CN109682524A - 一种实验用刚性细长杆试件拖曳力测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及拖曳力测量装置领域，具体涉及一种实验用刚性细长杆试件拖曳力测量装置。其包括:上部承载板、角度转换梁、左测量总成和右测量总成，左测量总成包括：槽钢连接件、角度转换板、拉力传感器固定装置、拉力传感器、定滑轮和绳，拉力传感器固定装置包括三角铁和定滑轮支撑架。刚性细长杆试件为横向设置，避免了由于各部位流速不同造成的测量误差；通过角度转换装置，使得整个实验可以进行不同角度情况下的冲击模拟，从而可以得出刚性细长杆试件在同一水流流速的情况下，拖曳力与水流冲击角度之间的关系。另外，通过拉力传感器和定滑轮的设置，约束了力的方向，减小了其他装置因摩擦力产生的干扰，提高了测量结果的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及拖曳力测量装置领域，具体涉及一种实验用刚性细长杆试件拖曳力测量装置。
背景技术
在海洋浮体系泊系统的设计过程中，常需要进行刚性细长杆模型的各项物理实验，其中通过实验测量锚链模型在波浪、水流中受到的拖曳力十分必要，此实验常在工程水池中进行。
如今现有的测量拖曳力的装置多为纵向装置，在测量时无法忽略不同流层的流速不同产生的误差；并且装置多为悬链式，在测量时难以做到绷紧，在受力上会产生一定的误差，另外不具有角度转换装置无法测量试件在同一水流流速的情况下，拖曳力与水流冲击角度之间的关系。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供了一种实验用刚性细长杆试件拖曳力测量装置，刚性细长杆试件为横向设置，避免了由于各部位流速不同造成的测量误差；通过角度转换装置，使得整个实验可以进行不同角度情况下的冲击模拟，从而可以得出刚性细长杆试件在同一水流流速的情况下，拖曳力与水流冲击角度之间的关系，另外，通过拉力传感器和定滑轮的设置，约束了力的方向，使拉力传感器只接收到定滑轮受到的水平力，而定滑轮绳索两端的拉力相等，减小了其他装置因摩擦力产生的干扰，提高了测量结果的准确性，其采用的技术方案如下：
一种实验用刚性细长杆试件拖曳力测量装置，其特征在于，包括:上部承载板、角度转换梁、左测量总成和右测量总成，所述左测量总成包括：槽钢连接件、角度转换板、拉力传感器固定装置、拉力传感器、定滑轮和绳，所述槽钢连接件的上部横臂通过螺栓连接于角度转换梁的顶面上，所述上部承载板上具有若干对第一角度转换孔，所述角度转换梁上具有一对与第一角度转换孔相配适的连接孔，所述角度转换梁通过穿过连接孔和第一角度转换孔的螺栓可拆卸连接于上部承载板顶面上，所述槽钢连接件的下部横臂通过螺栓可拆卸连接于角度转换板的上侧面上，所述拉力传感器通过拉力传感器固定装置安装于角度转换板上，所述定滑轮转动连接于拉力传感器固定装置上，所述绳一端与拉力传感器相连接，另一端绕过定滑轮与刚性细长杆试件相连接；所述右测量总成组成结构与左测量总成相同，所述左测量总成和右测量总成左右并排设置，刚性细长杆试件始终位于水平状态。
在上述技术方案基础上，所述绳为不可伸长的绳。
在上述技术方案基础上，所述拉力传感器固定装置包括三角铁和定滑轮支撑架，所述三角铁的横臂与角度转换板通过螺栓固接，所述定滑轮支撑架顶部与角度转换板相固接，所述定滑轮支撑架底部设置有转轴，所述定滑轮通过转轴与定滑轮支撑架转动连接，所述拉力传感器通过台钳固定于固定板的竖臂上。
在上述技术方案基础上，所述槽钢连接件的下部横臂上开设有两个第一通孔，所述角度转换板上开设有两个用于安装固定板的第一安装孔、一个角度转换中心孔、三个第二角度转换孔和用于安装定滑轮支撑架的第二安装孔，三个第二角度转换孔以角度转换中心孔为圆心依次间隔夹角30度分布，所述槽钢连接件通过一个穿过第一通孔和角度转换中心孔的螺栓及一个穿过第一通孔和三个第二角度转换孔中的一个的螺栓与角度转换板可拆卸连接，所述第一角度转换孔共三对，三对第一角度转换孔依次间隔夹角30度分布于上部承载板上。
在上述技术方案基础上，所述角度转换梁上开设有滑槽，所述槽钢连接件滑动连接于滑槽中。
一种实验用刚性细长杆试件拖曳力测量装置，其特征在于，包括:上部承载板、角度转换梁、左测量总成和右测量总成，所述左测量总成包括：槽钢连接件、角度转换板、拉力传感器固定装置、拉力传感器、定滑轮和绳，所述槽钢连接件的上部横臂通过螺栓连接于角度转换梁的顶面上，所述角度转换梁与上部承载板转动连接，所述角度转换板与槽钢连接件的下部横臂转动连接，所述拉力传感器通过拉力传感器固定装置安装于角度转换板上，所述定滑轮转动连接于拉力传感器固定装置上，所述绳一端与拉力传感器相连接，另一端绕过定滑轮与刚性细长杆试件相连接；所述右测量总成组成结构与左测量总成相同，所述左测量总成和右测量总成左右并排设置，刚性细长杆试件始终位于水平状态。
在上述技术方案基础上，所述角度转换梁上开设有滑槽，所述槽钢连接件滑动连接于滑槽中。
本发明的有益效果为：刚性细长杆试件为横向设置，避免了由于各部位流速不同造成的测量误差；通过角度转换装置，使得整个实验可以进行不同角度情况下的冲击模拟，从而可以得出刚性细长杆试件在同一水流流速的情况下，拖曳力与水流冲击角度之间的关系，增加了实验的创新性。
另外，通过拉力传感器和定滑轮的设置，约束了力的方向，使拉力传感器只接收到定滑轮受到的水平力，而定滑轮绳索两端的拉力相等，减小了其他装置因摩擦力产生的干扰，提高了测量结果的准确性。
附图说明
图1是本发明的后视结构示意图；
图2是图1的左视结构示意图；
图3是图2中角度转换板的俯视结构示意图；
图4是图1的俯视结构示意图；
图5是本发明所述定滑轮支撑架的结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是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。
实施例一
如图1至图4所示，一种实验用刚性细长杆试件拖曳力测量装置，其特征在于，包括:上部承载板1、角度转换梁2、左测量总成和右测量总成，所述左测量总成包括：槽钢连接件3、角度转换板6、拉力传感器固定装置、拉力传感器5、定滑轮8和绳9，所述槽钢连接件3的上部横臂通过螺栓连接于角度转换梁2的顶面上，所述上部承载板1上具有若干对第一角度转换孔16，所述角度转换梁2上具有一对与第一角度转换孔16相配适的连接孔21，所述角度转换梁2通过穿过连接孔21和第一角度转换孔16的螺栓可拆卸连接于上部承载板1顶面上，所述槽钢连接件3的下部横臂通过螺栓可拆卸连接于角度转换板6的上侧面上，所述拉力传感器5通过拉力传感器固定装置安装于角度转换板6上，所述定滑轮8转动连接于拉力传感器固定装置上，所述绳9一端与拉力传感器5相连接，另一端绕过定滑轮8与刚性细长杆试件10相连接；所述右测量总成组成结构与左测量总成相同，所述左测量总成和右测量总成左右并排设置，刚性细长杆试件10始终位于水平状态。其中拉力传感器5可选用型号为T-3A，编号为T8167,购买自北京七维航测科技股份有限公司，官网为http://www.sdi-china.com。
优选的，所述绳9为不可伸长的绳。其中，优选的，定滑轮8具有环形沟槽。
优选的，所述拉力传感器固定装置包括三角铁7-1和定滑轮支撑架7-2，所述三角铁7-1的横臂与角度转换板6通过螺栓固接，所述定滑轮支撑架7-2顶部与角度转换板6相固接，所述定滑轮支撑架7-2底部设置有转轴，所述定滑轮8通过转轴与定滑轮支撑架7-2转动连接，所述拉力传感器5通过台钳11固定于固定板7-1的竖臂上。其中如图5所示，定滑轮支撑架7-2可为门字形。
进一步，所述槽钢连接件3的下部横臂上开设有两个第一通孔，所述角度转换板6上开设有两个用于安装固定板的第一安装孔60、一个角度转换中心孔61、三个第二角度转换孔62和用于安装定滑轮支撑架的第二安装孔63，三个第二角度转换孔62以角度转换中心孔61为圆心依次间隔夹角30度分布，所述槽钢连接件3通过一个穿过第一通孔和角度转换中心孔61的螺栓及一个穿过第一通孔和三个第二角度转换孔62中的一个的螺栓与角度转换板6可拆卸连接，所述第一角度转换孔16共三对，三对第一角度转换孔16依次间隔夹角30度分布于上部承载板1上。
再进一步，所述角度转换梁2上开设有滑槽20，所述槽钢连接件3滑动连接于滑槽20中。
实验开始前，检查实验装置装配是否完整，检查该拖曳力测量装置是否可用，在检查无误且可用的情况下，将待测试件装配到装置中，此时运用水准仪将待测试件的轴线调水平，并调试两只拉力传感器的拉力值直至一致，并打开流速采集系统、角度采集系统。
启动造流机，开始实验。实验开始后，流体运动将对待测刚性细长杆试件产生的水平推力，绳将此水平推力传给拉力传感器，结合角度采集系统(六自由度仪)对待测刚性细长杆试件进行受力分析即可得到实验所需拖曳力。
实施例二
一种实验用刚性细长杆试件拖曳力测量装置，其特征在于，包括:上部承载板1、角度转换梁2、左测量总成和右测量总成，所述左测量总成包括：槽钢连接件3、角度转换板6、拉力传感器固定装置、拉力传感器5、定滑轮8和绳9，所述槽钢连接件3的上部横臂通过螺栓连接于角度转换梁2的顶面上，所述角度转换梁2与上部承载板1转动连接，所述角度转换板6与槽钢连接件3的下部横臂转动连接，所述拉力传感器5通过拉力传感器固定装置安装于角度转换板6上，所述定滑轮8转动连接于拉力传感器固定装置上，所述绳9一端与拉力传感器5相连接，另一端绕过定滑轮8与刚性细长杆试件10相连接；所述右测量总成组成结构与左测量总成相同，所述左测量总成和右测量总成左右并排设置，刚性细长杆试件10始终位于水平状态。优选的，定滑轮8具有环形沟槽。
优选的，所述角度转换梁2上开设有滑槽20，所述槽钢连接件3滑动连接于滑槽20中。
实验开始前，检查实验装置装配是否完整，检查该拖曳力测量装置是否可用，在检查无误且可用的情况下，将待测试件装配到装置中，此时运用水准仪将待测试件的轴线调水平，并调试两只拉力传感器的拉力值直至一致，并打开流速采集系统、角度采集系统。
启动造流机，开始实验。上部承载板1位置始终是固定的，实验开始后，先将角度转换梁2相对上部承载板1转动一定角度A，此时刚性细长杆试件10的轴线与水流方向的夹角即为(90°—A),此时槽钢连接件3、拉力传感器5和定滑轮8也转动了A度，若此时进行测量，因为绳9为柔性的，在水流作用下此时绳9会作用于定滑轮8的沟槽的侧壁上，定滑轮8的沟槽的侧壁会给绳9一阻力，即绳9上的拉力的一部分被定滑轮8所抵消，另一部分作用于拉力传感器5上被拉力传感器5所测取，故这会造成测量的不准；所以需要上部承载板1转动一定角度A后，再将角度转换板6相对槽钢连接件3转动角度负A，如此便可使得绳9的拉力完全作用于拉力传感器5上，而不被定滑轮8的作用力抵消一部分，进而完成拖曳力在不同水流冲击角度状态下(刚性细长杆试件轴线与水流方向不同夹角下)的精准测量。此处需要说明是上述角度A和角度负A之间的关系为角度大小相同但方向相反。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种实验用刚性细长杆试件拖曳力测量装置，其特征在于，包括:上部承载板(1)、角度转换梁(2)、左测量总成和右测量总成，所述左测量总成包括：槽钢连接件(3)、角度转换板(6)、拉力传感器固定装置、拉力传感器(5)、定滑轮(8)和绳(9)，所述槽钢连接件(3)的上部横臂通过螺栓连接于角度转换梁(2)的顶面上，所述上部承载板(1)上具有若干对第一角度转换孔(16)，所述角度转换梁(2)上具有一对与第一角度转换孔(16)相配适的连接孔(21)，所述角度转换梁(2)通过穿过连接孔(21)和第一角度转换孔(16)的螺栓可拆卸连接于上部承载板(1)顶面上，所述槽钢连接件(3)的下部横臂通过螺栓可拆卸连接于角度转换板(6)的上侧面上，所述拉力传感器(5)通过拉力传感器固定装置安装于角度转换板(6)上，所述定滑轮(8)转动连接于拉力传感器固定装置上，所述绳(9)一端与拉力传感器(5)相连接，另一端绕过定滑轮(8)与刚性细长杆试件(10)相连接；所述右测量总成组成结构与左测量总成相同，所述左测量总成和右测量总成左右并排设置，刚性细长杆试件(10)始终位于水平状态。
2.根据权利要求1所述的一种实验用刚性细长杆试件拖曳力测量装置，其特征在于：所述绳(9)为不可伸长的绳。
3.根据权利要求1或2所述的一种实验用刚性细长杆试件拖曳力测量装置，其特征在于：所述拉力传感器固定装置包括三角铁(7-1)和定滑轮支撑架(7-2)，所述三角铁(7-1)的横臂与角度转换板(6)通过螺栓固接，所述定滑轮支撑架(7-2)顶部与角度转换板(6)相固接，所述定滑轮支撑架(7-2)底部设置有转轴，所述定滑轮(8)通过转轴与定滑轮支撑架(7-2)转动连接，所述拉力传感器(5)通过台钳(11)固定于固定板(7-1)的竖臂上。
4.根据权利要求3所述的一种实验用刚性细长杆试件拖曳力测量装置，其特征在于：所述槽钢连接件(3)的下部横臂上开设有两个第一通孔，所述角度转换板(6)上开设有两个用于安装固定板的第一安装孔(60)、一个角度转换中心孔(61)、三个第二角度转换孔(62)和用于安装定滑轮支撑架的第二安装孔(63)，三个第二角度转换孔(62)以角度转换中心孔(61)为圆心依次间隔夹角30度分布，所述槽钢连接件(3)通过一个穿过第一通孔和角度转换中心孔(61)的螺栓及一个穿过第一通孔和三个第二角度转换孔(62)中的一个的螺栓与角度转换板(6)可拆卸连接，所述第一角度转换孔(16)共三对，三对第一角度转换孔(16)依次间隔夹角30度分布于上部承载板(1)上。
5.根据权利要求1所述的一种实验用刚性细长杆试件拖曳力测量装置，其特征在于：所述角度转换梁(2)上开设有滑槽(20)，所述槽钢连接件(3)滑动连接于滑槽(20)中。
6.一种实验用刚性细长杆试件拖曳力测量装置，其特征在于，包括:上部承载板(1)、角度转换梁(2)、左测量总成和右测量总成，所述左测量总成包括：槽钢连接件(3)、角度转换板(6)、拉力传感器固定装置、拉力传感器(5)、定滑轮(8)和绳(9)，所述槽钢连接件(3)的上部横臂通过螺栓连接于角度转换梁(2)的顶面上，所述角度转换梁(2)与上部承载板(1)转动连接，所述角度转换板(6)与槽钢连接件(3)的下部横臂转动连接，所述拉力传感器(5)通过拉力传感器固定装置安装于角度转换板(6)上，所述定滑轮(8)转动连接于拉力传感器固定装置上，所述绳(9)一端与拉力传感器(5)相连接，另一端绕过定滑轮(8)与刚性细长杆试件(10)相连接；所述右测量总成组成结构与左测量总成相同，所述左测量总成和右测量总成左右并排设置，刚性细长杆试件(10)始终位于水平状态。
7.根据权利要求6所述的一种实验用刚性细长杆试件拖曳力测量装置，其特征在于：所述角度转换梁(2)上开设有滑槽(20)，所述槽钢连接件(3)滑动连接于滑槽(20)中。
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