CN109238645A - 一种方位可调的水面模型拖曳与吊装试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于水动力实验模拟系统领域，具体涉及一种方位可调的水面模型拖曳与吊装试验系统。模型在拖曳进行水动力实验过程中，具有一定的速度，针对迫降抛投试验，模型具有一定的危险性，容易撞击池壁，损坏模型，影响试验进度与模型试验可行性.本发明提供了一种方位可调的水面模型拖曳与吊装试验系统，利用齿轮传动与轴承转动技术相融合，实现了新型拖曳与吊装试验装置360度可控转动，进行水面水下多角度试验与救援工作；利用了液压系统技术实现了新型拖曳与吊装试验装置可根据不同水面环境因素与试验工况需要对吊臂高度进行精准、稳定调节；利用了行吊技术，可对起吊模型进行装运、卸载作用，整体具有较高的适应性、稳定性与灵活性，可满足不同工作条件需求。

Description

一种方位可调的水面模型拖曳与吊装试验系统

技术领域

本发明属于水动力实验模拟系统领域，具体涉及一种方位可调的水面模型拖曳与吊装试验系统。

背景技术

随着现代技术的快速发展，以及国家对各类科研机构的支持，军用舰艇、潜艇、军用飞机等重大设备以及涉及民用的船舶、载客飞机以及设下民用设备均得到了快速发展，在新的设备研发、验证、取证等过程中，水动力实验起着重大的作用。水动力实验模拟系统技术领域的进一步发展，决定着国家重大设备的研发与应用进程。目前，拥有亚洲最长、速度最高的水动力实验室为中国特种飞行器研究所(六〇五所)高速水动力实验室，在对相关重大设备模型进行水动力实验过程中，主要采用高速岸基拖车拖曳模型，对模型相关参数进行验证、分析与研究。拖曳水池的基本尺寸为池长510米，池宽6.5米，池深6.8米，水深5.0米。针对目前的实验条件，存在不足之处为：(1)高速水动力水池整体宽度为6.5米，水池的宽度决定着试验模型的大小，在试验过程中，各种重大设备的研究必须依照水池最大承载尺寸范围进行设计，基础设施条件决定着研究模型的参数大小；(2)模型在拖曳进行水动力实验过程中，具有一定的速度，针对迫降抛投试验，模型具有一定的危险性，容易撞击池壁，损坏模型，影响试验进度与模型试验可行性；(3)在目前的水池试验以及户外水域试验过程中，对于重大试验模型因破损与失去动力而突发沉入水底情况不存在标准的救援设备，重大模型打捞是一个严重而难以解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种方位可调的水面模型拖曳与吊装试验系统，利用齿轮传动与轴承转动技术相融合，实现了新型拖曳与吊装试验装置360度可控转动，进行水面水下多角度试验与救援工作；利用了液压系统技术实现了新型拖曳与吊装试验装置可根据不同水面环境因素与试验工况需要对吊臂高度进行精准、稳定调节；利用了行吊技术，可对起吊模型进行装运、卸载作用，整体具有较高的适应性、稳定性与灵活性，可满足不同工作条件需求。

一种方位可调的水面模型拖曳与吊装试验系统，该系统包括控制部分和拖曳吊装执行机构，该控制部分包括PC机以及与其连接的数据采集器和系统控制器；该拖曳吊装执行机构包括底部的浮体平台，其上部具有转动机构，其下部具有驱动机构；转动机构支撑有一体的液压缸，液压升降顶杆在端部安装有梯形吊臂机构，其上具有可沿梯形吊臂机构移动的吊挂装置。

所述转动机构包括与浮体平台连接的固定齿轮盘和与固定齿轮盘同轴安装的重心调配平台，该重心调配平台在环形表面上安装有转动电机，转动电机通过啮合齿轮与固定齿轮盘啮合，重心调配平台上放置有重心调配配重块。

所述驱动机构是水下电机，通过电机固定杆固定于四角。

所述转动电机的数量为多个且绕圆周均布。

所述吊挂装置包括安装在梯形吊臂机构下端的电动葫芦和吊钩，梯形吊臂机构具有滚动移动槽。

所述浮体平台为分舱式，由多个浮体船舱通过焊接连接而成。

还包括电葫芦位移传感器、液压顶杆位移传感器和转角角度传感器。

所述液压升降顶杆为单杆活塞式液压缸顶杆，上端通过连接法兰盘与梯形吊臂机构连接。

所述重心调配配重块通过螺栓紧固，根据不同试验模型或起吊模型重量大小，相应的进行重心调配。

有益效果：(1)本发明为最新开发设计的模型水面拖曳与试验平台，不仅具有在水面自由航行、定位、作业功能，而且根据试验的多样性要求，可以实现360度多方位可调节，进行作业，也可以根据试验需求，对梯形吊臂结构起吊高度进行调节，高效便捷，适应性较强，可满足复杂的实验工况需求；(2)本发明利用齿轮传动与轴承转动技术相融合，实现了新型拖曳与吊装试验装置360度可控转动，以展开水面水下多角度试验与救援工作，利用了液压系统技术实现了新型拖曳与吊装试验装置可根据不同水面环境因素与试验工况需要对吊臂高度进行精准、稳定调节，利用了行吊技术，可对起吊模型进行装运、卸载作用，整体具有较高的适应性、稳定性与灵活性，可满足不同工作条件需求；(3)本发明提出了一种新型的水面模型拖曳试验装置，弥补了目前因水池宽度较小，导致水池基础结构决定试验模型大小的不足现象，一种方位可调的水面模型拖曳与吊装试验系统可供模型在宽广的水域展开试验，可以根据实际研究需求，选着较适合的模型缩比，减小试验误差，提高试验数据的准确性，以及避免了传统水池迫降试验过程中，模型发生撞击池壁的风险；(4)本发明提供了一种对重大试验模型因破损与失去动力而突发沉入水底的现象，快速展开水面定位与有效打捞救援，避免重大损失的作用。

附图说明

图1为本发明试验系统的组成示意图；

图2为拖曳吊装执行机构的结构示意图；

图3为固定齿轮盘的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当归属本申请保护的范围。

首先对各构件进行如下说明：

1-数据采集器，用于采集电葫芦位置信息、液压顶杆控制的梯形吊臂机构高度信息、转动电机转动角度信息；

2-PC机用于实时显示数据采集器所采集数据情况，并针对工况要求对系统控制器发出数字指令，调节控制参数；

3-系统控制器，用于控制水下电机启停以及动力参数调节，液压顶杆升降位置，转动电机转动角度位置以及电葫芦位置和所吊物体的高度；

4-数据采集线，用于传输采集的电葫芦位置信号，吊臂高度信号，转动电机转动角度信号；

5-电葫芦位移传感器，用于采集电葫芦在梯形吊臂机构的位置信息；

6-液压顶杆位移传感器，用于采集梯形吊臂机构的升降高度位置信息；

7-转角角度传感器，用于采集转动电机的转动角度信息；

8-数据控制线用于传输转动电机的转动控制指令，液压顶杆升降控制指令，水下电机动力控制指令，电动葫芦移动控制指令；

9-为拖曳吊装执行机构；

9-1-梯形吊臂机构，根据所受力矩分布情况，采用了梯形结构设计，前端弯矩较小，采用了较小截面，后端所收弯矩较大，采用较大截面设计；

9-2-电动葫芦，为标准件，根据起重要求整体设计，安装相应吨位的电动葫芦，电动葫芦可以通过控制系统的控制下，在滚动滑槽上自由移动与定位；

9-3-吊钩，安装在电动葫芦的钢丝绳末端，钢丝铰制紧固；

9-4-电机固定杆，用于固定水下电机，利用螺栓将水下电机紧固在浮体平台上；

9-5-水下电机，整个系统共计四个，利用电机固定杆固定于四角，为整个浮体平台在水面上的移动提供动力；

9-6-固定齿轮盘，底端与浮体平台通过螺栓紧固连接，上端通过固定齿轮盘内部轴承与重心调配平台通过螺栓紧固连接，用于与啮合齿轮轮齿配合转动，以提供360度角度的自由调节定位；

9-7-浮体平台，为分舱式，由多个浮体船舱通过焊接连接而成，具有较大的浮力，为整体水面结构提供浮力平衡作用，各舱单独密封，具有较好的安全性，防止突发泄露造成较大安全事故；

9-8-啮合齿轮，固定于转动电机的轴端，利用平键锁合提供所需的力矩；

9-9-液压缸，为单杆活塞式液压缸缸体，底面利用螺栓紧固在重心调配平台上，与重心调配平台为一体；

9-10-液压升降顶杆，为单杆活塞式液压缸顶杆，在液压缸的作用下上下升降作用，顶杆上端与连接法兰盘螺栓紧固连接；

9-11-连接法兰盘一端与液压升降顶杆螺栓紧固连接，另一端与梯形吊臂机构利用螺栓固定法兰面紧固连接；

9-12-滚动移动槽，为在梯形吊臂机构侧面加工的方形槽孔，以供标准件电动葫芦滚轮在滚轮移动槽上自由移动；

9-13-重心调配平台，为刚体结构，重量较大，将重心调配在靠近船体平面处，保证整体的稳定性，重心调配平台下端与固定齿轮盘的推力滚子轴承上端通过螺栓螺纹紧固连接；

9-14-转动电机，共计两个对称布置于固定齿轮盘两侧，螺栓紧固连接，轴端与啮合齿轮通过键锁合固定连接，两个转动电机与啮合齿轮对称布置，在起吊重物时，具有吸收弯矩、稳定平台、减小挠度的作用；

9-15-重心调配配重块，置于重心调配平台上端，螺栓紧固，可根据不同试验模型或起吊模型重量大小，相应的进行重心调配，保证作业过程中，平台装置的稳定性。

9-6-1-齿轮臂，为齿轮内部结构，起主要支撑作用；

9-6-2-齿轮轮齿，均布于齿轮臂外侧，与齿轮臂为一体加工而成；

9-6-3-轴承固定套，为环形孔结构，与齿轮臂、齿轮轮齿为整体结构，一体加工而成；

9-6-4-轴承拆卸孔均布四个于轴承固定套上，用于安装与拆卸推力圆柱滚子轴承；

9-6-5-推力滚子轴承，具有较好的轴向承载能力，安装与轴承固定套中，与齿轮为一体，确保轴承上平面自由转动；

9-6-6-齿轮底面，为与整体一体加工而成，利用高强度固定螺栓与浮体平台紧固连接；

9-6-7-高强度固定螺栓，均分布于轮齿底面，具有较好的紧固、承载作用；

9-6-8-梯形加强筋，为与整体一体加工而成，一端连接齿轮臂，一端连接轴承固定套，起支撑与加强作用，保持整体稳定性与刚性。

一种方位可调的水面模型拖曳与吊装试验系统，该系统包括控制部分和拖曳吊装执行机构9，该控制部分包括PC机2以及与其连接的数据采集器1和系统控制器3；该拖曳吊装执行机构9包括底部的浮体平台9-7，其上部具有转动机构，其下部具有驱动机构；转动机构支撑有一体的液压缸9-9，液压升降顶杆9-10在端部安装有梯形吊臂机构9-1，其上具有可沿梯形吊臂机构9-1移动的吊挂装置。

所述转动机构包括与浮体平台9-7连接的固定齿轮盘9-6和与固定齿轮盘9-6同轴安装的重心调配平台9-13，该重心调配平台9-13在环形表面上安装有转动电机9-14，转动电机9-14通过啮合齿轮9-8与固定齿轮盘9-6啮合，重心调配平台9-13上放置有重心调配配重块9-15。

所述驱动机构是水下电机9-5，通过电机固定杆9-4固定于四角。

所述转动电机9-14的数量为多个且绕圆周均布。

所述吊挂装置包括安装在梯形吊臂机构9-1下端的电动葫芦9-2和吊钩9-3，梯形吊臂机构9-1具有滚动移动槽9-12。

所述浮体平台9-7为分舱式，由多个浮体船舱通过焊接连接而成。

还包括电葫芦位移传感器5、液压顶杆位移传感器6和转角角度传感器7。

所述液压升降顶杆9-10为单杆活塞式液压缸顶杆，上端通过连接法兰盘9-11与梯形吊臂机构9-1连接。

所述重心调配配重块9-15通过螺栓紧固，根据不同试验模型或起吊模型重量大小，相应的进行重心调配。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (9)

1.一种方位可调的水面模型拖曳与吊装试验系统，其特征在于：该系统包括控制部分和拖曳吊装执行机构(9)，该控制部分包括PC机(2)以及与其连接的数据采集器(1)和系统控制器(3)；该拖曳吊装执行机构(9)包括底部的浮体平台(9-7)，其上部具有转动机构，其下部具有驱动机构；转动机构支撑有一体的液压缸(9-9)，液压升降顶杆(9-10)在端部安装有梯形吊臂机构(9-1)，其上具有可沿梯形吊臂机构(9-1)移动的吊挂装置。

2.根据权利要求1所述的水面模型拖曳与吊装试验系统，其特征在于：所述转动机构包括与浮体平台(9-7)连接的固定齿轮盘(9-6)和与固定齿轮盘(9-6)同轴安装的重心调配平台(9-13)，该重心调配平台(9-13)在环形表面上安装有转动电机(9-14)，转动电机(9-14)通过啮合齿轮(9-8)与固定齿轮盘(9-6)啮合，重心调配平台(9-13)上放置有重心调配配重块(9-15)。

3.根据权利要求2所述的水面模型拖曳与吊装试验系统，其特征在于：所述驱动机构是水下电机(9-5)，通过电机固定杆(9-4)固定于四角。

4.根据权利要求3所述的水面模型拖曳与吊装试验系统，其特征在于：所述转动电机(9-14)的数量为多个且绕圆周均布。

5.根据权利要求4所述的水面模型拖曳与吊装试验系统，其特征在于：所述吊挂装置包括安装在梯形吊臂机构(9-1)下端的电动葫芦(9-2)和吊钩(9-3)，梯形吊臂机构(9-1)具有滚动移动槽(9-12)。

6.根据权利要求5所述的水面模型拖曳与吊装试验系统，其特征在于：所述浮体平台(9-7)为分舱式，由多个浮体船舱通过焊接连接而成。

7.根据权利要求6所述的水面模型拖曳与吊装试验系统，其特征在于：还包括电葫芦位移传感器(5)、液压顶杆位移传感器(6)和转角角度传感器(7)。

8.根据权利要求7所述的水面模型拖曳与吊装试验系统，其特征在于：所述液压升降顶杆(9-10)为单杆活塞式液压缸顶杆，上端通过连接法兰盘(9-11)与梯形吊臂机构(9-1)连接。

9.根据权利要求8所述的水面模型拖曳与吊装试验系统，其特征在于：所述重心调配配重块(9-15)通过螺栓紧固，根据不同试验模型或起吊模型重量大小，相应的进行重心调配。