CN109708908B - 一种大型风帆陆基试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型风帆陆基试验方法，包括旋转系统试验的方法和升降系统试验的方法，旋转系统试验的方法包括：S1、旋转系统试验前准备，S2、空载旋转试验，S3、加载旋转试验；升降系统试验的方法包括：P1、升降系统试验前准备，P2、第二节风帆(2)加载配重的升降试验，P3、第三节风帆(3)加载配重的升降试验。本发明的试验方法接近真实的模拟极限风载荷作用在大型硬翼帆上的情况；针对其包含的旋转系统和垂直升降系统进行了全面的试验验证；保证了风帆系统的正常运转，以达到节省材料、施工、时间等成本的目的。

Description

一种大型风帆陆基试验方法

技术领域

本发明涉及大型硬翼帆的路基试验方式方法，更具体地说，涉及一种大型风帆陆基试验方法。

背景技术

整套的大型船用风帆的结构复杂，还包括大型的机械传动系统、电气系统、PLC控制系统、液压系统等多种系统。其中机械传动系统包括水平的旋转系统和垂直升降系统。

硬翼帆本体结构：固定在船上的第一节风帆(1)，与第一节风帆(1)活动套接的第二节风帆(2)，以及与第二节风帆(2)活动套接的第三节风帆(3)。风帆由桅杆和帆叶组成，故第一节风帆(1)包括第一桅杆(113)，以及套接在第一桅杆(113)上的第一帆叶(112)；第二节风帆(2)包括第二桅杆(213)，以及套接在第二桅杆(213)上的第二帆叶(212)；第三节风帆(3)包括第三桅杆(313)，以及套接在第三桅杆(313)上的第三帆叶(312)。第一桅杆(113)内套接有第二桅杆(213)，第二桅杆(213)内套接有第三桅杆(313)，但帆叶之间套接结构恰好相反，第一帆叶(112)外部套接有第二帆叶(212)，第二帆叶(212)外部套接有第三帆叶(312)，桅杆形成三层套叠式结构；第二节风帆和第三节风帆需要随着所述第二桅杆(213)和所述第三桅杆(313)共同升降。

液压系统内包括若干测量仪表，具体为：液压系统压力计、压力继电器压力计、电气信号起点反馈指示灯、电气信号终点反馈指示灯。

硬翼帆本体的下部设有旋转系统。

旋转系统包括：固定在大地上的回转基座(6)，与所述回转基座(6)连接的回转支承(601)；所述回转支承(601)包括连接在所述回转基座(6)上的回转支承外圈(602)，以及设置在所述回转支承外圈(602)内的回转支承内圈(603)，所述回转支承内圈(603)绕轴转动；所述回转基座(6)上部设有回转支承(601)、所述回转支承(601)包括回转支承外圈(602)，以及回转支承内圈(603)。所述回转支承内圈(603)绕所述硬翼帆的中心轴转动，绕轴转动主要依靠内部的油马达(218)驱动小齿轮(219)，通过小齿轮(219)的与回转支承内圈(603)之间的啮合带动设置在所述在回转支承内圈(603)上部的第一桅杆(113)转动，达到硬翼帆旋转的目的。

旋转系统和垂直升降系统的运动方式如下：

旋转系统通过液压系统提供动力液压油，再通过电气系统和PLC控制系统控制液旋转阀组的开闭，进而令液压油在相应的管路里流动来驱动油马达(218)正向或者是反向旋转，油马达(218)通过设置在油马达(218)上的小齿轮(219)带动回转支承内圈(603)，因回转支承内圈(603)带有与小齿轮(219)啮合的内齿，硬翼帆本体安装在回转支承内圈(603)上，从而完成旋转动作。

垂直升降系统通过液压系统提供动力液压油，再通过电气系统和PLC控制系统来控制升降阀组的开闭，使液压油在相应的管路内流动来驱动升降液压缸(4)进行线型升降运动，其中升降液压缸(4)的缸体与第二桅杆(213)下部相连接，升降液压缸(4)的活塞杆连接于第一桅杆(113)，升降液压缸(4)的运动带动风帆垂直升降。

因通过电气系统和PLC控制系统自动控制液压站及阀组来完成旋转和升降运动的船用大型风帆设备需要极高的可靠性，而且风帆旋转及升降运动的可靠性验证需要在极限风力的载荷的条件下完成，实际环境又很难得到极限风力载荷。如不进行试验会大大降低风帆的可靠性；无法证明理论计算的结果，对以后类似的项目不能提供有效的技术积累；在风帆实际海上运行时，在极端恶劣天气中发生风险。故急需采取一种适当的方法对风帆的旋转及升降运动的可靠性进行验证。

发明内容

本发明的目的是在最接近极限的风载荷作用的情况下，对硬翼帆陆基的旋转系统和升降系统进行测试，以保证硬翼帆安装上船后的稳定运行。

为了达到上述目的，本发明提供一种大型风帆陆基试验方法，包括旋转系统试验和升降系统试验；所述旋转系统试验采用硬翼帆陆基旋转试验用工装，所述升降系统试验采用硬翼帆陆基升降系统试验用工装；所述硬翼帆陆基旋转试验用工装带有第一配重、所述硬翼帆陆基升降系统试验用工装中均带有第二配重。

所述旋转系统试验的方法如下：

S1、旋转系统试验前准备

S11、检查并确认液压系统控制风帆旋转的部分和电气系统控制风帆旋转的部分均正常，记录初始数据；

S12、检查回转支承、油马达正常，记录初始数据；

S13、检查所述硬翼帆陆基旋转试验用工装正常、称量第一配重，记录初始数据；

S2、空载旋转试验

S21、将所述硬翼帆陆基旋转试验用工装固定在回转支承上；

S22、启动油马达令所述回转支承旋转至90°位置，记录回转支承旋转至90°的转动时间、液压系统压力、压力继电器压力、电气信号起点反馈、电气信号终点反馈，人工计算转速，转速单位：度/分钟，然后反转油马达令回转支承旋转复位，重复3～5次；

S3、加载旋转试验

S31、经S22操作后，然后逐次增加所述硬翼帆陆基旋转试验用工装内的配重，配重范围：2.5t～21t；在配重范围内从小到大增加3～8组配重，重复S21及S22并记录数据。

所述升降系统试验的方法如下：

P1、升降系统试验前准备

P11、检查并确认液压系统控制风帆升降的部分和电气系统控制风帆升降的部分均正常，并且风帆降至最低，记录初始数据；

P12、检查升降液压缸正常，记录初始数据；

P13、检查所述硬翼帆陆基升降系统试验用工装正常、称量配重，记录初始数据；

P2、第二节风帆加载配重的升降试验

P21、将第二配重加载在所述第二节风帆的桅杆上，即第二桅杆上，逐次增加配重，配重范围：1～34t，在配重范围内从小到大增加3～8组配重；

P22、重复P21，启动所述升降液压缸升至最高点，保持5～30min，依次记录液压系统压力、压力继电器压力、配重起升高度的数据；

P3、第三节风帆加载配重的升降试验

P31、将第二配重加载在所述第三节风帆的桅杆上，即第三桅杆上，逐次增加配重，配重范围：0.4～10t，在配重范围内从小到大增加3～8组配重；

P32、重复P31，启动所述升降液压缸升至最高点，保持5～30min，依次记录液压系统压力、压力继电器压力、配重起升高度的数据。

优选的是，所述旋转系统试验每启动一次所述油马达，所述硬翼帆陆基旋转试验用工装的配重向上抬起5～100mm。

优选的是，所述旋转系统试验和所述升降系统试验结合起来进行试验，步骤如下：

Sp1、启动油马达令所述回转支承旋转至-90°～69°中任一处位置，然后重复P21和P22；

Sp2、启动油马达令所述回转支承旋转至-90°～69°中任一处位置，然后重复P31和P32。

优选的是，所述硬翼帆陆基升降系统试验用工装包括：支架、绳轮、钢丝绳和第一配重；所述支架设置在地面上，所述支架顶端设置所述绳轮，所述钢丝绳跨过所述绳轮一端连接所述第一配重、另一端连接在风帆的桅杆上。

优选的是，所述钢丝绳通过风帆保护装置连接风帆桅杆上。

优选的是，所述风帆保护装置为一侧设有可锁紧开口的环状卡箍，所述风帆保护装置上设有供所述钢丝绳穿过的孔。

优选的是，所述硬翼帆陆基旋转试验用工装包括：固定在所述回转支承上的圆柱双壁套筒、反向对称设置在所述圆柱双壁套筒两侧的两套第一钢丝绳、两套与所述第一钢丝绳分别相连的第二钢丝绳，以及两套分别支撑所述第二钢丝绳的支撑装置，所述第二钢丝绳的末端吊有第二配重。

优选的是，所述支撑装置包括支撑架和设置在所述支撑架上部的支撑绳轮。

本发明的试验方法接近真实的模拟极限风载荷作用在大型硬翼帆上的情况；针对其包含的旋转系统和垂直升降系统进行了全面的试验验证；保证了风帆系统的正常运转，以达到节省材料、施工、时间等成本的目的。

附图说明

图1是硬翼帆整体的平面结构示意图。

图2是本发明所述的旋转系统的俯视结构示意图。

图3是本发明所述的旋转系统的主视结构示意图。

图4是本发明所述的旋转系统进行旋转试验时的俯视示意图。

图5是本发明所述的旋转系统进行旋转试验时的主视示意图。

图6是本发明所述的升降系统的主视结构示意图。

图7是本发明所述的升降系统进行升降试验时的主视示意图。

图8是本发明所述的升降系统进行升降试验时升到最高点时的主视示意图。

其中，1、第一节风帆，113、第一桅杆，112、第一帆叶，2、第二节风帆，213、第二桅杆，212、第二帆叶，218、油马达，219、小齿轮，3、第三节风帆，313、第三桅杆，312、第三桅杆，4、升降液压缸，5、支撑板，6、回转基座，601、回转支承，602、回转支承外圈，603、回转支承内圈，604、油马达，605、驱动小齿轮，7、支架，8、绳轮，9、钢丝绳，10a、第一配重10b、第二配重，11、风帆保护装置，12、圆柱双壁套筒，13、第一钢丝绳，14、第二钢丝绳，15、支撑装置，151、支撑架；152、支撑绳轮。

具体实施方式

如图4～5和图7～8所示，一种大型风帆陆基试验方法，其特征在于，包括旋转系统试验和升降系统试验；所述旋转系统试验采用硬翼帆陆基旋转试验用工装，所述升降系统试验采用硬翼帆陆基升降系统试验用工装；所述硬翼帆陆基旋转试验用工装和所述硬翼帆陆基升降系统试验用工装中均带有配重。

所述旋转系统试验的方法如下：

S1、旋转系统试验前准备

S11、检查并确认液压系统控制风帆旋转的部分和电气系统控制风帆旋转的部分均正常，记录初始数据；

S12、检查回转支承601、油马达218正常，记录初始数据；

S13、检查所述硬翼帆陆基旋转试验用工装正常、称量配重，记录初始数据；

S2、空载旋转试验

S21、将所述硬翼帆陆基旋转试验用工装固定在回转支承601上；

S22、启动油马达218令所述回转支承601旋转至90°位置，记录回转支承(601)旋转至90°的转动时间、液压系统压力、压力继电器压力、电气信号起点反馈、电气信号终点反馈，人工计算转速，转速单位：度/分钟，然后反转油马达218令回转支承601旋转复位，重复3～5次；

S3、加载旋转试验

S31、经S22操作后，然后逐次增加所述硬翼帆陆基旋转试验用工装内的配重，配重范围：2.5t～21t；在配重范围内从小到大增加3～8组配重，重复S21及S22并记录数据。

所述升降系统试验的方法如下：

P1、升降系统试验前准备

P11、检查并确认液压系统控制风帆升降的部分和电气系统控制风帆升降的部分均正常，并且风帆降至最低，记录初始数据；

P12、检查升降液压缸4正常，记录初始数据；

P13、检查所述硬翼帆陆基升降系统试验用工装正常、称量配重，记录初始数据；

P2、第二节风帆2加载配重的升降试验

P21、将配重加载在所述第二节风帆2上，逐次增加配重，配重范围：1～34t，在配重范围内从小到大增加3～8组配重；

P22、重复P21，启动所述升降液压缸4升至最高点，保持5～30min，依次记录液压系统压力、压力继电器压力、配重起升高度的数据；

P3、第三节风帆3加载配重的升降试验

P31、将配重加载在所述第三节风帆3上，逐次增加配重，配重范围：0.4～10t，在配重范围内从小到大增加3～8组配重；

P32、重复P31，启动所述升降液压缸4升至最高点，保持5～30min，依次记录液压系统压力、压力继电器压力、配重起升高度的数据。

所述旋转系统试验每启动一次所述油马达218，所述硬翼帆陆基旋转试验用工装的配重向上抬起5～100mm。

所述旋转系统试验和所述升降系统试验结合起来进行试验，步骤如下：

Sp1、启动油马达218令所述回转支承601旋转至-90°～69°中任一处位置，然后重复P21和P22；

Sp2、启动油马达218令所述回转支承601旋转至-90°～69°中任一处位置，然后重复P31和P32。

所述硬翼帆陆基升降系统试验用工装包括：支架7、绳轮8、钢丝绳9和第一配重10a；所述支架7设置在地面上，所述支架7顶端设置所述绳轮8，所述钢丝绳9跨过所述绳轮8一端连接所述配重10a、另一端连接在风帆的桅杆上。所述钢丝绳9通过风帆保护装置11连接风帆桅杆上。所述风帆保护装置11为一侧设有可锁紧开口的环状卡箍，所述风帆保护装置11上设有供所述钢丝绳9穿过的孔。

所述硬翼帆陆基旋转试验用工装包括：固定在所述回转支承601上的圆柱双壁套筒12、反向对称设置在所述圆柱双壁套筒12两侧的两套第一钢丝绳13、两套与所述第一钢丝绳13分别相连的第二钢丝绳14，以及两套分别支撑所述第二钢丝绳14的支撑装置15，所述第二钢丝绳14的末端吊有第二配重10b。

所述垂直升降系统包括：包括安装在第一桅杆113内用于推拉第二桅杆213的升降液压缸4、位于所述第二桅杆213底部与所述升降液压缸4的活动端连接的支撑板5，以及绳轮升降装置。

本发明所述旋转系统试验的目的：

1)检验风帆旋转机构所能承受的设计扭矩；

2)检验风帆旋转机构在承受设计扭矩时的制动能力；

3)检测风帆旋转机构的旋转速度；

4)刹车力理论值的试验验证。

本发明所述升降系统试验项目：

1)检验风帆升降机构在模拟的侧向载荷作用下，液压缸的起升能力。

2)检验风帆升降机构在模拟的侧向载荷作用下，液压缸的升降速度。

本发明的试验方法接近真实的模拟极限风载荷作用在大型硬翼帆上的情况；针对其包含的旋转系统和垂直升降系统进行了全面的试验验证；以达到节省材料、施工、时间等成本的目的。

注：每组配重记录一组试验数据，试验及填表时按照配重盘上的配重添加和记录重量，要求均布加载，两个配重盘上同时添加配重，添加的重量在误差范围内相同；每组数据采集后，试验都要暂停，需要试验员对数据签字确认，才能进行下一组试验，试验结果报批相关单位，相关单位签字确定无异议后，本试验过程结束。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大型风帆陆基试验方法，其特征在于，包括旋转系统试验和升降系统试验；所述旋转系统试验采用硬翼帆陆基旋转试验用工装，所述升降系统试验采用硬翼帆陆基升降系统试验用工装；所述硬翼帆陆基旋转试验用工装带有第一配重(10a)、所述硬翼帆陆基升降系统试验用工装带有第二配重(10b)；

所述旋转系统试验的方法如下：

S1、旋转系统试验前准备

S11、检查并确认液压系统控制风帆旋转的部分和电气系统控制风帆旋转的部分均正常，记录初始数据；

S12、检查回转支承(601)、油马达(218)正常，记录初始数据；

S13、检查所述硬翼帆陆基旋转试验用工装正常、称量第一配重(10a)，记录初始数据；

S2、空载旋转试验

S21、将所述硬翼帆陆基旋转试验用工装固定在回转支承(601)上；

S22、启动油马达(218)令所述回转支承(601)旋转至90°位置，记录回转支承(601)旋转至90°的转动时间、液压系统压力、压力继电器压力、电气信号起点反馈、电气信号终点反馈，人工计算转速，转速单位：度/分钟，然后反转油马达(218)令回转支承(601)旋转复位，重复3～5次；

S3、加载旋转试验

S31、经S22操作后，然后逐次增加所述硬翼帆陆基旋转试验用工装内的第一配重(10a)，配重范围：2.5t～21t；在配重范围内从小到大增加3～8组配重，重复S21及S22并记录数据；

所述升降系统试验的方法如下：

P1、升降系统试验前准备

P11、检查并确认液压系统控制风帆升降的部分和电气系统控制风帆升降的部分均正常，并且风帆降至最低，记录初始数据；

P12、检查升降液压缸(4)正常，记录初始数据；

P13、检查所述硬翼帆陆基升降系统试验用工装正常、称量第二配重(10b)，记录初始数据；

P2、第二节风帆(2)加载配重的升降试验

P21、将第二配重(10b)加载在所述第二节风帆(2)的桅杆上，即第二桅杆(213)上，逐次增加配重，配重范围：1～34t，在配重范围内从小到大增加3～8组配重；

P22、重复P21，启动所述升降液压缸(4)升至最高点，保持5～30min，依次记录液压系统压力、压力继电器压力、配重起升高度的数据；

P3、第三节风帆(3)加载配重的升降试验

P31、将第二配重(10b)加载在所述第三节风帆(3)的桅杆上，即第三桅杆(313)上，逐次增加配重，配重范围：0.4～10t，在配重范围内从小到大增加3～8组配重；

P32、重复P31，启动所述升降液压缸(4)升至最高点，保持5～30min，依次记录液压系统压力、压力继电器压力、配重起升高度的数据；

将所述旋转系统试验和所述升降系统试验结合起来进行试验，步骤如下：

Sp1、启动油马达(218)令所述回转支承(601)旋转至-90°～69°中任一处位置，然后重复P21和P22；

Sp2、启动油马达(218)令所述回转支承(601)旋转至-90°～69°中任一处位置，然后重复P31和P32。

2.根据权利要求1所述大型风帆陆基试验方法，其特征在于，所述旋转系统试验每启动一次所述油马达(218)，所述硬翼帆陆基旋转试验用工装的配重向上抬起5～100mm。

3.根据权利要求1所述大型风帆陆基试验方法，其特征在于，所述硬翼帆陆基升降系统试验用工装包括：支架(7)、绳轮(8)、钢丝绳(9)和第一配重(10a)；所述支架(7)设置在地面上，所述支架(7)顶端设置所述绳轮(8)，所述钢丝绳(9)跨过所述绳轮(8)一端连接所述第二配重(10b)、另一端连接在风帆的桅杆上。

4.根据权利要求3所述大型风帆陆基试验方法，其特征在于，所述钢丝绳(9)通过风帆保护装置(11)连接风帆桅杆上。

5.根据权利要求4所述大型风帆陆基试验方法，其特征在于，所述风帆保护装置(11)为一侧设有可锁紧开口的环状卡箍，所述风帆保护装置(11)上设有供所述钢丝绳(9)穿过的孔。

6.根据权利要求1所述大型风帆陆基试验方法，其特征在于，所述硬翼帆陆基旋转试验用工装包括：固定在所述回转支承(601)上的圆柱双壁套筒(12)、反向对称设置在所述圆柱双壁套筒(12)两侧的两套第一钢丝绳(13)、两套与所述第一钢丝绳(13)分别相连的第二钢丝绳(14)，以及两套分别支撑所述第二钢丝绳(14)的支撑装置(15)，所述第二钢丝绳(14)的末端吊有第一配重(10a)。

7.根据权利要求6所述大型风帆陆基试验方法，其特征在于，所述支撑装置(15)包括支撑架(151)和设置在所述支撑架(151)上部的支撑绳轮(152)。

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