CN107504015B - 一种电缆拉力测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种能有效提供恒拉力，容错机制好，且工作效率高，能适应长时间工作的电缆拉力测试装置，包括：动力源模块，提供输出动力；油缸，电缆与其连接；其特征在于：还包括恒拉力控制模块，输入端与动力源模块的输出端相连，输出端连接油缸，接收所述输出动力，产生恒拉力；所述油缸在恒拉力作用下运动，控制电缆按照所述恒拉力进行测试。相对于现有技术，本发明采用主从补给的液压伺服驱动，当其中一伺服回路故障时，另一伺服回路进行补给，增强了测试装置的故障应变能力，确保测试装置连续不间断工作，提高了测试效率。

Description

一种电缆拉力测试装置
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，尤其涉及一种用于电缆疲劳测试的电缆拉力测试装置。
背景技术
大型线缆尤其是海洋工程电缆或脐带缆，在正式投入使用前，必须进行充分的力学性能测试，如疲劳测试。实际工程中，脐带缆将能量、动力从母船，如工作船或海洋平台传输至水下工作装置，而水下工作装置常受到重力、波浪等各种因素的影响，会对母船产生一定拉力和摆角，故而为了保持整体系统平稳，母船会有一定的线缆储存量，以维持一定拉紧力状态，应对水下复杂多变的情形。
试验室测试不能像实际工况那样准备大量线缆进行实时补偿，因此常采用两套夹持装置夹住脐带缆两端，一端对脐带缆进行弯曲和拉伸，另一端作为动态补偿头对脐带缆的受力变化进行动态补偿，维持恒定拉力等类似机械装置模拟恒拉力状态，但该类现有装置存在很多问题。
如实用新型专利CN202471525U公开的《一种海底电缆张力弯曲测试装置》，该装置采用弯曲试验轮和与其配合的张力轮对电缆进行张力弯曲性能测试，弯曲试验轮通过连接件固定于锚定端，张力轮通过拉力机连接件连接拉力机，测试电缆两端连接牵引钢丝绳构成环状设于两轮间，试验时启动拉力机，使测试电缆达到所需拉力值后锁定，以保持恒拉力。
该装置虽能完成一定的测试试验，但受外部因素影响大，随着试验的持续进行，拉力机必然会因长时间工作而疲劳过热，以致设定的拉力值无法持续保持恒定，得通过人为多次调整，不仅费时费力，而且造成测试效果不精准，无法满足对大批次产品的长时间测试；同时该装置无故障容错机制，一旦因长时间工作机器出现故障，测试装置即处于瘫痪状态，，无法实现在线调整，无法实现连续有效的测试，导致工作效率不高。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能有效提供恒拉力，容错机制好，且工作效率高，能适应长时间工作的电缆拉力测试装置。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种电缆拉力测试装置，包括：
动力源模块，提供输出动力；
油缸，电缆与其连接；其特征在于，还包括有：
恒拉力控制模块，输入端与动力源模块的输出端相连，输出端连接油缸，接收所述输出动力，产生恒拉力；所述油缸在恒拉力作用下运动，控制电缆按照所述恒拉力进行测试；所述恒拉力控制模块包括两路并列的背压控制模块和伺服控制模块；所述背压控制模块和伺服控制模块的两端均分别与动力源模块的输出端、油缸连接；所述背压控制模块接收所述输出动力，产生恒定压力作用于所述油缸；伺服控制模块接收所述输出动力，产生伺服压力作用于所述油缸；所述恒定压力与伺服压力间的差值恒定，形成所述恒拉力；所述背压控制模块包括调整模块和蓄能保压模块，所述调整模块的输入端连接动力源模块，输出端连接油缸，所述蓄能保压模块与调整模块的输出端相连；所述调整模块对所述输出动力进行调整，形成作用于油缸有杆腔室的压力，蓄能保压模块对所述压力进行保压，维持作用于有杆腔室的所述压力为恒定压力；所述调整模块包括位于动力源模块输出端的通断模块、位于通断模块后端的第一调节部件和第二调节部件、位于通断模块与第一调节部件间的第一过滤装置、并联于第一过滤装置两端的第一报警装置；所述第一报警装置监测流经第一过滤装置的所述输出动力异常时，发出报警，所述通断模块关闭以更换第一过滤装置，所述第一调节部件和第二调节部件对所述输出动力进行调整；
控制模块和第一监测单元，所述控制模块与伺服控制模块相连所述第一监测单元位于油缸内；所述控制模块输送预设控制信号至伺服控制模块；所述第一监测单元采集油缸的运动信息，并将其反馈至所述控制模块；所述控制模块根据接收的运动信息及预设控制信号对恒拉力控制模块进行控制以保持恒拉力值不变；所述伺服控制模块包括主伺服控制模块和从伺服控制模块，所述主伺服控制模块与从伺服控制模块结构相同，主伺服控制模块和从伺服控制模块均与动力源模块的输出端连接，控制端均与控制模块连接，输出端均与油缸连接；
所述主伺服控制模块包括电气隔断控制单元、第二过滤装置、第二报警装置、伺服阀；所述电气隔断控制单元包括前端液控单向阀、后端液控单向阀、与前端液控单向阀和后端液控单向阀电气连接的电磁换向阀；前端液控单向阀和电磁换向阀均与动力源模块的输出端连接，后端液控单向阀的两端分别连接伺服阀的输出端和油缸的无杆腔室，第二过滤装置的两端分别与前端液控单向阀的输出端和伺服阀的输入端连接，第二报警装置并联于第二过滤装置两端。
进一步的，所述后端液控单向阀包括第一液控单向阀和第二液控单向阀，所述伺服阀具有第一输出端和第二输出端，第一液控单向阀的输出端与第一输出端和油缸的无杆腔室分别相连，第二液控单向阀的输出端与第二输出端和油缸的无杆腔室分别连接。
进一步的，所述背压控制模块还包括位于调整模块输出端的第二监测单元，所述第二监测单元包括并联连接的第一压力传感器、第二压力传感器和第二压力表；伺服控制模块包括位于伺服控制模块输出端的第三监测单元，所述第三监测单元包括并联连接的第三压力传感器、第四压力传感器和第三压力表。
进一步的，所述电缆拉力测试装置还包括位于动力源模块与伺服控制模块之间的第四监测单元，所述第四监测单元包括并联连接的压力传感器和压力表，所述动力源模块的输出动力传输至伺服控制模块前，经第四监测单元监测是否达到需求值，若没达到，则控制模块停止工作，直至输出动力达到需求值。
与现有技术相比，本发明的优点在于：将油缸分为有杆腔室和无杆腔室两部分，通过蓄能保压模块保持有杆腔室的压力基本恒定，由伺服控制模块控制无杆腔室的压力，并通过控制模块构成反馈回路，自动调整无杆腔室压力，保持有杆腔室压力与无杆腔室间的压力差恒定，形成恒拉力，有效提高测试装置的自动调节能力，避免了繁琐复杂的人为调整；且基于控制模块形成的负反馈回路，能有效保证调整的准确度，从而提高疲劳测试的精准度；同时采用主从补给的液压伺服驱动，当其中一伺服回路故障时，另一伺服回路进行补给，增强了测试装置的故障应变能力，确保测试装置连续不间断工作，提高了测试效率。
附图说明
图1为本发明的工作流程图。
图2为本发明的对应电气原理图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1、图2所示，为本发明的一种电缆摆角测试装置。该装置包括动力源模块1，用于为后续装置提供输出动力P2；恒拉力控制模块2，接收来自动力源模块1的输出动力P2，产生恒拉力，该恒拉力控制模块2包括背压控制模块21、伺服控制模块22；油缸74，油缸74在恒拉力的驱动下产生运动，据此带动设于其上的电缆（电缆的另一端通过测试装置的其他部件固定，在图中未示出）在设定的恒拉力条件下进行测试，油缸74内设第一监测单元（图中未示出），该第一监测单元可以是包括线位移传感器、压力传感器，用于采集油缸74的运动信息，如压力值、位移等，并反馈至控制模块3，该控制模块3可以是PLC控制器，传递控制信号至伺服控制模块22，该伺服控制模块22根据控制信号调整输出动力P2，并产生伺服压力作用于油缸74的无杆腔室，背压控制模块21产生恒定压力作用于油缸的有杆腔室，控制模块3接收有杆腔室与无杆腔室间的压差信号、第一监测单元反馈的油缸74运动信息，与传输至伺服控制模块22中的信号进行比较，从而调节伺服控制模块的运动，保证压差恒定，使电缆的测试条件恒定，确保测试的精准度。
具体而言，该伺服控制模块22包括主伺服控制模块221、从伺服控制模块222，该主伺服控制模块221与从伺服控制模块222结构相同。现以主伺服控制模块为例进行阐述，主伺服控制模块221包括电气隔断控制单元、过滤装置70.3、报警装置KPF16、位于报警装置KPF16后端的伺服阀SV3。电气隔断控制单元包括电磁换向阀YV7、至少三个液控单向阀69.4、69.5、69.6，电磁换向阀YV7与至少三个液控单向阀69.4、69.5、69.6实现电气连接，液控单向阀69.4位于伺服阀SV3的输入端，二者间设过滤装置70.3，报警装置KPF16并联于过滤装置70.3两端，液控单向阀69.5、69.6分别位于伺服阀SV3的两个输出端，连接油缸74的无杆腔室。
报警装置KPF16监测流过过滤装置70.3的输出动力，当检测异常时发出报警，此时电气隔断控制单元关闭，主伺服控制模块221停止工作，方便在线更换过滤装置70.3，而与此同时从伺服控制模块222中的电气隔断控制单元打开，从伺服控制模块投入工作，确保摆动测试装置连续工作。当输出动力正常时，伺服阀SV3接收控制模块PLC传输的控制信号，依据控制信号通过伺服阀放大板对所述输出动力进行处理，控制自身运行，调整输出动力形成伺服压力，传输至油缸74的无杆腔室。
背压控制模块21包括通断模块55.1、第一调节部件56.1、第二调节部件57.1、位于通断模块55.1与第一调节部件56.1间的过滤装置70.1、并联于过滤装置70.1两端的报警装置KPF18、蓄能保压模块62.2，报警装置KPF18监测流经过滤装置70.1的输出动力异常时发出报警，通断模块55.1此时关闭以更换过滤装置70.1，第一调节部件56.1、第二调节部件57.1也对输出动力进行调整。当更换了过滤装置后，通断模块55.1重新开启，或者输出动力正常时，第一调节部件56.1和第二调节部件57.1对输出动力进行调节后形成作用于油缸74有杆腔室的压力，蓄能保压模块62.2对该压力进行保压以维持该压力恒定，从而实现对有杆腔室进行背压控制，使作用于有杆腔室的压力恒定不变。其中第一调节部件56.1和第二调节部件57.1中为减压阀。
恒拉力油缸输出恒拉力即是通过无杆腔压力与有杆腔压力形成的压差来实现的，即为准确控制恒拉力，先将恒拉力油缸的有杆腔维持一个相对恒定压力值，通过蓄能保压模块进行辅助保压，再通过对伺服阀SV3输入信号形成伺服压力，由二者之差实现所需大小的恒拉力。
作为改进，本发明还包括第二监测单元5，用于监测恒定压力值，该第二监测单元5包括压力传感器KP6、KP7、压力表MP6；以及第三监测单元6，用于监测伺服压力值，该第三监测单元包括压力传感器KP4、KP5、压力表MP4，当数值显示异常时，操作者可根据该数据来源快速定位故障源，进而在线及时更换伺服阀，保证测试实验的连续性，进而提高测试精准度。
作为改进，本发明的电缆拉力测试装置还包括第四监测单元24，包括压力传感器KP8、压力表MP8，在前述输出动力传输至恒拉力控制模块2之前，该第四监测单元24会对其进行监测，当监测该值未达到需求值时，停止测试工作，并对所述输出动力进行调节直至达到需求值。
结合图2，现具体阐释本发明的一种实施例工作流程：
泵站输出动力P2，过单向阀54.1进入恒拉力伺服阀台，通过压力表MP8（目视）、压力传感器KP8（数显），监测压力P2是否达到所需压力，若没达到需求压力，侧停止检查；达到需求压力则继续下一步。
电磁换向阀YV7、高压滤油器压差发讯器KPF16、伺服阀SV3、压力传感器KP4、KP5、压力表MP4、恒拉力油缸、恒拉力油缸内的线位移传感器为一组工作油路；电磁换向阀YV8、高压滤油器压差发讯器KPF17、伺服阀SV4、压力传感器KP6、KP7、压力表MP5、MP6、恒拉力油缸、恒拉力油缸内的线位移传感器为另一组工作油路，该两组油路互为备用，油缸工作只需一组油路就可控制。
恒拉力油缸的油缸腔背压控制：泵站输出动力P2经高压球阀55.1，过高压滤油器70.1，若高压滤油器压差发讯器KPF18发讯报警，则关闭高压球阀55.1，调节减压阀56.1和57.1泄压，更换高压滤油器70.1滤芯。高压滤油器滤芯更换过后，开启高压球阀55.1。若高压滤油器未发讯，则进入下一步。高压油P2经第一调节部件56.1和第二调节部件57.1的二级减压，过单向阀54.2，经高压蓄能器保压，过高压球阀55.2进入恒拉力油缸有杆腔，对恒拉力油缸进行背压控制。
电磁换向阀YV7得电，打开液控单向阀69.4、69.5、69.6，压力油P2经过单向阀69.4进入高压过滤器70.3，当高压过滤器压差发讯器KPF16发讯报警时，电磁阀YV7失电，单向阀69.4、69.5、69.6关闭，YV8得电，单向阀69.1、69.2、69.3打开，高压油P2油路切换进入备用油路对油缸供油，与此同时，更换高压过滤器70.3的滤芯；
当高压过滤器70.3未报警，高压油流经高压过滤器70.3过滤，进入伺服阀SV3，电气控制信号从PLC发出，传进伺服阀SV3，通过伺服阀放大板对信号处理，控制伺服阀的运行，继而调节动力油P2的压力及流量；经伺服阀调节后的油，通过单向阀69.5、69.6进入油缸74的无杆腔室。
恒拉力油缸输出恒拉力即是通过无杆腔压力与有杆腔压力形成的压差来实现的；还可通过将压力传感器KP4、KP5，压力表MP4实时监测伺服阀SV3输出的伺服压力大小，将油缸线位移传感器实时监测的油缸的运动信息、有杆腔室的恒定压力值（KP6、KP7显示的值）、无杆腔室的伺服压力值（KP4、KP5显示的值）反馈至PLC，并与输出到伺服阀SV3的信号比较，及时补充油缸压力，实现测试电缆按照设定恒拉力参数运行。
值得一提的是，整个测试电缆试验开机运行时间长，元器件可能常时间频繁运行，超过元器件自身使用寿命，故要计算好各元器件的使用寿命，提前更换来达到试验台长时间运行的目的。
当然，为了进一步延长装置测试时长，本发明的动力源模块1采用液压驱动，该装置还可包括冷却循环模块和冲洗泵组模块，用于实现对液压驱动模块中的油进行冷却。这样，设置主从伺服控制回路、反馈回路，能实时调整装置的运行参数至设定值，且精确度更高，并能在提高系统容错机制的同时，实现在线更换易损件，提高了系统的适用性和方便性。
除了上述改进外，其他相类似的改进也包含在本发明的改进范围内，此处就不在赘述。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种电缆拉力测试装置，包括：
动力源模块(1)，提供输出动力；
油缸(74)，电缆与其连接；其特征在于，还包括有：
恒拉力控制模块(2)，输入端与动力源模块(1)的输出端相连，输出端连接油缸(74)，接收所述输出动力，产生恒拉力；所述油缸(74)在恒拉力作用下运动，控制电缆按照所述恒拉力进行测试；所述恒拉力控制模块(2)包括两路并列的背压控制模块(21)和伺服控制模块(22)；所述背压控制模块(21)和伺服控制模块(22)的两端均分别与动力源模块(1)的输出端、油缸(74)连接；所述背压控制模块(21)接收所述输出动力，产生恒定压力作用于所述油缸(74)；伺服控制模块(22)接收所述输出动力，产生伺服压力作用于所述油缸(74)；所述恒定压力与伺服压力间的差值恒定，形成所述恒拉力；所述背压控制模块(21)包括调整模块和蓄能保压模块，所述调整模块的输入端连接动力源模块(1)，输出端连接油缸(74)，所述蓄能保压模块与调整模块的输出端相连；所述调整模块对所述输出动力进行调整，形成作用于油缸(74)有杆腔室的压力，蓄能保压模块对所述压力进行保压，维持作用于有杆腔室的所述压力为恒定压力；所述调整模块包括位于动力源模块(1)输出端的通断模块(55.1)、位于通断模块(55.1)后端的第一调节部件(56.1)和第二调节部件(57.1)、位于通断模块(55.1)与第一调节部件(56.1)间的第一过滤装置(70.1)、并联于第一过滤装置(70.1)两端的第一报警装置(KPF18)；所述第一报警装置(KPF18)监测流经第一过滤装置(70.1)的所述输出动力异常时，发出报警，所述通断模块(55.1)关闭以更换第一过滤装置(70.1)，所述第一调节部件(56.1)和第二调节部件(57.1)对所述输出动力进行调整；
控制模块(3)和第一监测单元，所述控制模块(3)与伺服控制模块(22)相连，所述第一监测单元位于油缸内；所述控制模块(3)输送预设控制信号至伺服控制模块(22)；所述第一监测单元采集油缸(74)的运动信息，并将其反馈至所述控制模块(3)；所述控制模块(3)根据接收的运动信息及预设控制信号对恒拉力控制模块(2)进行控制以保持恒拉力值不变；所述伺服控制模块(22)包括主伺服控制模块(221)和从伺服控制模块(222)，所述主伺服控制模块(221)与从伺服控制模块(222)结构相同，主伺服控制模块(221)和从伺服控制模块(222)均与动力源模块(1)的输出端连接，控制端均与控制模块(3)连接，输出端均与油缸(74)连接；
所述主伺服控制模块(221)包括电气隔断控制单元、第二过滤装置(70.3)、第二报警装置(KPF16)、伺服阀(SV3)；所述电气隔断控制单元包括前端液控单向阀(69.4)、后端液控单向阀、与前端液控单向阀(69.4)和后端液控单向阀电气连接的电磁换向阀(YV7)；前端液控单向阀(69.4)和电磁换向阀(YV7)均与动力源模块(1)的输出端连接，后端液控单向阀的两端分别连接伺服阀(SV3)的输出端和油缸(74)的无杆腔室，第二过滤装置(70.3)的两端分别与前端液控单向阀(69.4)的输出端和伺服阀(SV3)的输入端连接，第二报警装置(KPF16)并联于第二过滤装置(70.3)两端。
2.根据权利要求1所述的电缆拉力测试装置，其特征在于：所述后端液控单向阀包括第一液控单向阀(69.5)和第二液控单向阀(69.6)，所述伺服阀(SV3)具有第一输出端和第二输出端，第一液控单向阀(69.5)的输出端与第一输出端和油缸(74)的无杆腔室分别相连，第二液控单向阀(69.6)的输出端与第二输出端和油缸(74)的无杆腔室分别连接。
3.根据权利要求2所述的电缆拉力测试装置，其特征在于：还包括位于调整模块输出端的第二监测单元(5)和位于伺服控制模块(22)输出端的第三监测单元(6)；所述第二监测单元(5)包括并联连接的第一压力传感器(KP6)、第二压力传感器(KP7)和第二压力表(MP6)；所述第三监测单元(6)包括并联连接的第三压力传感器(KP4)、第四压力传感器(KP5)和第三压力表(MP4)。
4.根据权利要求3所述的电缆拉力测试装置，其特征在于：所述恒拉力控制模块(2)还包括位于动力源模块(1)与伺服控制模块(22)之间的第四监测单元(24)，所述第四监测单元(24)包括并联连接的压力传感器(KP8)和压力表(MP8)，所述动力源模块(1)的输出动力传输至伺服控制模块(22)前，经第四监测单元(24)监测是否达到需求值，若没达到，则控制模块(3)停止工作，直至输出动力达到需求值。
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