CN107748109B - 一种海缆弯曲疲劳特性测试机及测试方法 - Google Patents

一种海缆弯曲疲劳特性测试机及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种海缆弯曲疲劳特性测试机及测试方法，包括转盘支架和供海缆缠绕的转盘，所述海缆的两端分别位于转盘的两侧，所述转盘转动连接在转盘支架上，所述转盘的一条径向延长线上设有用于给海缆的两端提供固定拉力值或动态拉力值的拉力加载机构，所述拉力加载机构上连接有第一滑轮，所述第一滑轮上绕有加载绳，所述加载绳的两端分别与海缆的两端连接，所述加载绳上连接有拉力传感器和拉线传感器，所述转盘支架上还设有用于驱动转盘以固定频率或者动态频率来回转动的驱动装置。本发明提供一种用于测试海缆在不同的参数下的弯曲疲劳数据的一种海缆弯曲疲劳特性测试机及测试方法。

Description

一种海缆弯曲疲劳特性测试机及测试方法
技术领域
本发明涉及海缆测试领域，具体涉及一种海缆弯曲疲劳特性测试机及测试方法。
背景技术
海缆，又名海底电缆，是使用绝缘材料包裹的通信通电的导线。它主要敷设在海底及河流的水下，用于电信传输和电流传输，现代的海底电缆基本都是使用光纤作为传输材料，传输电话和互联网信号。由于海底电缆工程被世界各国公认为复杂困难的大型工程,从环境探测、海洋物理调查,以及电缆的设计、制造和安装,都应用复杂技术,因而海底电缆的制造厂家在世界上为数不多,主要有挪威、丹麦、日本、加拿大、美、英、法、意等国,这些国家除制造外还提供敷设技术。
在敷设缆线的时候，需要用到专门敷设缆线的船只。通过放置海缆的转盘一点一点地将缆线放入海中，但是因为海缆的长度非常的长，因此缆线承受的重量也会非常的大。当缆线放入海中的长度十分长时，还在转盘上的缆线会承受相当大的拉力，此时，与转盘相接触的缆线会有一定的摩擦损伤和弯曲疲劳，这就有可能对缆线的质量造成影响，减少缆线的寿命，因而海缆物理性能的测试显得十分的重要。
目前并没有太多关于海缆弯曲疲劳特性的测试设备，这使得海缆技术的发展十分的被动，海缆技术的应用很难得到大的提升。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服了现在的技术缺陷，提供一种用于测试海缆在不同的参数下的弯曲疲劳数据的一种海缆弯曲疲劳特性测试机及测试方法。
本发明的技术方案是，一种海缆弯曲疲劳特性测试机，其特征在于：包括转盘支架和供海缆缠绕的转盘，所述海缆的两端分别位于转盘的两侧，所述转盘转动连接在转盘支架上，所述转盘的一条径向延长线上设有用于给海缆的两端提供固定拉力值或者动态拉力值的拉力加载机构，所述拉力加载机构上连接有第一滑轮，所述第一滑轮上绕有加载绳，所述加载绳的两端分别与海缆的两端连接，所述加载绳上连接有拉力传感器和拉线传感器，所述转盘支架上还设有用于驱动转盘以固定频率或动态频率来回转动的驱动装置。
本发明的有益效果为：通过驱动装置可以调节转盘的转动速度，通过拉力加载机构可以控制第一滑轮运动并且对海缆施加加载力，利用上述方法可以测试以下四种情况下的弯曲疲劳特性：①加载力为固定值，转盘参数为固定值；②加载力为固定值，转盘参数为动态值；③加载力为动态值，转盘参数为固定值；④加载力为动态值，转盘参数为动态值。在这四种情况下测试时，通过加载绳上拉力传感器和拉线传感器分别测得海缆的拉力变化量与海缆的变形量，从而换算出海缆的该弯曲半径下的疲劳特性。
作为本发明的一种改进，所述转盘包括一个正多边形的第一拼块、多个等腰梯形的第二拼块、多个等腰梯形的第三拼块、多个等腰梯形的第四拼块，所述第一拼块与转盘支架转动连接，所述第一拼块的每一条边与第二拼块的短边可拆式连接，两个相连的所述第二拼块的侧边可拆式连接，所述第二拼块的长边与第三拼块短边可拆式连接，两个相连的所述第三拼块的侧边可拆式连接，所述第三拼块的长边与第四拼块短边可拆式连接，两个相连的所述第四拼块的侧边可拆式连接，通过所述改进，可以用该测试机测试不同的弯曲半径下海缆的弯曲疲劳特性，不需要为测试不同弯曲半径下的海缆生产多台测试机，减少了制造成本，并且测量不同弯曲半径时，减少了海缆绕过转盘的过程，减少了大量的时间,同时，在测试机的运输过程中，拆卸后的转盘占有空间小，便于运输。
作为本发明的一种改进，所述驱动装置包括第一液压缸、安装在第一液压缸上的第一链轮，所述转盘上设有通过链条与第一链轮相配合的第二链轮，所述第二链轮由多个链轮块拼接组成，通过所述改进，可以通过控制第一液压缸的压力有效的控制转盘的转动速度，便于为测试过程中提供海缆往复转动速度，可使海缆按固定速度往复转动，也可使海缆按动态速度往度转动，并且因为第二链轮是拼接而成的，可适用于不同规格的转盘，可调节速度的传动比，并且在测试机需要运输时也便于第二链轮的拆卸运输，使第二链轮更加灵活多变。
作为本发明的一种改进，所述转盘的外圈一周设有用于供海缆缠绕的凹槽，所述凹槽的下端设有多个支撑托杆，所述凹槽的上端设有多个防脱块，通过所述改进，可以支撑托杆可以防止海缆在绕过转盘时候脱离转盘，使转盘上有足够的空间来放置未拉紧的海缆，降低了海缆绕转盘的难度，通过支撑托杆和防脱块的共同作用可以防止海缆在测试过程中脱离转盘，而造成测试失败，同时在海缆绕过转盘过程中可随机观察绕的过程，随时进行绕行校正，使绕转盘的过程更加顺利。
作为本发明的一种改进，所述拉力加载机构包括拉力承载底板和固定在拉力承载底板上并且远离转盘一端的第二液压缸，所述拉力承载底板上设有用于供第一滑轮移动的导轨，第一滑轮与导轨滑动连接，所述第二液压缸的活动端与第一滑轮相连接，通过所述改进，可以有效的调节对海缆施加加载力的大小，并且可以通过第一滑轮调节海缆拉紧情况，避免海缆在与加载绳固定时出现松动，避免测量数据出来偏差。
作为本发明的一种改进，所述转盘支架靠近拉力加载机构的一端设有卷扬机，所述拉力加载机构靠近转盘的一端设有第二滑轮，所述卷扬机上连接有牵引绳，通过所述改进，可以协助海缆缠绕转盘的过程，使缠绕过程更加省时，省力，使测试过程更加高效。
作为本发明的一种改进，所述转盘拉出海缆的一侧设有用于控制海缆拉出长度的限位支架，通过所述改进，可以使绕过转盘的海缆长度与未绕过转盘的海缆长度相同，即转盘两侧的海缆长度相同，避免两侧的长度差距过大，因为转盘两侧海缆的长度差越大，两侧的重量也将不同，从而造成海缆对转盘两侧的压力不同，使转盘在转动过程中出现重心偏离圆心的现象，容易造成测试的误差，而转盘两侧海缆的长度相等就可以减少测试的误差，使测试结果更精确。
另外，本发明还公开一种海缆弯曲疲劳特性测试机的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将牵引绳先绕过第一滑轮后再绕过转盘固定在海缆上；
S2、所述海缆放置在若干个小车上，启动卷扬机和驱动装置，使海缆绕到转盘上，当转盘中心与拉力加载机构的连线的两侧海缆长度相等时，关闭卷扬机和驱动装置；
S3、使用辅助绳将海缆固定，将海缆上的牵引绳解下并挂到辅助绳的中段位置；
S4、开启卷扬机，对海缆进行预加载拉紧，拉紧后关闭卷扬机；
S5、加载绳固定在海缆的两端，松开辅助绳对海缆的固定，通过拉力加载机构设置加载力，通过驱动装置设置转盘参数；
S6、开启驱动装置，使转盘往复转动，通过与加载绳连接的拉力传感器测得海缆的拉力变化量，通过拉线传感器测得海缆的变形量，测量完成后，记录数据；
S7、更换转盘的直径，重复步骤S1-S6，测量海缆在不同的弯曲半径下的疲劳特性。
本发明的有益效果为：通过卷扬机、牵引绳、第二滑轮和小车拉动海缆使海缆绕过转盘并且转盘两侧的海缆长度相等，在绕转盘的过程中，海缆绕上转盘的部分，会与小车脱离，当海缆绕出转盘后，再用小车承接海缆，在海缆完成绕转盘的过程结束后，通过辅助绳固定海缆两端，完成海缆的初步弯曲，解开海缆上的牵引绳，再将牵引绳挂到辅助绳的中段位置，开启卷扬机，拉紧辅助绳，对海缆进行预加载拉紧，使海缆完全脱离小车的支承，再将加载绳的两端固定在海缆的两端，这样就完成了海缆的弯曲工作，并且可以避免出现弯曲反弹的现象，而后再通过拉力加载机构对海缆施加测试拉力，通过驱动装置使转盘进行往复转动，通过拉力传感器和拉线传感器分别测量海缆的拉力变化量和变形量，通过这些数据可以换算出海缆在该弯曲半径下的疲劳特性，判断海缆是否能在该弯曲半径下正常工作，最后通过再换转盘的半径，测试海缆在不同的弯曲半径下的弯曲疲劳特性。
作为本发明的一种改进，所述步骤S5中设置的加载力和转盘参数包括：设置加载力为固定值且转盘参数为固定值；或者设置加载力为固定值且转盘参数为动态值；或者设置加载力为动态值且转盘参数为固定值；或者设置加载力为动态值且转盘参数为动态值，通过所述改进，可以测得四种不同参数条件下的海缆弯曲疲劳特性，使海缆的弯曲疲劳特性数据更加的全面，最终的结果更具有说服力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明整体结构(包括不同直径的转盘)主视示意图。
图2是本发明整体结构左视局部剖视示意图。
图3是本发明拉力加载机构的结构示意图。
图4是本发明海缆绕转盘过程的结构示意图。
图5是本发明海缆受辅助绳和牵引绳作用下预加载拉紧的状态结构示意图。
图6是本发明转盘不同的拼接方式结构示意图。
其中，附图标记为：1、转盘支架，2、转盘，2.1、第一拼块，2.2、第二拼块，2.3、第三拼块，2.4、第四拼块，2.5、支撑托杆，2.6防脱块，2.7、凹槽，3、海缆，4、牵引绳、5、加载绳，6、拉力加载机构，6.1、拉力承载底板，6.2、第二液压缸，6.3、导轨，7、第一滑轮，8、卷扬机，9、驱动装置，9.1第一链轮、9.2、第一液压缸，10、第二链轮，11、限位支架，12、小车，13、辅助绳，14、第二滑轮，15、拉力传感器，16、拉线传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1-3所示，本发明的工作原理：转盘支架1转动连接转盘2，转盘2呈水平放置，转盘由第一拼块2.1、第二拼块2.2、第三拼块2.3、第四拼块2.4、支撑托杆2.5和防脱块2.6拼接而成，第一拼块2.1为正十二边形，第二拼块2.2、第三拼块2.3、第四拼块2.4均为等腰梯形，且第一拼块2.1的边长等于第二拼块2.2的短边长，第二拼块2.2的长边长等于第三拼块2.3的短边长，第三拼块2.3的长边长等于第四拼块2.4的短边长，第二拼块2.2、第三拼块2.3、第四拼块2.4的长边均设有凹槽2.7，第一拼块2.1的周边也设有凹槽2.7，在凹槽2.7的上端固定防脱块2.6，在凹槽2.7的下端均设有用于与支撑托杆2.5连接的螺纹孔，在转盘2拼接时，可通过螺钉和螺栓将第一拼块2.1的边与第二拼块2.2的短边相连接、第二拼块2.2的长边与第三拼块2.3的短边相连接、第三拼块2.3的长边与第四拼块2.4的短边相连接、两个相连的第二拼块2.2的侧边相连接、两个相连的第三拼块2.3的侧边相连接、两个相连的第四拼块2.4的侧边相连接，在测量不同弯曲半径的海缆3时，只需将转盘2拼至相应半径的大小，再在相应拼块的下端安装上支撑托杆2.5即可，这样一些转盘2的周边上就会有一个供海缆3嵌入的环状的凹槽2.7，并且嵌入后不易脱离。转盘2的上端连接有的第二链轮10，第二链轮10可根据转盘2的大小以及转盘的转速需求拼接成不同的半径并且通过螺钉固定在转盘2上，转盘支架1上设有第一液压缸9.2，第一液压缸9.2连接第一链轮9.1，第一链轮9.1与第二链轮10共水平面，同时第一链轮9.1与第二链轮10通过链条连接传动，通过第一液压缸9.2驱动第一链轮9.1转动，带动第二链轮10转动，进而使转盘2进行转动。在转盘2的一条径向延长线上设有拉力加载机构6，拉力加载机构6还包括固定放置的拉力承载底板6.1、固定在拉力承载底板6.1上并且远离转盘2一端的第二液压缸6.2和连接在拉力承载底板6.1上的第一滑轮7，拉力承载底板6.1上设有供第一滑轮7移动的导轨6.3，第二液压缸6.2的活动端与第一滑轮7连接，在第二液压缸6.2的活动端移动时，可带动第一滑轮7沿着导轨方向移动，同时在第一滑轮7上缠绕有加载绳5，在拉力加载机构6靠近转盘2的一端还设有第二滑轮14，在转盘支架1靠近拉力加载机构6的一端设有用于回收和放置牵引绳4的卷扬机8。在转盘2上海缆3绕出的一侧设有用于控制海缆3绕出长度的限位支架11。
如图4-5所示，在海缆3测试安装过程中，将海缆3放置在若干个小车12上，关闭卷扬机8动力，使卷扬机8能自由转动，从卷扬机8中取出牵引绳4，首先将牵引绳4绕过第二滑轮14，穿过限位支架11，再将牵引绳4绕过转盘2，将绕出转盘2的牵引绳4固定在海缆3上，启动卷扬机8，缓慢收回牵引绳4，使牵引绳4带动海缆3绕到转盘2上，直至海缆3拉到限位支架11处时，绕出转盘2的海缆3与未绕进转盘2的海缆3长度相同，关闭卷扬机8，使用两根辅助绳13分别将海缆3的两端固定，辅助绳13的一端固定在海缆3上，另一端可以根本现场的情况进行相应的固定，条件允许的情况下，可以固定在地面上或者墙壁上，完成海缆3的初步弯曲，在海缆3绕转盘2的过程中，可以开启第一液压缸9.2辅助海缆3绕转盘2，有第一液压缸9.2带动海缆3绕转盘2，可使绕转盘2的过程更加快速，同时海缆3在绕转盘2的过程中，当海缆3绕上转盘2上，支撑已绕上转盘2的海缆3会与小车12脱离，当海缆3绕出转盘2时，依旧需要小车12继续支撑海缆3，便于海缆3的继续移动。然后将海缆3上的牵引绳4解下并挂到一根辅助绳13的中段位置，再开启卷扬机8，在牵引绳4的作用下，辅助绳会对海缆3进行预加载拉紧，使海缆3脱离小车的支撑，拉紧后关闭卷扬机8，再将加载绳5的两端分别固定在海缆3的两端，在加载绳5的中段安装有拉力传感器15和拉线传感器16，松开辅助绳对海缆3的固定，在这过程中，如果不小心出现了海缆3弯曲反弹的现象，可以通过调节第二滑轮6.3，消除该弯曲反弹现象，然后通过拉力加载机构6设置加载力，最后开启第一液压缸9.2，使转盘2往复转动90°，该过程可以避免出现弯曲反弹的现象，使海缆3的测试数据更加精确。
在测试过程中，通过拉力传感器15与拉线传感器16可以获得海缆3的拉力变化量和变形量，可以观察在同一弯曲直径下，以下四种情况下的海缆3弯曲疲劳特性：①加载力为固定值且转盘参数为固定值；②加载力为固定值且转盘参数为动态值；③加载力为动态值且转盘参数为固定值；④加载力为动态值且转盘参数为动态值；通过测得四种不同参数条件下海缆3弯曲疲劳特性，使海缆弯曲疲劳特性数据更加的全面，最终的结果更具胡说服力，并且可以得出海缆3所能承受的海底最大深度值，避免海缆3投入到过深的海域中使用而导致海缆3直接损坏，然后再通过调整转盘2的半径大小，通过同样的方法获得各个弯曲半径下弯曲疲劳特性，可算出海缆3适用的海底地形，可避免海缆3投到到一些地形变化过大的海域而导致海缆3弯曲损坏，在测试过程中，如果海缆3未在前一次测试过程中受到的磨损或者形变达到更换条件下，即可以对同一海缆3进行下一组条件数据的测试，不需要更换设备，只需要将转盘2的直径拼小或者拼大，将原测试转盘2上的支撑托杆2.5卸下，安装到新测试的转盘2相应的最外围的拼块上，重新对海缆3进行拉紧、加载，即可进行新一组数据的测试，无需再次将海缆3进行绕转盘2的动作，又可节省大量的人力以及时间，大幅度提高了工作效率。
如图6所示，转盘2的第一拼块2.1与第二拼块2.2可以采用不同的方式拼接出正十二边形，第一拼块2.1采用正六边形结构，第二拼块2.2采用补边方式将第由第一拼块2.1与第二拼块2.2拼成的转盘2为正十二边形，补边方式指的是通过两块四边形的第二拼块2.2或者一块五边形的第二拼块2.2与第一拼块2.1的边连接，使一条边在拼接后变成两条边，并且最终围成一个正十二边形。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种海缆弯曲疲劳特性测试机，其特征在于：包括转盘支架(1)和供海缆(3)缠绕的转盘(2)，所述海缆(3)的两端分别位于转盘(2)的两侧，所述转盘(2)转动连接在转盘支架(1)上，所述转盘(2)的一条径向延长线上设有用于给海缆(3)的两端提供固定拉力值或动态拉力值的拉力加载机构(6)，所述拉力加载机构(6)上连接有第一滑轮(7)，所述第一滑轮(7)上绕有加载绳(5)，所述加载绳(5)的两端分别与海缆(3)的两端连接，所述加载绳(5)上连接有拉力传感器和拉线传感器，所述转盘支架(1)上还设有用于驱动转盘(2)以固定频率或者动态频率来回转动的驱动装置(9)，所述转盘(2)包括一个正多边形的第一拼块(2.1)、多个等腰梯形的第二拼块(2.2)、多个等腰梯形的第三拼块(2.3)、多个等腰梯形的第四拼块(2.4)，所述第一拼块(2.1)与转盘支架(1)转动连接，所述第一拼块(2.1)的每一条边与第二拼块(2.2)的短边可拆式连接，两个相连的所述第二拼块(2.2)的侧边可拆式连接，所述第二拼块(2.2)的长边与第三拼块(2.3)短边可拆式连接，两个相连的所述第三拼块(2.3)的侧边可拆式连接，所述第三拼块(2.3)的长边与第四拼块(2.4)短边可拆式连接，两个相连的所述第四拼块(2.4)的侧边可拆式连接，所述驱动装置(9)包括第一液压缸(9.2)、安装在第一液压缸(9.2)上的第一链轮(9.1)，所述转盘(2)上设有通过链条与第一链轮(9.1)相配合的第二链轮(10)，所述第二链轮(10)由多个链轮块拼接组成，所述转盘(2)的外圈一周设有用于供海缆(3)缠绕的凹槽(2.7)，所述凹槽(2.7)的下端设有多个支撑托杆(2.5)，所述凹槽(2.7)的上端设有多个防脱块(2.6)，所述转盘支架(1)靠近拉力加载机构(6)的一端设有卷扬机(8)，所述拉力加载机构(6)靠近转盘(2)的一端设有第二滑轮(14)，所述卷扬机(8)上连接有牵引绳(4)。
2.根据权利要求1所述的一种海缆弯曲疲劳特性测试机，其特征在于：所述拉力加载机构(6)包括拉力承载底板(6.1)和固定在拉力承载底板(6.1)上并且远离转盘(2)一端的第二液压缸(6.2)，所述拉力承载底板(6.1)上设有用于供第一滑轮(7)移动的导轨(6.3)，所述第一滑轮(7)与导轨(6.3)滑动连接，所述第二液压缸(6.2)的活动端与第一滑轮(7)相连接。
3.根据权利要求1所述的一种海缆弯曲疲劳特性测试机，其特征在于：所述转盘(2)的一侧设有用于控制海缆(3)拉出长度的限位支架(11)。
4.一种基于如权利要求1所述的海缆弯曲疲劳特性测试机的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将牵引绳(4)先绕过第一滑轮(7)后再绕过转盘(2)固定在海缆(3)上；
S2、所述海缆(3)放置在若干个小车(12)上，启动卷扬机(8)和驱动装置(9)，使海缆(3)绕到转盘(2)上，当转盘(2)中心与拉力加载机构(6)的连线的两侧海缆(3)长度相等时，关闭卷扬机(8)和驱动装置(9)；
S3、使用辅助绳(13)将海缆(3)固定，将海缆(3)上的牵引绳(4)解下并挂到辅助绳(13)的中段位置；
S4、开启卷扬机(8)，对海缆(3)进行预加载拉紧，拉紧后关闭卷扬机(8)；
S5、加载绳(5)固定在海缆(3)的两端，松开辅助绳(13)对海缆(3)的固定，通过拉力加载机构(6)设置加载力，通过驱动装置(9)设置转盘(2)参数；
S6、开启驱动装置(9)，使转盘(2)往复转动，通过与加载绳(5)连接的拉力传感器测得海缆(3)的拉力变化量，通过拉线传感器测得海缆(3)的变形量，测量完成后，记录数据；
S7、更换转盘(2)的直径，重复步骤S1-S6，测量海缆(3)在不同的弯曲半径下的疲劳特性。
5.根据权利要求4所述的一种海缆弯曲疲劳特性测试机的测试方法，其特征在于：所述步骤S5中设置的加载力和转盘(2)参数包括：设置加载力为固定值且转盘(2)参数为固定值；或者设置加载力为固定值且转盘(2)参数为动态值；或者设置加载力为动态值且转盘(2)参数为固定值；或者设置加载力为动态值且转盘(2)参数为动态值。
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