CN108279168B - 一种拉力缓冲油缸模型试验模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种拉力缓冲油缸模型试验模拟装置，包括：支撑框架，顶部设有绳索通过的开孔；阈值重块，设于支撑框架中并可在支撑框架内沿竖直方向升降，用于模拟拉力缓冲油缸开始产生缓冲作用的初始拉力；限位器，设于支撑框架内，用于限制阈值重块在限位器和支撑框架顶部之间的范围内升降，模拟拉力缓冲油缸的行程；上弹簧和下弹簧，上弹簧通过绳索与阈值重块顶部连接，下弹簧的两端分别与阈值重块的底部和支撑框架连接。与现有技术相比，本发明模拟精度高，能准确模拟缓冲油缸的启动拉力阈值、拉伸刚度以及有效行程等关键参数，准确模拟“缓冲油缸+缆绳”系统在拉力作用下的交变拉伸刚度特性。

Description

一种拉力缓冲油缸模型试验模拟装置
技术领域
本发明涉及一种试验模拟装置，尤其是涉及一种拉力缓冲油缸模型试验模拟装置。
背景技术
拉力缓冲油缸在船舶与海洋工程的吊装、打捞等系统中广泛采用，具有减少能量冲击、平衡缆绳受力以及提供运动补偿等功能。缓冲油缸的前端连接缆绳，当缆绳上拉力达到阈值时(阈值与油缸油压有关)缓冲油缸的拉杆被拉开起到缓冲拉力作用，当缓冲油缸的拉杆达到最大行程后缓冲作用消失。由于缆绳的拉伸刚度较大，缓冲油缸被拉开后拉伸刚度较小，“缓冲油缸+缆绳”系统在承受拉力过程中具有“强-弱-强”的交变刚度特性。
在模型试验中，需要准确模拟缓冲油缸的启动拉力阈值、拉伸刚度以及有效行程等关键参数，目前定制小型油(气)缸不仅价格高昂、而且无法达到模型试验的精度要求。用弹簧来模拟缓冲拉伸刚度是一种通常的做法，在很多试验机构中均有运用，例如，公开号为CN107101821A的发明“吊弦疲劳试验机”采用弹簧来缓冲作用于吊弦试样上的惯性力。尽管如此，目前尚没有一种能够同时有效模拟缓冲油缸上述各项关键参数的试验机构。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种拉力缓冲油缸模型试验模拟装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种拉力缓冲油缸模型试验模拟装置，包括：
支撑框架，顶部设有绳索通过的开孔；
阈值重块，设于支撑框架中并可在支撑框架内沿竖直方向升降，上弹簧用于模拟拉力缓冲油缸缆绳的拉伸刚度，下弹簧用于模拟拉力缓冲油缸的拉伸刚度；
限位器，设于支撑框架内，用于限制阈值重块在限位器和支撑框架顶部之间的范围内升降，模拟拉力缓冲油缸的行程；
上弹簧和下弹簧，上弹簧通过绳索与阈值重块顶部连接，下弹簧的两端分别与阈值重块的底部和支撑框架连接，分别用于模拟缆绳、拉力缓冲油缸的拉伸刚度。
所述限位器包括两块限位板，两块限位板分别固定于支撑框架两侧。
所述限位板由用于支撑阈值重块的支撑部和用于连接支撑框架的固定部组成，所述固定部通过螺钉固定于支撑框架上，所述支撑框架的两个侧面上均设有一个或多个用于螺钉穿过的高度调节孔，每个高度调节孔竖直排布。
所述高度调节孔为腰形孔，通过调节螺钉在腰形孔中的高度调节限位板的高度。
所述支撑框架两侧还设有竖直设置的凹槽导轨，所述阈值重块两侧设有与该凹槽导轨配合的滚轮，所述阈值重块通过滚轮沿该凹槽导轨竖直升降。
所述支撑框架由底板、顶板和两块侧板组成，所述底板和顶板水平设置，两块侧板竖直设置于底板和顶板之间，用于绳索通过的所述开孔设于顶板上。
所述装置还包括用于改变上弹簧通过绳索对阈值重块施加拉力的方向的导向滑轮，所述绳索自阈值重块顶部穿过所述开孔并绕过导向滑轮后与上弹簧连接。
所述下弹簧的自然长度与限位器和支撑框架底部之间的高度配合，所述阈值重块位于限位器上时，所述下弹簧处于自然状态。
绳索为钢丝绳。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)模拟精度高，能准确模拟缓冲油缸的启动拉力阈值、拉伸刚度以及有效行程等关键参数，准确模拟“缓冲油缸+缆绳”系统在拉力作用下“强-弱-强”的交变拉伸刚度特性。
2)参数调节方便，当拉力缓冲油缸参数发生变化时，通过简单改变阈值重块的自重、弹簧的拉伸刚度、限位器的位置等，就可以使模拟机构准确符合拉力缓冲油缸参数模拟要求。
3)成本低廉，完全采用机械构件模拟拉力缓冲油缸，无需定制小型油(气)缸、无需采用液(气)压控制系统，加工方便、装配简单、成本低廉。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为阈值重块被拉起时的示意图；
图3为阈值重块被拉到最大行程时的示意图；
其中：1、支撑框架，2、阈值重块，3、上弹簧，4、下弹簧，5、限位板，6、导向滑轮，7、钢丝绳，8、侧板，9、凹槽轨道，10、高度调节孔，11、顶板，12、底板，13、滚轮。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种拉力缓冲油缸模型试验模拟装置，如图1所示，包括：
支撑框架1，顶部设有绳索通过的开孔，其中，绳索选用钢丝绳7；
阈值重块2，设于支撑框架1中并可在支撑框架1内沿竖直方向升降，其自重用于模拟拉力缓冲油缸开始产生缓冲作用的初始拉力；
限位器，设于支撑框架1内，用于限制阈值重块2在限位器和支撑框架1顶部之间的范围内升降，模拟拉力缓冲油缸的行程；
上弹簧3和下弹簧4，上弹簧3通过绳索与阈值重块2顶部连接，下弹簧4的两端分别与阈值重块2的底部和支撑框架1连接，上弹簧3用于模拟拉力缓冲油缸缆绳的拉伸刚度，下弹簧4用于模拟拉力缓冲油缸的拉伸刚度。
支撑框架1为“口”字形，由底板12、顶板11和两块侧板8组成，底板12和顶板11水平设置，两块侧板8竖直设置于底板12和顶板11之间，开孔设于顶板11上正中位置，每个侧板8分别具有一个凹槽轨道9和一个或者多个高度调节孔10。
限位器包括两块限位板5，两块限位板5分别固定于支撑框架1两侧，限位板5由用于支撑阈值重块2的支撑部和用于连接支撑框架1的固定部组成，固定部通过螺钉固定于侧板8上，高度调节孔10用于螺钉穿过，本实施例中，高度调节孔10为腰形孔，通过调节螺钉在腰形孔中的高度调节限位板5的高度。两块限位板5的高度一般保持一致，两个限位板5的高度可以沿着支撑框架1两侧板8的高度调节孔10调节，调节限位板5的高度可以精确模拟拉力缓冲油缸的行程。
装置还包括用于改变上弹簧3通过绳索对阈值重块2施加拉力的方向的导向滑轮6，导向滑轮6凹槽垂向切线位于顶板11上开孔的中心，绳索自阈值重块2顶部穿过开孔并绕过导向滑轮6后与上弹簧3连接。
侧板8内侧还设有竖直设置的凹槽导轨9，阈值重块2两侧设有与该凹槽导轨9配合的滚轮13，阈值重块2通过滚轮13沿该凹槽导轨9竖直升降。
下弹簧4的自然长度与限位器和支撑框架1底部之间的高度配合，阈值重块2位于限位器上时，下弹簧4处于自然状态。
阈值重块2的行程零点为其底部与限位板5接触的位置，阈值重块2的最大行程为其顶部与支撑框架1顶板11接触的位置，阈值重块2的行程为支撑框架1顶板11与限位板5之间空隙高度减去阈值重块2的自身高度；当阈值重块2在行程零点时，下弹簧4刚好处于不承受拉力的状态；当阈值重块2在最大行程时，下部弹簧4处于最大拉伸状态。
在外部拉力作用下上弹簧3伸长，模拟实际情况下缆绳的伸长；当外部拉力大于阈值重块2自重时，阈值重块2被拉起，下弹簧4也伸长，模拟实际情况下缓冲油缸产生的缓冲作用，如图2所示；当阈值重块2移动到最大行程后，下弹簧4不再伸长，只有上弹簧3继续伸长，模拟了实际情况下缓冲油缸到达缓冲行程后的情况，如图3所示。

Claims (3)

1.一种拉力缓冲油缸模型试验模拟装置，其特征在于，包括：
支撑框架(1)，顶部设有绳索通过的开孔；
阈值重块(2)，设于支撑框架(1)中并可在支撑框架(1)内沿竖直方向升降，用于模拟拉力缓冲油缸开始产生缓冲作用的初始拉力；
限位器，设于支撑框架(1)内，用于限制阈值重块(2)在限位器和支撑框架(1)顶部之间的范围内升降，模拟拉力缓冲油缸的行程；
上弹簧(3)和下弹簧(4)，上弹簧(3)通过绳索与阈值重块(2)顶部连接，下弹簧(4)的两端分别与阈值重块(2)的底部和支撑框架(1)连接，上弹簧(3)用于模拟拉力缓冲油缸缆绳的拉伸刚度，下弹簧(4)用于模拟拉力缓冲油缸的拉伸刚度；
所述限位器包括两块限位板(5)，两块限位板(5)分别固定于支撑框架(1)两侧；
所述限位板(5)由用于支撑阈值重块(2)的支撑部和用于连接支撑框架(1)的固定部组成，所述固定部通过螺钉固定于支撑框架(1)上，所述支撑框架(1)的两个侧面上均设有一个或多个用于螺钉穿过的高度调节孔(10)，每个高度调节孔(10)竖直排布；
所述高度调节孔(10)为腰形孔，通过调节螺钉在腰形孔中的高度调节限位板(5)的高度；
所述支撑框架(1)由底板(12)、顶板(11)和两块侧板(8)组成，所述底板(12)和顶板(11)水平设置，两块侧板(8)竖直设置于底板(12)和顶板(11)之间，用于绳索通过的所述开孔设于顶板(11)上；
所述装置还包括用于改变上弹簧(3)通过绳索对阈值重块(2)施加拉力的方向的导向滑轮(6)，所述绳索自阈值重块(2)顶部穿过所述开孔并绕过导向滑轮(6)后与上弹簧(3)连接；
所述下弹簧(4)的自然长度与限位器和支撑框架(1)底部之间的高度配合，所述阈值重块(2)位于限位器上时，所述下弹簧(4)处于自然状态；
阈值重块(2)的行程零点为其底部与限位板(5)接触的位置，阈值重块(2)的最大行程为其顶部与支撑框架(1)的顶板(11)接触的位置，阈值重块(2)的行程为支撑框架(1)顶板(11)与限位板(5)之间空隙高度减去阈值重块(2)的自身高度；当阈值重块(2)在行程零点时，下弹簧(4)处于不承受拉力的状态；当阈值重块(2)在最大行程时，下弹簧(4)处于最大拉伸状态；
在外部拉力作用下上弹簧(3)伸长，模拟实际情况下缆绳的伸长；当外部拉力大于阈值重块(2)自重时，阈值重块(2)被拉起，下弹簧(4)伸长，模拟实际情况下缓冲油缸产生的缓冲作用，当阈值重块(2)移动到最大行程后，下弹簧(4)不再伸长，只有上弹簧(3)继续伸长，模拟了实际情况下缓冲油缸到达缓冲行程后的情况。
2.根据权利要求1所述的一种拉力缓冲油缸模型试验模拟装置，其特征在于，所述支撑框架(1)两侧还设有竖直设置的凹槽导轨(9)，所述阈值重块(2)两侧设有与该凹槽导轨(9)配合的滚轮(13)，所述阈值重块(2)通过滚轮(13)沿该凹槽导轨(9)竖直升降。
3.根据权利要求1所述的一种拉力缓冲油缸模型试验模拟装置，其特征在于，绳索为钢丝绳(7)。
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