技術相比，本發明的有益效果是(1)由于本發明中的夾頭內口呈弧形夾片設計，實現了對柔性系纜的夾持，綜合考慮了系纜的軸向受力，且實現了對不同直徑的系纜的夾持，其可夾持直徑為10-35mm的系纜，且固定可靠。(2)本發明中的圓形分度盤部件實現了纜索在深海中受到來流的多角度的沖擊模擬，采用該分度盤使得系纜的沖擊角度可為0-90°，并按照30°的調整單位。(3)本發明中的承載車采用鋁材料且設計成可拆卸架式結構，既滿足了強度要求， 又能使其質量輕，利于實驗測量，減小誤差；承載車的四個車輪中裝入軸承，減小了承載車在水阻尼測試系統的軌道運行中的阻力。(4)利用本發明可以通過調整海水的密度，含沙量，海水溫度，在實驗室模擬系纜在不同的海洋水環境中的特性。海水鹽度范圍在0.08-33. 446內可調，平均含沙量可達 0. 1-0. 2kg/m3，海水溫度在0-25°可調。(5)利用本發明測試過程中，鏈條上的撞塊推動承載車上的彈起塊，從而帶動承載車在軌道上運行，通過變頻電機達到調整承載車的速度，得到不同的水流速度對承載車上纜索的沖擊力。(6)利用本發明通過測試5-35不同直徑的系纜在水的沖擊下的力學性質，得出水環境中系纜的直徑的與系纜所受的阻尼力的關系、海洋環境對系纜的水阻尼特性。


圖1是本發明纜索水阻尼測試儀設計框圖2是本發明纜索水阻尼測試儀結構簡圖3是本發明中纜索夾持裝置的結構示意簡圖4是圖3中所示承載車的結構示意簡圖5是圖3中所示圓形分度盤部件的結構示意簡圖6是圖3中所示夾持懸臂的結構示意簡圖7是圖6所述夾持懸臂上電阻應變片的位置示意圖
圖8是本發明中纜索變速驅動裝置的主視圖9是圖8所示纜索變速驅動裝置的俯視圖10是圖8中所示鏈輪張緊結構示意圖；圖11是圖8所示纜索變速驅動裝置左部分左上視角的立體結構示意圖； 圖12是本發明纜索水阻尼測試儀的左部分左上視角的立體結構示意圖； 圖13是本發明中彈起塊的結構示意簡圖； 圖14是本發明中撞塊的結構示意簡圖；圖15是利用本發明進行纜索水阻尼測試得到的阻尼力-速度曲線圖； 圖16是利用本發明進行纜索水阻尼測試得到的阻尼力-雷諾數曲線圖； 圖17是利用本發明進行纜索水阻尼測試得到的雷諾數-阻尼力系數曲線圖 圖中100-支撐框架 200-水槽 300--軌道 400 -纜索夾持裝置 410——承載車 420-圓形分度盤部件 430 -夾持懸臂 411——主體 412- -固定桿 413-車輪 414-中間橫梁 421-分度盤422-支撐梁431-夾頭 432-螺栓440-手動彈起塊442-固定塊 443-拉簧500-纜索變速驅動裝置520 傳動結構 530-變頻機構 600-測速單元 641- 輪繩傳動結構642- 光電編碼器643-中間輪繩傳動結構 611- 傳動滑輪 700-測力單元710-電阻應變片
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發明作進ー步詳細地描述。如圖1所示，本發明纜索水阻尼測試儀的設計框架是包括支撐框架100、水槽200、 纜索夾持裝置400、纜索變速驅動裝置500、由測速單元600和測カ單元700構成ー測試系 統，主要由繩輪傳動機構、光電編碼器、數據采集系統電路板(圖中未畫出)、電阻應變片、 傳感器和兩臺計算機系統(圖中未畫出)等組成，可以測試系纜在水環境中運動時的速度 及阻尼力。如圖2所示，所述支撐框架100的上方設有軌道300，所述軌道300包括水平段和 下坡段；所述支撐框架100上在位于所述軌道300下波段的盡頭處設有ー緩沖減震結構。 所述水槽200中設有溫度傳感器。如圖3所示，所述纜索夾持裝置400包括承載車410，所述承載車410由主體411、 固定結構和車輪413構成，如圖4所示，所述主體411呈“H”型框架，所述車輪413設置在 該“H”形框架的四個端部，“H”型框架中間橫梁414的中間位置上固定有一圓形分度盤部件 420，所述固定結構是兩個設置在所述中間橫梁414兩側、且與所述中間橫梁414平行、并固 定在所述“H”型框架上的固定桿415;如圖5所示，所述圓形分度盤部件420由分度盤421 和與所述分度盤中心固定的支撐梁422構成，所述分度盤421的上表面按照分度中心角為 30°的均布一圈圓孔，所述支撐梁422的兩端為懸臂，所述“H”型框架的中間橫梁414上設 有兩個定位孔，所述兩個定位孔的中心距與所述分度盤421上圓孔的分度圓直徑相等；所 述支撐梁422的懸臂端均分別固定有ー夾持懸臂430，夾持懸臂采用根部矩形小截面，中部等強度截面設計。如圖6所示，每個夾持懸臂430的底端設有夾頭431，所述夾頭431由兩個相對的、且內口呈弧形的夾片構成，如圖6所示，所述夾頭431的兩個夾片之間由四個螺栓連接，兩個夾片之間的距離通過螺栓調節，所述夾頭31的弧形夾片設計，實現了對柔性系纜的夾持，并綜合考慮了系纜的軸向受力，從而可實現對不同直徑的系纜的夾持，其可夾持直徑為10-35mm的系纜，且固定可靠。所述圓形分度盤部件420中的支撐梁422與所述 “H”型框架的中間橫梁414之間的夾角是可調的，可實現按照30°的倍數調整，通過分度盤旋轉不同角度，能實現纜索與運動方向夾角的變化，從而可以實現纜索在深海中受到來流的多角度的沖擊模擬，采用該分度盤使得系纜的沖擊角度可為0-90°，并按照30°的調整單位進行兩者之間夾角的調整。所述承載車410采用鋁材制造，其中的“H”型框架為可拆卸結構，固定在所述“H”型框架上的固定桿為可拆卸結構，既可以滿足強度要求，又能使其質量輕，利于實驗測量，減小測試誤差。所述車輪413的輪軸處設有軸承，可以減小承載車 10在水阻尼測試系統的軌道運行中的阻力。所述承載車410的中間橫梁414上設有一手動彈起塊440，如圖13所示，所述手動彈起塊440通過一銷軸441與焊接在所述中間橫梁414上的一固定塊442連接，所述手動彈起塊440與所述固定塊442之間設有一用來借助外力將手動彈起塊440彈起的拉簧443。如圖8所示，所述纜索變速驅動裝置500包括動力單元530和傳動機構520，所述動力單元530包括變頻電機和變頻器；所述傳動機構520采用鏈輪/鏈條傳動機構；所述變頻電機將動力傳遞給所述鏈輪/鏈條傳動機構中的鏈輪，所述鏈輪/鏈條傳動機構中設有一張緊支撐中間鏈輪，防止鏈條下垂；如圖11所示，所述鏈輪/鏈條傳動機構設有鏈條張緊結構521，由于鏈條屬于柔性件，長鏈條易發生彎曲，產生彎曲撓度，不利于鏈條的穩定運行，因此，利用該鏈條張緊結構可以起到鏈條預緊調節的作用，本發明中的鏈條張緊結構通過調節預緊調節從動鏈輪輪軸的水平位置，實現鏈條的預緊，如圖10所示，所述鏈條張緊結構521由底座和固定在從動鏈輪輪軸上的張緊器構成，所述底座固定在支撐框架100上， 所述張緊器由設置在從動鏈輪輪軸上的軸承支座及與所述軸承支座連接的正、反旋向螺紋桿構成，通過旋轉螺紋桿調節鏈輪/鏈條傳動機構中兩個鏈輪的中心距。所述鏈輪/鏈條傳動機構中的的鏈條上固定一撞塊510，如圖14所示，所述撞塊510的中間設有溝槽，將該撞塊510安裝到鏈條上，鏈條嵌在撞塊510中間的溝槽中，不影響鏈條的傳動。如圖8所示，所述測速單元600包括一輪繩傳動結構641、一光電編碼器642、一數據采集系統電路板和第一計算機系統；所述輪繩傳動結構641包括設置所述支撐框架100 上的多個傳動滑輪611 ；所述光電編碼器642的輸入端由兩個轉動輪構成，所述兩個轉動輪與所述輪繩傳動結構641中的一個傳動滑輪611形成一中間輪繩傳動結構643，所述輪繩傳動結構641與所述中間輪繩傳動結構643之中包括一共用傳動滑輪；所述光電編碼器642 與所述數據采集系統電路板連接，所述數據采集系統電路板與所述第一計算機系統連接； 本發明中利用輪繩傳動結構、光電編碼器和數據采集系統電路板配合計算機系統實時跟蹤測量系纜在水環境中的實際運動速度。如圖7所示，所述測力單元700包括多個設置在所述纜索夾持裝置400中的夾持懸臂430頂端部位的電阻應變片710，多個電阻應變片連接后形成一半橋電路或一全橋電路，所述的半橋電路或全橋電路連接至一傳感器，所述傳感器連接至第二計算機系統；所述傳感器可以采用無線式，便于測試中使用，因此所述傳感器與所述第二計算機系統的連接可以是通過有線或無線方式。本發明纜索水阻尼測試儀的工作原理是在水槽200中注入適量水以模擬海洋水環境，將系纜繩固定在夾持懸臂裝置400中的兩個夾頭431中，夾持懸臂430緊固在鋁制承載車410上，開啟控制面板，變頻電機及變頻器，鏈輪及鏈條開始加速，通過控制承載車410 在運行軌道300上的運動速度來控制系纜繩相對于水的速度，以此建立系纜在深海中受洋流沖擊的力學模型。通過控制變頻電機與變頻器以實現系纜繩運行速度連續可調，同時，同步跟蹤承載車運動，用光電編碼器進行運動速度測試。在夾持懸臂頂部粘貼有電阻應變片， 運用無線或有線傳感技術將應變信號傳輸到計算機采集系統上，實現系纜阻尼力的測試。本發明中纜索夾持裝置400的組裝是先將圓形分度盤部件中的支撐梁422與夾持懸臂430通過螺紋連接結構緊密地連接起來；因為，夾持懸臂430是作為懸臂梁來進行測試的，所以應與相當于固定端的支撐梁連接牢固。將系纜卡在夾持懸臂430下端的夾頭431 的兩夾片中，通過調整兩夾片之間的四個螺栓將纜索固定住；將系纜安裝在夾持懸臂430 的下端時，應注意兩夾持懸臂430同時緊固，保證兩夾持懸臂430對系纜的夾持程度相同。 將連接在一起的圓形分度盤部件420、夾持懸臂430與系纜再與放置在軌道100上的承載車 410固連，即按照測試中對纜索與運動方向夾角的要求，將承載車410的中間橫梁414上的一對定位孔與所述圓形分度盤部件420中的分度盤421上的一對圓孔對正，用螺栓固定， 再將分度盤421的中心孔與中間橫梁414的中間孔對正，用螺栓固定。如圖8和圖12所示，所述承載車410通過車輪413安裝在所述軌道300上，所述纜索夾持裝置400中夾持懸臂430的夾頭431位于所述水槽200中，所述輪繩傳動結構641中的傳動滑輪611的個數為六個，所述六個傳動滑輪611均布置在支撐框架100的同一側面， 所述承載車410上位于與所述傳動滑輪同側的兩個車輪413與所述繩輪傳動結構641中的傳動繩固定；設置有多個傳動滑輪611是因為若傳動滑輪611的個數少(如是3個)則在纜索承載車410運動過程中，其傳動繩的震動會比較大，對速度采集影響較大，而采用多個傳動滑輪，其中的一、兩滑輪設置在傳動繩的外側，該滑輪既是傳動滑輪又是張緊滑輪，從而起到張緊傳動繩的作用，以有效的防止傳動繩的下垂，不然會產生較大的測試誤差。當承載車410在所述軌道300的水平段內運行時，所述撞塊510和彈起的手動彈起塊440接觸， 當承載車410在所述軌道300的下坡段內運行時，所述撞塊510和彈起的手動彈起塊440 脫離。在纜索夾持裝置運行的過程中通過計算機系統記錄下系纜在水槽模擬的水環境中的運行速度及所受的阻尼力。本發明纜索水阻尼測試儀具有以下特點(1)運動是相對的，所以采取纜繩運動水靜止等效代替實際中的水動纜繩靜止；( 在有限的實驗條件下實現了較高的相對速度，0-4m/s;(2)旋轉編碼系統測速度，懸臂梁系統測阻尼力，進而測得纜繩的阻尼力。(4) 采用無線應變測量，更準確簡單。本發明纜索水阻尼測試儀的動力傳遞的過程是將上述組裝好的纜索夾持裝置的承載車410安裝到軌道上，并在鏈條上裝配撞塊；通過調節鏈條張緊結構使得鏈條預緊，以盡量減小鏈條彎曲。啟動運行電機，當鏈條起速至勻速后，手動將纜索承載車上的彈起塊彈起，鏈條繼續運行，當鏈條上的撞塊與彈起塊碰撞接觸后，撞塊推動纜索承載車100 —起勻速運動，即采用鏈輪/鏈條傳動機構以實現高速鏈條的運動，通過高速鏈條的運動帶動系纜承載車410的運動，進而實現系纜的運動，承載車410經過水平的實驗段后，纜索承載車100進入軌道的下坡端，彈起塊101與撞塊202分離，纜索承載車100進入減速階段，最終停靠靜止在軌道下坡段的盡頭。利用本發明纜索水阻尼測試儀的試驗步驟如下步驟一、在水槽200中注入適量的水，將貼有電阻應變片的夾持懸臂430安裝在承載車410上，并將試件纜索固定在夾持懸臂430的夾頭431上，并通過圓形分度盤部件調整測試角度。步驟二、調好儀器，啟動計算機系統中的測速及測力的檢測軟件，進入待測狀態。步驟三、設定變頻器頻率，點擊控制面板上的“運行”按鈕，開始對高速鏈條及鏈條上的撞塊進行加速。待鏈條勻速后，抬起手動彈起塊，與此同時，測速及測力的檢測軟件進入測試狀態。步驟四、撞塊推動承載車在軌道上勻速運動，由光電編碼器測出輪繩傳動機構中滑輪組上傳動(測速)繩的速度，得到承載車的運行速度；(無線或有線)傳感器測得夾持懸臂上的電阻應變片的應變信號，通過計算得到纜索所受阻尼力。承載車經過軌道上的實驗水平段后進入減速下坡段，撞塊與彈起塊脫離，承載車與安裝在下坡段盡頭的彈簧減速器碰撞，并最終停止。以直徑為16mm的丙綸繩的水阻尼特性實驗為例，從實驗測得數據分析，得到阻尼力與來流速度曲線圖，此結論與經典圓柱繞流理論解相吻合。由此根據公式求得各阻尼力所對應的阻尼系數，并得到雷諾數-阻尼系數相關曲線，此曲線與經典圓柱繞流中圓柱阻力系數隨雷諾數變化相同。多次重復進行實驗，根據統計規律進行實驗數據處理，將統計實驗數據所得到的各頻率下得數據列于表1。表1速度與應變測試數據
權利要求
1.一種纜索水阻尼測試儀，包括支撐框架(100)和水槽000)，其特征在于 所述支撐框架(100)的上方設有軌道(300)，所述軌道(300)包括水平段和下坡段； 還包括纜索夾持裝置G00)、纜索變速驅動裝置(500)、測速單元(600)和測力單元(700)；所述纜索夾持裝置(400)包括承載車010)，所述承載車010)由主體011)、固定結構和車輪(413)構成，所述主體Gll)呈“H”型框架，所述車輪(413)設置在該“H”形框架的四個端部，“H”型框架中間橫梁014)的中間位置上固定有一圓形分度盤部件020)，所述固定結構是兩個設置在所述中間橫梁(414)兩側、且與所述中間橫梁(414)平行、并固定在所述“H”型框架上的固定桿015)；所述圓形分度盤部件G20)由分度盤(421)和與所述分度盤中心固定的支撐梁(42 構成，所述分度盤G21)的上表面按照分度中心角為30° 的均布一圈圓孔，所述支撐梁022)的兩端為懸臂；所述“H”型框架的中間橫梁(414)上設有兩個定位孔，所述兩個定位孔的中心距與所述分度盤G21)上圓孔的分度圓直徑相等； 所述支撐梁(42 的懸臂端均分別固定有一夾持懸臂G30)，每個夾持懸臂(430)的底端設有夾頭G31)，所述夾頭031)由兩個相對的、且內口呈弧形的夾片構成；所述承載車(410) 的中間橫梁(414)上設有一手動彈起塊G40)，所述手動彈起塊(440)通過一銷軸(441)與焊接在所述中間橫梁(414)上的一固定塊(44 連接，所述手動彈起塊(440)與所述固定塊(44 之間設有一用來借助外力將手動彈起塊(440)彈起的拉簧G43)；所述纜索變速驅動裝置(500)包括動力單元(530)和傳動機構(520)，所述動力單元 (530)包括變頻電機和變頻器；所述傳動機構(520)采用鏈輪/鏈條傳動機構；所述變頻電機將動力傳遞為所述鏈輪/鏈條傳動機構中的鏈輪，所述鏈輪/鏈條傳動機構中的的鏈條上固定一撞塊(510)；所述測速單元(600)包括一輪繩傳動結構(641)、一光電編碼器(642)、一數據采集系統電路板和第一計算機系統；所述輪繩傳動結構(641)包括設置所述支撐框架(100)上的多個傳動滑輪(611)；所述光電編碼器(64 的輸入端由兩個轉動輪構成，所述兩個轉動輪與所述輪繩傳動結構(641)中的一個傳動滑輪(611)形成一中間輪繩傳動結構(643)，所述輪繩傳動結構(641)與所述中間輪繩傳動結構(643)之中包括一共用傳動滑輪；所述光電編碼器(64 與所述數據采集系統電路板連接，所述數據采集系統電路板與所述第一計算機系統連接；所述測力單元(700)包括多個設置在所述纜索夾持裝置(400)中的夾持懸臂(430)頂端部位的電阻應變片(710)，多個電阻應變片連接后形成一半橋電路或一全橋電路，所述的半橋電路或全橋電路連接至一傳感器，所述傳感器連接至第二計算機系統；所述承載車(410)通過車輪(413)安裝在所述軌道(300)上，所述纜索夾持裝置(400) 中夾持懸臂G30)的夾頭031)位于所述水槽Q00)中，所述輪繩傳動結構(641)中的傳動滑輪Gll)的個數為六個，所述六個傳動滑輪Gll)均布置在機架(10)的同一側面，所述承載車(410)上位于與所述傳動滑輪同側的兩個車輪(413)與所述繩輪傳動結構(641) 中的傳動繩固定；所述承載車(410)當承載車(410)在所述軌道(300)的水平段內運行時， 所述撞塊(510)和彈起的手動彈起塊(440)接觸，當承載車(410)在所述軌道(300)的下坡段內運行時，所述撞塊(510)和彈起的手動彈起塊(440)脫離。
2.根據權利要求1所述的纜索水阻尼測試儀，其特征在于所述鏈輪/鏈條傳動機構中設有一張緊支撐中間鏈輪。
3.根據權利要求1所述的纜索水阻尼測試儀，其特征在于所述支撐框架(100)上在位于所述軌道(300)下波段的盡頭處設有一緩沖減震結構，該緩沖減震結構為彈簧減速器。
4.根據權利要求1所述的纜索水阻尼測試儀，其特征在于所述纜索夾持裝置(400) 中，所述夾頭G31)的兩個夾片之間由四個螺栓連接，兩個夾片之間的距離通過螺栓調節； 所述圓形分度盤部件G20)中的支撐梁022)與所述“H”型框架的中間橫梁(414)之間的夾角是可調的，可實現按照30°的倍數調整；所述承載車(410)采用鋁材制造，其中的“H” 型框架為可拆卸結構，固定在所述“H”型框架上的固定桿為可拆卸結構；所述車輪013)的輪軸處設有軸承。
5.根據權利要求1所述的的纜索水阻尼測試儀，其特征在于所述鏈輪/鏈條傳動機構設有鏈條張緊結構(521)，所述鏈條張緊結構(521)由底座和固定在從動鏈輪輪軸上的張緊器構成，所述底座固定在支撐框架(100)上，所述張緊器由設置在從動鏈輪輪軸上的軸承支座及與所述軸承支座連接的正、反旋向螺紋桿構成，通過旋轉螺紋桿調節鏈輪/鏈條傳動機構中兩個鏈輪的中心距。
6.根據權利要求1所述的的纜索水阻尼測試儀，其特征在于所述水槽O00)中設有溫度傳感器。
全文摘要
本發明公開了一種纜索水阻尼測試儀，包括支撐框架、水槽、纜索夾持裝置、纜索變速驅動裝置、測速單元和測力單元；所述支撐框架上設有軌道；所述纜索夾持裝置包括承載車和夾持懸臂；所述纜索變速驅動裝置包括動力單元和傳動機構；所述測速單元包括一輪繩傳動結構、一光電編碼器、一數據采集系統電路板和第一計算機系統；所述測力單元包括電阻應變片，電阻應變片連接形成一半橋或一全橋電路，所述的半橋或全橋電路連接至一傳感器，所述傳感器連接至第二計算機系統。本發明可解決不同直徑的柔性且軸向受力變形大的系纜的固定問題，并且可解決與來流方向一致或垂直于來流方向的作用力對纜索的不同影響的問題，為深海系纜的進一步研究提供了基礎。
文檔編號G01L5/00GK102353493SQ20111019397
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月13日 優先權日2011年7月13日
發明者周改麗, 李林安, 李水嬌, 王世斌, 雷震名 申請人:天津大學