CN110108424B - 一种船舶系统管路支架静刚度测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船舶系统管路支架静刚度测试装置及测试方法，包括主体框架、加载装置和管路支承夹持装置，主体框架包括上下对称设置的上固定框和下固定座，通过设于四角位置的四根导向柱相连；加载装置包括螺杆、滑动平台和压头，螺杆顶部与油缸相连，底部设有连接凸耳与滑动平台顶部设有的铰接支座通过转轴铰接相连，压头与滑动平台的底部相连，滑动平台四角分别与四根导向柱套接相连，沿导向柱上下滑动；管路支承夹持装置包括管托板、管托垫片、管路支架和基架，管托板设于管路底部，管托垫片设于压头两侧与管托板上下对称，通过螺栓连接，本发明操作方便，可靠性高，通用性好。

Description

一种船舶系统管路支架静刚度测试装置及测试方法

技术领域

本发明属于水面交通运输的技术领域，特别涉及一种船舶系统管路支架静刚度测试装置及测试方法。

背景技术

管路支架广泛应用于船舶海水系统、高压空气系统、液压系统管路，主要作用有：一、支撑和固定管路；二、提高系统管路的隔振性能，降低管路振动噪声。管路支架的静刚度是指支架承受载荷时抵抗变形的能力，静刚度是衡量管路支架抗冲击性能及其它各项力学性能的重要指标。目前关于管路支架静刚度的测试装置和测试方法较少，且存在以下局限性：1、普通测试装置只是针对特定尺寸和类型的管路支架进行测试，不具备通用性；2、加载装置运动不平稳，测试结果不准确；3、不易安装和拆卸，不利于大批量试验的进行。更多的研究是利用有限元分析软件进行管路支架模态分析，对管路支架进行动力学仿真研究。在船舶系统中，管路的规格繁多，相应的管路支架种类繁多、形状各异，因此亟需设计一种针对船舶系统全尺寸管路支架静刚度测试装置和测试方法。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术需求而提供一种船舶系统管路支架静刚度测试装置及测试方法，在进行试验时可快速安装拆卸各种尺寸大小的管路支架，利于施加载荷，方便读取数据，提高数据的可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种船舶系统管路支架静刚度测试装置，其特征在于，包括主体框架、加载装置和管路支承夹持装置，所述主体框架包括上下对称设置的上固定框和下固定座，所述上固定框和下固定座之间通过设于四角位置的四根导向柱相连，上固定框中心开有通孔；所述加载装置包括螺杆、滑动平台和压头，所述螺杆顶部与油缸相连，底部设有连接凸耳与滑动平台顶部设有的铰接支座通过转轴铰接相连，所述压头与滑动平台的底部相连，滑动平台四角分别与四根导向柱套接相连，沿导向柱上下滑动；所述管路支承夹持装置包括管托板、管托垫片、管路支架和基架，所述基架安设于下固定座顶部中心，所述管路支架设于基架顶部中心，所述管托板设于管路底部，所述管托垫片设于压头两侧与管托板上下对称，通过螺栓连接。

按上述方案，所述压头为单管压头，由单管顶板、单管底板和单管立板组成的矩形框架结构，单管顶板与所述滑动平台底部中心通过螺栓相连，单管底板的两侧边设有连接通孔，底部中心沿纵向开有直线槽。

按上述方案，所述压头为多管压头，由多管底板和铰接支座组成，铰接支座设于多管底板的顶部中心，通过转轴与所述滑动平台底部中心设有的连接凸耳铰接相连，多管底板的两侧边设有连接通孔，底部中心沿纵向开有直线槽。

按上述方案，所述管托板包括托板本体和上、下挡板，所述上挡板设于托板本体的顶部外侧边，所述下挡板设于托板本体的底部内侧边，托板本体上均匀间隔设有多个通孔。

按上述方案，所述管托垫片为条形片状结构，沿轴向均匀间隔设有多个通孔，与所述管托板上的通孔相对应，通过螺栓相连，管托垫片内侧边设有外凸的连接孔，通过螺钉与所述压头相连。

按上述方案，所述管路支架底部焊接钢板，所述钢板通过螺栓与所述基架相连，钢板中心开有圆形通孔。

按上述方案，所述基架前后设有贯穿的通槽，顶部设有圆形通孔，所述圆形通孔与所述通槽相连通，基架顶面上对称设有两排螺孔。

一种船舶系统管路支架静刚度测试方法，其特征在于，包括如下内容：

S1)管路支架安装与更换：实验前，将对应的管路支架与预先特制的钢板焊在一起，成为一个整体，根据管路支架的尺寸大小在基架上选择合适间距的螺孔，对准后旋入螺栓，将管路支架与基架连接，并选取相应的管托板及管托垫片夹持住管道，完成管路支架的安装固定；

S2)试样准备：结合基架正面及背面的矩形通槽，通过特质钢板和基架上的圆形通孔，伸入应力应变片，在管路支架的相应位置粘贴，粘贴前清除表面油漆、氧化层和污垢，并用细砂纸打磨，保证待测部位复合应力应变片的粘贴要求；

S3)预加载：正式加载前，试样首先需在测试方向上重复进行三次预压试验，以消除橡胶制品的滞后现象，载荷范围从零加至1.25倍额定载荷并保持30s，再逐步卸载至零，重复进行三次；

S4)三次预压试验后，进行静刚度测量试验，额定载荷根据管路的型号、尺寸及介质参数计算获得；控制端输出指令控制油缸以特定的加载速度伸缩，进而控制整个加载平台上下滑动，从而实现预定载荷的施加将试验从0加载到1.25倍额定载荷，加载速度为1mm/min，试验机同时记录各点加载的载荷F和位移，同时采集应力σ和应变ε的数据，绘制出管路支架的载荷-变形曲线，使用数据处理软件求出载荷-变形曲线与坐标轴形成的面积A，所求面积A即为试验机对样品做的功，根据能量等效原理，在同样的变形量下，用几何法做一个直角三角形，使其面积A₁等于面积A，那么，这个直角三角形斜边的斜率即为样品的静刚度。

本发明的有益效果是：1、提供一种船舶系统管路支架静刚度测试装置及测试方法，将待测试管路支架焊接在特制钢板上，通过钢板上的螺栓孔可将待测样品固定在基架上，可对船舶系统多种规格尺寸的管路支架进行静刚度测试，同时起到了方便更换及拆卸的目的；2、加载装置通过伺服液压油缸来驱动，无减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，加载范围大，响应快；3、压头中部采用了凹槽结构的设计，可以让管路支架的夹环进入，保证压头与管路接触而不与夹环接触，确保载荷施加在管道上；压头设计为单管压头和多管压头，多管压头包含用销轴连接的一对转耳，可以使得压头活动，加载过程中若是多根管表面不平齐，活动的压头能自主转动找到一个充分接触各根管道的位置。

附图说明

图1为本发明一个实施例的主视图。

图2为本发明一个实施例的侧视图。

图3a-3c为本发明一个实施例的单管压头的示意图。

图4a-4c为本发明一个实施例的多管压头的示意图。

图5a-5b为本发明一个实施例的基架的示意图。

图6为本发明一个实施例的管托垫片的示意图。

图7为本发明一个实施例的管托板的示意图。

图8为本发明一个实施例的样品静刚度曲线图。

其中：1.螺杆，2.上固定框，3.滑动平台，4.下固定座，5.单管压头，6.多管压头，7.导向柱，8.管路支架，9.钢板，10.基架，11.连接凸耳，12.管托垫片，13.管托板，14.连接通孔，15.直线槽，16.单管顶板，17.单管底板，18.单管立板，19.多管底板，20.托板本体，21.上挡板，22.下挡板，23.连接孔，24.通槽，25.螺孔。

具体实施方式

现结合附图对本发明实施方式进行说明，本发明并不局限于下述实施例。

如图1-图2所示，一种船舶系统管路支架静刚度测试装置，包括主体框架、加载装置和管路支承夹持装置，主体框架包括上下对称设置的上固定框2和下固定座4，上固定框和下固定座之间通过设于四角位置的四根导向柱7相连，上固定框中心开有通孔，以便油缸上下穿过；加载装置包括螺杆1、滑动平台3和压头，螺杆顶部与油缸相连，底部设有连接凸耳11与滑动平台顶部设有的铰接支座通过转轴铰接相连，压头与滑动平台的底部相连，滑动平台四角分别与四根导向柱套接相连，沿导向柱上下滑动，通过把压头固定在滑动平台上，这样从上往下，依次把油缸-螺杆-连接凸耳-滑动平台-压头几个元件组合成加载装置，控制端发出指令后可控制油缸的伸缩，从而使得整个加载装置可在四根导向柱的导向作用下实现预定的加载；管路支承夹持装置包括管托板13、管托垫片12、管路支架8和基架10，基架安设于下固定座顶部中心，管路支架设于基架顶部中心，管托板设于管路底部，管托垫片设于压头两侧与管托板上下对称，通过螺栓连接，将管路固定于压头与管托板之间。

压头包括单管压头5和多管压头6，单管压头由单管顶板16、单管底板17和单管立板18组成的矩形框架结构，单管顶板与所述滑动平台底部中心通过螺栓相连；多管压头由多管底板19和铰接支座组成，铰接支座设于多管底板的顶部中心，通过转轴与滑动平台底部中心设有的连接凸耳铰接相连，单管、多管底板的两侧边均设有连接通孔14，底部中心沿纵向开有直线槽15，可以让管路支架的夹环进入直线槽，保证压头与管道接触而不与夹环接触，确保载荷施加在管道上。单管、多管压头的区别在于多管压头内部具有转耳结构，(见图3、图4)。当多根管道需要固定时，需要使用多管压头，在外力作用下，若是多根管道的表面不平齐，在施力过程中，多管压头由于与滑动平台是铰接连接，可自行进行转动调整，最大程度上确保载荷均匀分布在所有管道面上，提高实验数据的准确性。

如图6、图7所示，管托板包括托板本体20和上挡板21、下挡板22，上挡板设于托板本体的顶部外侧边，下挡板设于托板本体的底部内侧边，托板本体上均匀间隔设有多个通孔。管托垫片为条形片状结构，沿轴向均匀间隔设有多个通孔，与所述管托板上的通孔相对应，通过螺栓相连，管托垫片内侧边设有外凸的连接孔23，通过螺钉与压头相连。管托垫片和管托板配合使用以实现对管路支架的拉伸实验，管托垫片置于压头上，管托垫片设计有多套，其区别在于孔间距不同，用于实现对不同管径的管道进行夹持，管托板置于管子的下方，通过长螺栓与管托垫片连为一体，长螺栓中间穿过压头两侧边的连接通孔，管托板与压头紧紧包裹住管道，确保拉载荷正确作用在管路支架上。

管路支架底部焊接钢板9，钢板通过螺栓与基架相连，钢板中心开有圆形通孔。基架前后设有贯穿的通槽24，顶部设有圆形通孔，圆形通孔与通槽相连通，基架顶面上对称设有两排螺孔25(见图5)。对应的圆形通孔和通槽的设置，便于应力应变片的导线或者数显千分尺等测量仪器伸入，方便数据采集。

一种船舶系统管路支架静刚度测试方法，包括如下内容：

S1)管路支架安装与更换：实验前，将对应的管路支架与预先特制的钢板焊在一起，成为一个整体，根据管路支架的尺寸大小在基架上选择合适间距的螺孔，对准后旋入螺栓，将管路支架与基架连接，并选取相应的管托板及管托垫片夹持住管道，完成管路支架的安装固定；

S2)试样准备：结合基架正面及背面的矩形通槽，通过特质钢板和基架上的圆形通孔，伸入应力应变片，在管路支架的相应位置粘贴，粘贴前清除表面油漆、氧化层和污垢，并用细砂纸打磨，保证待测部位复合应力应变片的粘贴要求；

S3)预加载：正式加载前，试样首先需在测试方向上重复进行三次预压试验，以消除橡胶制品的滞后现象，载荷范围从零加至1.25倍额定载荷并保持30s，再逐步卸载至零，重复进行三次；

S4)三次预压试验后，进行静刚度测量试验，额定载荷根据管路的型号、尺寸及介质参数计算获得；控制端输出指令控制油缸以特定的加载速度伸缩，进而控制整个加载平台上下滑动，从而实现预定载荷的施加将试验从0加载到1.25倍额定载荷，加载速度为1mm/min，试验机同时记录各点加载的载荷F和位移，同时采集应力σ和应变ε的数据，绘制出管路支架的载荷-变形曲线(见图8)，使用数据处理软件求出载荷-变形曲线与坐标轴形成的面积A，所求面积A即为试验机对样品做的功，根据能量等效原理，在同样的变形量下，用几何法做一个直角三角形，使其面积A₁等于面积A，那么，这个直角三角形斜边的斜率即为样品的静刚度。

Claims (6)

1.一种船舶系统管路支架静刚度测试装置，其特征在于，包括主体框架、加载装置和管路支承夹持装置，所述主体框架包括上下对称设置的上固定框和下固定座，所述上固定框和下固定座之间通过设于四角位置的四根导向柱相连，上固定框中心开有通孔；所述加载装置包括螺杆、滑动平台和压头，所述螺杆顶部与油缸相连，底部设有连接凸耳与滑动平台顶部设有的铰接支座通过转轴铰接相连，所述压头与滑动平台的底部相连，滑动平台四角分别与四根导向柱套接相连，沿导向柱上下滑动；所述管路支承夹持装置包括管托板、管托垫片、管路支架和基架，所述基架安设于下固定座顶部中心，所述管路支架设于基架顶部中心，所述管托板设于管路底部，所述管托垫片设于压头两侧与管托板上下对称，通过螺栓连接；所述管路支架底部焊接钢板，所述钢板通过螺栓与所述基架相连，钢板中心开有圆形通孔；所述基架前后设有贯穿的通槽，顶部设有圆形通孔，所述圆形通孔与所述通槽相连通，基架顶面上对称设有两排螺孔。

2.根据上述权利要求1所述的一种船舶系统管路支架静刚度测试装置，其特征在于，所述压头为单管压头，由单管顶板、单管底板和单管立板组成的矩形框架结构，单管顶板与所述滑动平台底部中心通过螺栓相连，单管底板的两侧边设有连接通孔，底部中心沿纵向开有直线槽。

3.根据上述权利要求1所述的一种船舶系统管路支架静刚度测试装置，其特征在于，所述压头为多管压头，由多管底板和铰接支座组成，铰接支座设于多管底板的顶部中心，通过转轴与所述滑动平台底部中心设有的连接凸耳铰接相连，多管底板的两侧边设有连接通孔，底部中心沿纵向开有直线槽。

4.根据上述权利要求2或3所述的一种船舶系统管路支架静刚度测试装置，其特征在于，所述管托板包括托板本体和上、下挡板，所述上挡板设于托板本体的顶部外侧边，所述下挡板设于托板本体的底部内侧边，托板本体上均匀间隔设有多个通孔。

5.根据上述权利要求4所述的一种船舶系统管路支架静刚度测试装置，其特征在于，所述管托垫片为条形片状结构，沿轴向均匀间隔设有多个通孔，与所述管托板上的通孔相对应，通过螺栓相连，管托垫片内侧边设有外凸的连接孔，通过螺钉与所述压头相连。

6.采用权利要求1所述的一种船舶系统管路支架静刚度测试方法，其特征在于，包括如下内容：

S1)管路支架安装与更换：实验前，将对应的管路支架与预先特制的钢板焊在一起，成为一个整体，根据管路支架的尺寸大小在基架上选择合适间距的螺孔，对准后旋入螺栓，将管路支架与基架连接，并选取相应的管托板及管托垫片夹持住管道，完成管路支架的安装固定；

S2)试样准备：结合基架正面及背面的矩形通槽，通过特质钢板和基架上的圆形通孔，伸入应力应变片，在管路支架的相应位置粘贴，粘贴前清除表面油漆、氧化层和污垢，并用细砂纸打磨，保证待测部位复合应力应变片的粘贴要求；

S3)预加载：正式加载前，试样首先需在测试方向上重复进行三次预压试验，以消除橡胶制品的滞后现象，载荷范围从零加至1.25倍额定载荷并保持30s，再逐步卸载至零，重复进行三次；

S4)三次预压试验后，进行静刚度测量试验，额定载荷根据管路的型号、尺寸及介质参数计算获得；控制端输出指令控制油缸以特定的加载速度伸缩，进而控制整个加载平台上下滑动，从而实现预定载荷的施加将试验从0加载到1.25倍额定载荷，加载速度为1mm/min，试验机同时记录各点加载的载荷F和位移，同时采集应力σ和应变ε的数据，绘制出管路支架的载荷-变形曲线，使用数据处理软件求出载荷-变形曲线与坐标轴形成的面积A，所求面积A即为试验机对样品做的功，根据能量等效原理，在同样的变形量下，用几何法做一个直角三角形，使其面积A₁等于面积A，那么，这个直角三角形斜边的斜率即为样品的静刚度。

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