CN105424592A - 一种海底表层沉积物车辆地面力学性能动态测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海底表层沉积物车辆地面力学性能动态测试装置，土槽固定于机架上并装有模拟沉积物，履带板测试机构固定于底板上，本发明能实现法向加载并测试法向载荷与法向压陷位移，模拟推进行走机构并测试相应剪切位移，步进电机驱动滚轮带动钢丝绳连接的导杆以带动机构更换测试位置及轨迹。本发明实现了在实验室条件下对履带式作业车行走机构在海底表层沉积物行走作业过程，模拟测量压力—沉陷、剪切应力—剪切位移以及剪切与承载耦合作用力学特性动态变化过程数据，为海底采矿车结构设计优化及行走通过性能评估分析提供模拟测试平台及详细测试数据。

Description

一种海底表层沉积物车辆地面力学性能动态测试装置
技术领域
本发明涉及一种海底表层沉积物车辆地面力学性能动态测试装置.
背景技术
深海底蕴藏着极为丰富的矿产资源，海底采矿作业车是深海矿产资源开发系统中最前沿、最关键的装备，其海底行走通过性能直接决定了整个深海采矿系统的连续作业性能。海底沉积物的车辆地面力学性能是设计优化与评价海底采矿作业车行走性能最为重要的前提和基础，但目前仍未见有可详细全面测量海底沉积物车辆地面力学性能的试验装置，导致海底采矿作业车不能得到有效的测试，对使用造成影响。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种海底沉积物车辆地面力学性能动态测试装置，以解决目前不能对海底沉积物车辆进行全面地面力学性能测试的技术问题。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，
一种海底表层沉积物车辆地面力学性能动态测试装置，包括机架和测试装置，所述的测试装置安装于机架上，测试装置包括土槽、模拟沉积物、水平纵向驱动装置、水平横向驱动装置、竖直方向驱动装置、履带板测试机构和底板，所述的土槽固定于机架上并装有模拟沉积物，履带板测试机构固定于底板上，底板固定于竖直方向驱动装置的底端并由竖直方向驱动装置在竖直方向上驱动，竖直方向驱动装置连接到水平纵向驱动装置和水平横向驱动装置，并由水平纵向驱动装置和水平横向驱动装置在水平方向上驱动，水平纵向驱动装置和水平横向驱动装置固定于机架上。
所述的一种海底表层沉积物车辆地面力学性能动态测试装置，所述的竖直方向驱动装置包括导杆、上竖直固定件、下竖直固定件、法向加载油缸和压力传感器，所述的水平纵向驱动装置包括两个下横杆、两个下导轨、位移传感器和水平推力油缸，所述的水平横向驱动装置包括两个上导轨、两个上横杆、两个水平横向驱动电机、滚轮和钢丝绳，所述的两个上导轨互相平行的架设于机架上，两个上横杆设于两个上导轨之间，并通过滚轮滚套在上导轨上，两个上横杠的两端分别固定连接两个下横杠的两端，两个下导轨分别固定于机架上并处于上导轨的下方，两个下横杠两端的下部卡套在下导轨上以沿下导轨运动，两个下横杠的中部分别设有两个卡套在下横杠上的吊件，四个吊件分别连接底板的四角以吊起底板并使底板沿下横杠作水平横向运动，水平推力油缸的一端固定在机架上，另一端固定在下横杠上并驱动下横杠沿水平纵向运动，上竖直固定件卡套在上横杆上以沿上横杠作水平横向运动，下竖直固定件连接固定在底板上，导杆的上下端分别固定在上竖直固定件和下竖直固定件上，法向加载油缸的一端固定在上竖直固定件上，另一端通过压力传感器连接到下竖直固定件上，两个步进电机分别设置于两个上横杠的两端，步进电机的驱动轴上固定有滚轮，滚轮上绕装有钢丝绳，钢丝绳连接导杆并通过步进电机来驱动竖直方向驱动装置在水平横向上运动。
所述的一种海底表层沉积物车辆地面力学性能动态测试装置，所述的水平横向驱动电机为步进电机。
所述的一种海底表层沉积物车辆地面力学性能动态测试装置，履带板测试机构包括前履带板、后履带板和中间履带板，前履带板、后履带板和中间履带板等距的安装固定于底板上，前后履带板焊接固定于底板，中间履带板安装有力传感器并通过螺栓固定于底板上
本发明的技术效果在于，通过水平推进油缸、法向加载油缸、步进电机带动机构协调动作，能实现法向加载并测试法向载荷与法向压陷位移，模拟推进行走机构并测试相应剪切位移，步进电机驱动滚轮带动钢丝绳连接的导杆以带动机构更换测试位置及轨迹。本发明实现了在实验室条件下对履带式作业车行走机构在海底表层沉积物行走作业过程，模拟测量压力—沉陷、剪切应力—剪切位移以及剪切与承载耦合作用力学特性动态变化过程数据，为海底采矿车结构设计优化及行走通过性能评估分析提供模拟测试平台及详细测试数据。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明主视图；
图2为本发明测试装置部分局部视图；
图3为本发明履带板安装部分局部视图；
其中，101为机架、102为土槽、103为模拟沉积物、104为位移传感器、105为水平推力油缸、106为下横杆、107为上导轨、108为上横杆、109为导杆、110为法向加载油缸、111为压力传感器、112为履带板测试机构、113为底板、114为步进电机、115为滚轮、116为下导轨、117为吊件、118为上竖直固定件、119为下竖直固定件、120为力传感器、121为钢丝绳、122为前履带板、123为后履带板、124为中间履带板。
具体实施方式
参见图1、图2，本实施例包括机架101和测试装置，测试装置安装于机架上，测试装置包括土槽102、模拟沉积物103、水平纵向驱动装置、水平横向驱动装置、竖直方向驱动装置、履带板测试机构112和底板113，所述土槽102固定于机架101上并装有模拟沉积物103，履带板测试机构112固定于底板113上，底板固定于竖直方向驱动装置的底端并由竖直方向驱动装置在竖直方向上驱动，竖直方向驱动装置连接到水平纵向驱动装置和水平横向驱动装置，并由水平纵向驱动装置和水平横向驱动装置在水平方向上驱动，水平纵向驱动装置和水平横向驱动装置固定于机架上。
本实施例的竖直方向驱动装置包括导杆109、上竖直固定件118、下竖直固定件119、法向加载油缸110和压力传感器111，水平纵向驱动装置包括两个下横杆106、两个下导轨116、位移传感器104和水平推力油缸105，水平横向驱动装置包括两个上导轨107、两个上横杆108、两个水平横向驱动电机114、滚轮115和钢丝绳121，两个上导轨互相平行的架设于机架上，两个上横杆设于两个上导轨之间，并通过滚轮滚套在上导轨上，两个上横杠的两端分别固定连接两个下横杠的两端，两个下导轨116分别固定于机架上并处于上导轨的下方，两个下横杠两端的下部卡套在下导轨上以沿下导轨运动，两个下横杠的中部分别设有两个卡套在下横杠上的吊件117，四个吊件分别连接底板113的四角以吊起底板113并使底板沿下横杠作水平横向运动，水平推力油缸105的一端固定在机架上，另一端固定在下横杠上并驱动下横杠沿水平纵向运动，上竖直固定件118卡套在上横杆上以沿上横杠作水平横向运动，下竖直固定件119连接固定在底板上，导杆的上下端分别固定在上竖直固定件118和下竖直固定件119上，法向加载油缸110的一端固定在上竖直固定件118上，另一端通过压力传感器111连接到下竖直固定件119上，两个步进电机114分别设置于两个上横杠的两端，步进电机的驱动轴上固定有滚轮，滚轮上绕装有钢丝绳，钢丝绳连接导杆并通过步进电机来驱动竖直方向驱动装置在水平横向上运动。
为了便于对测试进行控制，水平横向驱动电机为步进电机。
测试实验时，水平推力油缸推动测试机构沿上下两个导轨前后运动，法向加载油缸对测试机构动态加载，步进电机带动测试机构左右运动以改变机构运动轨迹及更换位置重复测试，机构中的位移传感器、压力传感器及履带板力传感器测试的数据直接传输至实验操作界面。
参见图3，前后履带板及中间履带板等距安装固定于底板，其中前履带板和后履带板焊接固定于底板以消除两端对实验测试的影响，中间履带板安装有力传感器并通过螺栓固定于底板，整个履齿测试机构通过螺栓及连接板连接其余驱动机构。

Claims (4)

1.一种海底表层沉积物车辆地面力学性能动态测试装置，其特征在于，包括机架101和测试装置，所述的测试装置安装于机架上，测试装置包括土槽102、模拟沉积物103、水平纵向驱动装置、水平横向驱动装置、竖直方向驱动装置、履带板测试机构112和底板113，所述的土槽102固定于机架101上并装有模拟沉积物103，履带板测试机构112固定于底板113上，底板固定于竖直方向驱动装置的底端并由竖直方向驱动装置在竖直方向上驱动，竖直方向驱动装置连接到水平纵向驱动装置和水平横向驱动装置，并由水平纵向驱动装置和水平横向驱动装置在水平方向上驱动，水平纵向驱动装置和水平横向驱动装置固定于机架上。
2.根据权利要求1所述的一种海底表层沉积物车辆地面力学性能动态测试装置，其特征在于，所述的竖直方向驱动装置包括导杆109、上竖直固定件118、下竖直固定件119、法向加载油缸110和压力传感器111，所述的水平纵向驱动装置包括两个下横杆106、两个下导轨116、位移传感器104和水平推力油缸105，所述的水平横向驱动装置包括两个上导轨107、两个上横杆108、两个水平横向驱动电机114、滚轮115和钢丝绳121，所述的两个上导轨互相平行的架设于机架上，两个上横杆设于两个上导轨之间，并通过滚轮滚套在上导轨上，两个上横杠的两端分别固定连接两个下横杠的两端，两个下导轨116分别固定于机架上并处于上导轨的下方，两个下横杠两端的下部卡套在下导轨上以沿下导轨运动，两个下横杠的中部分别设有两个卡套在下横杠上的吊件117，四个吊件分别连接底板113的四角以吊起底板113并使底板沿下横杠作水平横向运动，水平推力油缸105的一端固定在机架上，另一端固定在下横杠上并驱动下横杠沿水平纵向运动，上竖直固定件118卡套在上横杆上以沿上横杠作水平横向运动，下竖直固定件119连接固定在底板上，导杆的上下端分别固定在上竖直固定件118和下竖直固定件119上，法向加载油缸110的一端固定在上竖直固定件118上，另一端通过压力传感器111连接到下竖直固定件119上，两个步进电机114分别设置于两个上横杠的两端，步进电机的驱动轴上固定有滚轮，滚轮上绕装有钢丝绳，钢丝绳连接导杆并通过步进电机来驱动竖直方向驱动装置在水平横向上运动。
3.根据权利要求2所述的一种海底表层沉积物车辆地面力学性能动态测试装置，其特征在于，所述的水平横向驱动电机为步进电机。
4.根据权利要求1所述的一种海底表层沉积物车辆地面力学性能动态测试装置，其特征在于，履带板测试机构包括前履带板122、后履带板123和中间履带板124，前履带板、后履带板和中间履带板等距的安装固定于底板上，前后履带板焊接固定于底板，中间履带板安装有力传感器120并通过螺栓固定于底板上。
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