本发明专利技术涉及海洋工程检测装置技术领域，提供了一种驱动转矩可控的土中锚固结构准静态加载装置，包括装置本体，装置本体包括加载平台，加载平台通过牵引索分别连接锚固件和变速装置，变速装置通过动力源提供动力，变速装置的输入轴和输出轴均为转动，变速装置根据输出轴负载扭矩实时调整传动比，使输入轴的扭矩在所述变速装置的设计输出转矩范围内保持相对恒定；在加载后期需要克服较大土阻力时则通过提高传动比的方法达到抑制动力源输入转矩、保护动力源的目的；变速装置的传动特征属于无级变速，其传动比根据负载实时调整，输入转矩随负载增大而变化平滑，有利于提高动力源等核心设备的使用寿命。设备的使用寿命。设备的使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
一种驱动转矩可控的土中锚固结构准静态加载装置
[0001]本专利技术涉及海洋油气工程、海底结构承载力检测装置
，具体涉及一种驱动转矩可控的土中锚固结构准静态加载装置。
技术介绍
[0002]海洋工程实践从近海浅水迈向远海深水海域，海底管道、海洋桩基础在高温高压、风暴等超常工况下承载力与稳定性正日益受到关注。锚固系统是深海浮式结构所常用的基础形式，要求埋设在海床一定深度的锚固基础具有足够的抗拔能力以确保浮式结构在风暴等极端环境条件下的稳定。
[0003]准静态条件下的机械加载法是工程领域检测和评价极限承载力的最主要手段之一。其一般采用人力或电力作为动力源，通过固定传动比的机构对结构物施加指定方向的荷载，并最终根据结构位移与施加荷载的对应关系确定承载能力。该方法目前也已经被广泛用于海洋结构物承载力与稳定性问题的试验研究。
[0004]对于获取极限承载力的加载试验，其最大荷载一般难以准确预知，且试验过程中达到最大加载量之前往往已经产生一定大小的位移。当采用电动设备进行加载时，若负载超过电机额定转矩时容易导致设备寿命降低甚至损坏。当受限于场地条件不得不采用人力加载时，由于人力大小有限，不得不采用如倒链、葫芦等具有极大传动比的设备。这就导致加载初期不仅荷载升高缓慢，且操作人员会因手摇次数过多而提前疲惫，影响后期较大荷载下的加载操作。
[0005]如何有效地解决上述技术难点，是目前本领域技术人员需解决的问题。
技术实现思路
[0006]为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本专利技术提供了一种驱动转矩可控的土中锚固结构准静态加载装置。
[0007]驱动转矩可控的土中锚固结构准静态加载装置包括装置本体，所述装置本体包括：
[0008]加载平台，所述加载平台通过牵引索分别连接锚固件和变速装置，所述变速装置通过动力源提供动力；
[0009]所述变速装置的输入轴和输出轴均为转动，所述变速装置根据所述输出轴负载扭矩实时调整传动比，使所述输入轴的扭矩在所述变速装置的设计输出转矩范围内保持相对恒定。
[0010]进一步地，所述变速装置包括调速单元，所述调速单元分别连接有换向单元和补偿单元。
[0011]进一步地，所述调速单元包括传动机构，所述传动机构上连接有调速装置，所述调速装置上分别连接有主动齿轮和伸缩轴，所述伸缩轴与所述调速装置之间通过第一轴承相连接；
[0012]所述伸缩轴的外部连接有轴套件，所述轴套件的表面连接有第一从动齿轮和第二从动齿轮，所述伸缩轴可沿轴向相对于所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮移动，所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮之间的所述轴套件上设置有用于连接机架的第二轴承；
[0013]远离所述主动齿轮侧的所述轴套件的端部通过调速弹簧连接有第二输出轴，所述第二输出轴连接并带动所述补偿单元，所述补偿单元连接并带动所述输出轴。
[0014]进一步地，远离所述调速装置侧的所述伸缩轴端部处设置有多个导轮，所述第二输出轴的内表面设置有螺旋导槽，所述导轮在所述螺旋导槽中进行位移。
[0015]进一步地，所述输出轴与所述轴套件之间设置有调速弹簧，靠近所述调速弹簧侧的所述轴套件上设置有可与所述第二输出轴相卡接的固定销，所述第二输出轴上设置有与所述固定销相卡接的卡条。
[0016]进一步地，所述传动机构包括与所述输入轴相连接的定长曲柄，远离所述输入轴侧的所述定长曲柄端部连接有连杆，远离所述定长曲柄侧的所述连杆的端部连接有调速曲柄。
[0017]进一步地，所述调速装置包括设置在所述调速曲柄上的轮架，所述轮架上设置有调速齿轮，所述调速齿轮包括同轴设置的第一调速齿轮和第二调速齿轮，所述第二调速齿轮啮合有伸缩齿条，所述伸缩齿条穿过所述主动齿轮并且通过所述第一轴承与所述伸缩轴相连接，所述第二调速齿轮的转速与所述主动齿轮的转速相同。
[0018]进一步地，所述换向单元包括与所述主动齿轮相啮合的第一传动齿轮，所述第一传动齿轮还啮合有第三传动齿轮，所述第一传动齿轮通过第一单向轴连接有与所述第一从动齿轮相啮合的第二传动齿轮，所述第三传动齿轮通过第二单向轴连接有与所述第二从动齿轮相啮合的第四传动齿轮；
[0019]所述第一单向轴和所述第二单向轴上分别连接有第三单向轴，所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮的旋转方向相同。
[0020]进一步地，所述补偿单元包括分别设置在所述第二输出轴表面的齿轮架和太阳齿轮，所述齿轮架上连接有多个行星齿轮，多个所述行星齿轮同时与所述太阳齿轮相啮合，多个所述行星齿轮还同时与固定在所述机架上的内齿轮相啮合，远离所述第二从动齿轮侧的所述太阳齿轮上连接有飞轮；
[0021]所述太阳齿轮连接并带动所述输出轴旋转，所述太阳齿轮的转速与所述飞轮的转速相同。
[0022]进一步地，靠近所述第二从动齿轮侧的所述第二输出轴上连接第四轴承。
[0023]在本专利技术的加载初期，动力源为变速装置提供的输入转矩随锚固件所受土阻力增大而线性增大，当土阻力超过设定值后，变速装置传动比将逐渐增大，使动力源的输入转矩控制在目标数值，而不再随土阻力增大而明显增长。该性能在加载初期土阻力较小时可以提高加载速度、节约加载时间；而在加载后期需要克服较大土阻力时则通过提高传动比的方法达到抑制动力源输入转矩、保护动力源的目的。
[0024]在加载后期，荷载接近极限承载力，此时变速装置的传动比增大而使荷载增速变缓。当外部的传感器采集频率相同时，该性能有助于试验者准确捕捉到极限承载力。
[0025]变速装置的传动特征属于无级变速，其传动比根据负载实时调整，输入转矩随负载增大而变化平滑，有利于提高动力源等核心设备的使用寿命。
附图说明
[0026]图1是本专利技术提供的装置本体的结构示意图；
[0027]图2是本专利技术提供的变速装置的各单元结构示意图；
[0028]图3是本专利技术提供的变速装置的正面立体结构示意图；
[0029]图4是本专利技术提供的变速装置的后面立体结构示意图；
[0030]图5是本专利技术提供的导轮的结构示意图；
[0031]图6是本专利技术提供的输入轴的输入转矩与输出轴的输出负载关系图；
[0032]附图标记：
[0033]1、加载平台；
[0034]2、牵引索；
[0035]3、变速装置；31、输出轴；311、卡条；312、螺旋导槽；313、第二输出轴；32、补偿单元；321、齿轮架；322、飞轮；323、内齿轮；324、行星齿轮；325、太阳齿轮；33、调速单元；331、传动机构；3311、定长曲柄；3312、连杆；3313、调速曲柄；332、调速装置；3321、轮架；3322、调速齿轮；3323、伸缩齿条；333、主动齿轮；334、第一轴承；335、伸缩轴；3351、导轮；336、轴套件；3361、固定销；337、第一从动齿轮；338、第二从动齿轮；339、调速弹簧；34、换向单元；341、第一传动齿轮；342、第四传动齿轮；本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种驱动转矩可控的土中锚固结构准静态加载装置，包括装置本体，其特征在于，所述装置本体包括：加载平台，所述加载平台通过牵引索分别连接锚固件和变速装置，所述变速装置通过动力源提供动力；所述变速装置的输入轴和输出轴均为转动，所述变速装置根据所述输出轴负载扭矩实时调整传动比，使所述输入轴的扭矩在所述变速装置的设计输出转矩范围内保持相对恒定。2.根据权利要求1所述的驱动转矩可控的土中锚固结构准静态加载装置，其特征在于，所述变速装置包括调速单元，所述调速单元分别连接有换向单元和补偿单元。3.根据权利要求2所述的驱动转矩可控的土中锚固结构准静态加载装置，其特征在于，所述调速单元包括传动机构，所述传动机构上连接有调速装置，所述调速装置上分别连接有主动齿轮和伸缩轴，所述伸缩轴与所述调速装置之间通过第一轴承相连接；所述伸缩轴的外部连接有轴套件，所述轴套件的表面连接有第一从动齿轮和第二从动齿轮，所述伸缩轴可沿轴向相对于所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮移动，所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮之间的所述轴套件上设置有用于连接机架的第二轴承；远离所述主动齿轮侧的所述轴套件的端部通过调速弹簧连接有第二输出轴，所述第二输出轴连接并带动所述补偿单元，所述补偿单元连接并带动所述输出轴。4.根据权利要求3所述的驱动转矩可控的土中锚固结构准静态加载装置，其特征在于，远离所述调速装置侧的所述伸缩轴端部处设置有多个导轮，所述第二输出轴的内表面设置有螺旋导槽，所述导轮在所述螺旋导槽中进行位移。5.根据权利要求3所述的驱动转矩可控的土中锚固结构准静态加载装置，其特征在于，靠近所述调速弹簧侧的所述轴套件上设置有可与所述第二输出轴相卡接的固定销，所述第二输出轴上设置有与所述固定销相卡接的卡条。6.根据权利要求3所述的驱动转矩可控的土中...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪宁，师玉敏，高福平，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：
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