一种基于分段式拉力计的悬链线方程拉力模拟装置制造方法及图纸

一种基于分段式拉力计的悬链线方程拉力模拟装置，其属于机械结构设计领域。该装置包括拉力传感器、拉力模拟机构、调整支架、U型凹槽导轮等；其中拉力模拟机构为核心构件，包含了多个拉力模拟单元。拉力模拟单元采用相邻两单元隔板之间设置拉力弹簧和预旋钢索段，以比较精确的模拟悬链线拉力

【技术实现步骤摘要】
一种基于分段式拉力计的悬链线方程拉力模拟装置


[0001]本技术涉及一种基于分段式拉力计的悬链线方程拉力模拟装置，该装置是用于平台系泊试验的特定控制装置，属于机械结构设计的


技术介绍

[0002]海洋中具有丰富的海洋矿物资源，其中主要有石油、煤、铁、铝钒土、锰、铜、石英等，而这些资源有主要分布在海洋的大陆架区域。以石油和天然气为例，据估计，世界石油极限储量约为1万亿吨，可采储量3000亿吨，其中海底石油1350亿吨；世界天然气储量255～280亿立方米，海洋储量占140亿立方米。上世纪末，海洋石油年产量达30亿吨，占世界石油总产量的50%。中国在临近各海域油气储藏量约40～50亿吨。由于发现丰富的海洋油气资源，中国有可能成为世界五大石油生产国之一。海洋是极为丰富的资源宝库，但是目前，人类利用海洋中资源只占到海洋总资源的1%左右，究其原因就是绝大部分的海洋资源都分布在较深的水域。而想要开采和利用这些海洋矿物资源，就必须发展深水区域作业技术。而无论是开采石油等资源的海洋平台，还是初步处理和储存石油的FPSO，都离不开系泊系统，而系泊系统中最为关键的技术就是通过锚链、缆绳等介质，通过悬链线对海洋平台结构物进行位置固定。在对这些结构物进行设计的过程中，也必然会有“水池试验”这一过程。
[0003]传统的平台水池试验中，常常通过以下方法来对悬链线系泊系统进行模拟：第一是通过等缩尺比的小型悬链线来进行模拟，这种方法会极大的受到试验场地的限制。在使用这种方法时，如果使用小水池，就会导致试验中的平台与实际的平台尺度比过大，造成水动力载荷不准的现象；如果使用大型水池（宽度通常为20m以上的方形水池）来进行试验，成本极高且费时费力。第二是通过水下固定锚点牵拉的方式来模拟悬链线系泊系统。这种模拟方法虽然不会像上一种方法受到试验场地的限制，但是不能很好的模拟悬链线方程，需要经常对水下牵拉装置的拉力进行调节，在试验过程中操作十分复杂而且会造成试验精度不足。

技术实现思路

[0004]为解决现有悬链线模拟试验设备中存在的问题，本专利技术提出一种基于分段式拉力计的悬链线方程拉力模拟水池试验装置。该装置可以在尺度较小的水池中（宽度5m以下）对模型进行悬链线系泊试验。装置可以实现悬链线方程模拟、悬链线受力的采集和悬链线方向的调节，并且具有水上操作的特性，在极大减小场地约束和操作便利性的同时提高了悬链线方程模拟的精度。
[0005]本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种基于分段式拉力计的悬链线方程拉力模拟装置，该装置包括拉力传感器和钢索，所述拉力传感器的下端设置拉力模拟机构，拉力模拟机构采用方形外壳内设置多组拉力模拟单元，拉力模拟单元中相邻两个单元隔板之间设置拉力弹簧和预旋钢索段，拉力弹簧的上端设置在上方单元隔板下表面的弹簧卡槽内，拉力弹簧的下端设置在下方单元隔板
上表面的弹簧卡槽内；所述预旋钢索段设置在拉力弹簧内部，预旋钢索段的两端分别设置在单元隔板的钢索连接座上；
[0007]所述单元隔板的隔板本体的四个角点处分别设置作用于方形外壳内壁上的隔板小轮；
[0008]所述拉力模拟机构的下方依次设置调整支架和延长杆，延长杆的底端通过钢索导轮支架设置U型凹槽导轮，所述调整支架上设置固定架；
[0009]所述钢索的一端连接在拉力传感器上，另一端依次穿过拉力模拟机构、调整支架、延长杆后经过U型凹槽导轮连接到试验锚定位置上。
[0010]拉力传感器：用于采集拉力模拟器提供的拉力，即试验中平台受到钢索的拉力，便于试验数据的收集和整理。
[0011]拉力模拟机构：用于模拟悬链线方程拉力
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位移关系的核心部件。
[0012]固定架：固定整个装置的基础部分，通过上部螺栓夹紧、下部导管延长的方式进一步对延长杆本体起到固定作用。
[0013]延长杆：对底部的导轮起到支撑作用，可以通过调整延长杆的长度来调节钢索的初始倾斜角。
[0014]钢索导轮支架：用于支撑U型凹槽导轮的结构，可以根据需要调整导轮与延长杆之间的水平角度，来适应各种试验工况的需要。
[0015]U型凹槽导轮：改变底部钢索的运动和受力方向，使倾斜向下钢索的拉力转化为竖直向上的钢索拉力，以便于后续对拉力进行模拟和采集。
[0016]拉力模拟机构方形外壳：用于给整个拉力模拟机构的内部结构提供保护和支撑的作用，同时正方形的内部空腔壁面可以作为拉力模拟机构单元隔板上下滑动的轨道。
[0017]单元隔板：分隔各个单元，起到连接的作用。
[0018]拉力弹簧：通过事先确定的弹性模量，提供特定的弹性系数，是模拟拉力的拉力来源。
[0019]预旋钢索段：通过事先确定的长度，保证了每个拉力弹簧的工作伸长量。
[0020]单元隔板小轮：实现了隔板在方形外壳中的上下滑动，避免弹簧与外壳之间发生干涉。
[0021]钢索连接座：用于连接上下的控制钢索。
[0022]弹簧卡槽：用于固定隔板上下的弹簧。
[0023]拉力模拟单元的工作原理：当弹簧伸长量大于钢索长度时，钢索处于放松状态，此时该弹簧的工作不受影响，由于钢索带有预旋，因此会旋转盘缩在弹簧中央而不会与弹簧发生干涉；当弹簧伸长量小于钢索长度时，钢索处于绷紧状态，此时钢索会代替弹簧承担拉力，也就控制了对应弹簧的工作伸长量。
[0024]本专利技术的有益效果为：该装置包括拉力传感器、拉力模拟机构、调整支架、U型凹槽导轮等；其中拉力模拟机构为核心构件，包含了多个拉力模拟单元。拉力模拟单元采用相邻两单元隔板之间设置拉力弹簧和预旋钢索段，以比较精确的模拟悬链线拉力
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位移的关系，进而完成对悬链线方程的模拟。该装置还能实现悬链线受力的采集和悬链线方向的调节，并且具有水上操作的特性，在极大减小场地约束和操作便利性的同时提高了悬链线方程模拟的精度。该装置主要用于平台
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系泊装置的耦合性能测试和优化试验。
附图说明
[0025]图1是悬链线模拟装置的结构图。
[0026]图2是拉力模拟机构的结构图。
[0027]图3是拉力模拟机构内部单元结构装配关系图。
[0028]图4是拉力模拟机构单元隔板结构图。
[0029]图5是拉力模拟机构内部结构图。
[0030]图中：1、拉力传感器，2、拉力模拟机构，3、固定架，4、延长杆，5、钢索导轮支架，6、U型凹槽导轮，7、调整支架，8、钢索；
[0031]2a、方形外壳，2b、单元隔板，2c、拉力弹簧，2d、预旋钢索段；
[0032]2b1、隔板小轮，2b2、隔板本体，2b3、钢索连接座，2b4、弹簧卡槽。
具体实施方式
[0033]图1到图5示出了一种基于分段式拉力计的悬链线方程拉力模拟装置，它包括拉力传感器1和钢索8，拉力传感器1的下端设置拉力模拟机构2，拉力模拟机构2采用方形外壳2a内设置多组拉力模拟单元，拉力模拟单元中相邻两个单元隔板2b之间设置拉力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分段式拉力计的悬链线方程拉力模拟装置，它包括拉力传感器（1）和钢索（8），其特征在于：所述拉力传感器（1）的下端设置拉力模拟机构（2），拉力模拟机构（2）采用方形外壳（2a）内设置多组拉力模拟单元，拉力模拟单元中相邻两个单元隔板（2b）之间设置拉力弹簧（2c）和预旋钢索段（2d），拉力弹簧（2c）的上端设置在上方单元隔板（2b）下表面的弹簧卡槽（2b4）内，拉力弹簧（2c）的下端设置在下方单元隔板（2b）上表面的弹簧卡槽（2b4）内；所述预旋钢索段（2d）设置在拉力弹簧（2c）内部，预旋钢索段（2d）的两端分别设置在单元隔板（2b）的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜宜辰，董宇，裴玉国，李海涛，宗智，张桂勇，邹丽，孙铁志，孙哲，张之凡，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：新型
国别省市：