CN110155245A - 一种拉锚实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拉锚实验平台包括：拉锚拖曳设备系统，数据采集设备系统，排水管路设备系统。本发明提供的一种拉锚实验平台机构，可测船用锚啮土过程中锚抓力值的变化，锚爪相对水平面倾斜角的变化，锚所处位置与水平面位置相对距离的变化；解决了做重复性拖曳实验过程中，恢复被破坏土体人工量大、耗时长和更换拖曳锚实验土体工程量大，不易更换的问题。

Description

一种拉锚实验平台

技术领域

本发明涉及一种拉锚实验平台，属于船舶与海洋工程技术领域。

背景技术

随着航海和水上作业工程的发展，对船用锚啮土性能的要求越来越高，船用锚的发展也逐渐向抓重比更大、稳定性更好、适用的土体更多等方向发展。而研究船用锚本身的性能离不开对船用锚进行拖曳实验，对船用锚的拖曳实验分为在户外或者室内进行实验；户外实验工程量大，不利于进行重复性实验，且多用于测量已有船用锚的使用性能，且实验数据和实验现象不好观测，不便用于研发新型锚时进行拖曳实验；室内实验多搭建拉锚实验平台进行拉锚实验，对于研发新型船用锚，室内拉锚平台最起码应能测量被拖曳船用锚关于抓力、锚爪倾斜角、锚啮土深度相关数值，能够进行重复性实验，即能够平复一次拖曳实验过后被破坏的土体，能够更换拉锚实验的土体。

发明内容

为了给船用锚的研发提供可靠、有利的保障，本发明提供一种拉锚实验平台的机构方案。

本发明的技术方案如下：

一种拉锚实验平台，包括：拉锚拖曳设备系统，数据采集设备系统，排水管路设备系统；

所述排水管路设备系统包括水泵、管路、水阀、水槽、地下蓄水池、滤沙槽；所述水泵包括水泵一、水泵二；所述管路包括管路一、管路二、管路三、管路四；所述水阀包括水阀一、水阀二、水阀三、水阀四；所述地下蓄水池位于水槽正下方；所述水泵一安放在地下蓄水池长边一端的底部，通过管路一与水槽长边一端的顶部相连；所述水泵二安放在地下蓄水池长边另一端的底部，通过管路二与管路一同一边不同端的顶部相连；所述管路三的一端安装在水槽宽边的底部，另一端安装在蓄水池宽边的顶部；所述水阀一安装在管路三上面；所述管路四安装在管路一、管路二相对边的一端上，管路四的出口与滤沙槽相连；排水管路设备系统可通过水流冲击来平整恢复锚实验过后被破坏的土体，对水槽加水、放水以观察测量锚实验过后土体的状态，利用水流冲击带走泥沙以完成土体的更换。

所述拉锚拖曳设备系统包括绞车、变频器、锚链、滑轮一、滑轮二、拖曳实验所用锚；所述绞车安装在排水管路设备系统中水槽长边的顶部平台上，并与变频器相连；所述水槽的长边顶部连接角处设置一个倒角，所述滑轮一安装在倒角上，滑轮二安装在滑轮一正下方的水槽的侧壁上；所述锚链一端通过滑轮一和滑轮二连接并缠绕在绞车的滚筒上，另一端与拖曳实验所用锚连接；通过设置变频器上相关参数控制绞车正转、翻转、转动速度、转动力矩、通过绞车的转动完成锚链的收放动作、通过锚链对实验所用锚的拖曳作用完成锚的啮土动作；

所述数据采集设备系统包括拉力传感器、倾角传感器、水压传感器、PC机、数字仪表、信号缆、信号放大器、数字采集软件；所述PC机通过信号缆与信号放大器连接后与与数字仪表连接；所述拉力传感器安装在锚链与拖曳实验所用锚的卸扣之间，通过信号缆与数字仪表连接，测量锚啮土过程中的抓力值的变化；所述倾角传感器安装在拖曳实验所用锚的两块锚爪间的凹槽上，通过信号缆与数字仪表连接，测量锚啮土过程中锚爪相对于水平面的倾角变化；所述水压传感器安装拖曳实验所用锚的锚爪表层的铜管内，通过信号缆与数字仪表连接，测量锚在啮土过程中锚的位置相对于水平面的距离变化。

上述数据采集设备系统中水压传感器安装在拖曳实验所用锚的锚爪表层的铜管里，用装2/3水并排空空气的小气球套在水压传感器感压口。

上述排水管路设备系统中水槽内部设置一隔板，将水槽内土体隔绝在实验区域内。

上述排水管路设备系统中管路四包括进水口一、进水口二、进水口三、进水口四、进水口五、进水口六、出水口一；所述进水口一为平复被破坏土体的进水口，形状呈沿管路轴线方向切除的半圆柱，切面平行于水槽平面；所述进水口二、进水口三、进水口四、进水口五、进水口六为更换土体时的进水口。

本发明所达到的有益效果：

本发明提供的一种拉锚实验平台机构，可测船用锚啮土过程中锚抓力值的变化，锚爪相对水平面倾斜角的变化，锚所处位置与水平面位置相对距离的变化；解决了做重复性拖曳实验过程中，恢复被破坏土体人工量大、耗时长和更换拖曳锚实验土体工程量大，不易更换的问题。

附图说明

图1是本发明总机构的结构示意图；

图2是拉锚拖曳设备系统的结构示意图一；

图3是拉锚拖曳设备系统的结构示意图二；

图4是数据采集设备系统的结构示意图；

图5是排水管路设备系统的结构示意图一；

图6是排水管路设备系统的结构示意图二；

图7是倾角传感器的安装示意图；

图8是水压传感器的安装示意图；

图9是管路四的结构示意图一；

图10是管路四的结构示意图二。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种拉锚实验平台包括：拉锚拖曳设备系统，数据采集设备系统，排水管路设备系统。

如图2、图3所示，拉锚拖曳设备系统包括绞车5、变频器1、锚链12、滑轮一7、滑轮二9、拖曳实验所用锚15；绞车5安装在排水管路设备系统中水槽6长边的顶部平台上，并与变频器1相连；水槽6的长边顶部连接角处设置一个倒角，滑轮一7安装在倒角上，滑轮二9安装在滑轮一7正下方的水槽6的侧壁上；锚链12一端通过滑轮一7和滑轮二9连接并缠绕在绞车5的滚筒上，另一端与拖曳实验所用锚15连接。

工作模式下，设置变频器1上相关参数控制绞车正转、翻转、转动速度、转动力矩，通过绞车5的转动完成锚链12的收放动作；锚链12 的收紧动作对拖曳实验所用锚15产生拉力的作用，并迫使其进行啮土动作。

如图4所示，数据采集设备系统包括拉力传感器27、倾角传感器29、水压传感器28、PC机3、数字仪表4（可测多路信号）、信号缆11、信号放大器2、数字采集软件； PC机3通过信号缆11与信号放大器2连接后与与数字仪表4连接；拉力传感器27安装在锚链12与拖曳实验所用锚15之间，通过信号缆11与数字仪表4连接，测量锚15啮土过程中的抓力值的变化；倾角传感器29安装在拖曳实验所用锚15的两块锚爪间的凹槽上，通过信号缆11与数字仪表4连接，测量锚啮土过程中锚爪相对于水平面倾角的变化；水压传感器28安装在拖曳实验所用锚15的锚爪的表层的铜管里，通过信号缆11与数字仪表4连接，测量锚啮土过程中锚的位置相对于水平面距离的变化。

如图7所示，倾角传感器29安装在两块锚爪15间的凹槽上，且凹槽前端被切除一定的空隙，方便信号缆11伸出并将信号传输至数字仪表4。

如图8所示，水压传感器28安装在锚爪15的表层的铜管里，由于锚在啮土过程中，常会搅动土体14，使土体14的颗粒混杂在水层13中并堵塞水压传感器28采集水压的小孔，因此用装2/3水32并排空空气的小气球31套在水压传感器28的感压口，防止混杂在水层13内的土体14颗粒堵塞水压传感器28的感压口。

工作模式下，启动变频器1，拖曳实验所用锚15开始啮土，拉力传感器27、倾角传感器29、水压传感器28同步采集拖曳实验所用锚15所处状态的相关数据，通过信号缆11传输到数字仪表4，在传输到信号放大器2，最后传输到PC机3生成数字文档。

如图5、图6所示，排水管路设备系统包括水泵一25、水泵二26、管路一8、管路二21、管路三22、管路四17、水阀一23、水阀二16、水阀三18、水阀四20、水槽6、地下蓄水池24、滤沙槽10、水槽内水层13、水槽内水层14、地下蓄水池内水层30；水槽6安放在地下蓄水池24正下方；水泵一25安放在地下蓄水池24长边一端的底部，通过管路一8与水槽6长边一端的顶部相连；水泵二26安放在地下蓄水池24长边另一端的底部，通过管路二21与管路一8同一边不同端的顶部相连；管路三22的一端安装在水槽6宽边的底部，另一端安装在蓄水池24宽边的顶部；水阀一23安装在管路三22上面；管路四17安装在管路一8、管路二21相对边的一端上，管路四17出水口一与滤沙槽10相连。

排水管路设备系统具有三种工作模式，：排空土体表层水模式、平整被破坏土体模式，更换实验土体模式。

排空土体表层水模式：做完一次拖曳锚模型实验后，若要观察锚拖曳航道状况，打开水阀三23，水槽6中的水通过管路三22流至地下蓄水池24，直至水槽6的水层降至合适位置即可。

平整被破坏土体模式：做完一次拖曳锚实验，水槽6内土体14被锚15啮土破坏，若要平整被破坏土体14，开启水泵一25，地下蓄水池24的水便通过管路一8进入水槽，水流经过土体14表层并对土体14表层凸起部分产生一定的冲刷作用，打开水阀三18，水流裹挟泥沙便通过管路四17流至滤沙槽10，滤沙槽10过滤掉水流中泥沙后将水流输送至地下蓄水池24；水流冲刷土体14表层会造成一定的泥沙流失，可将滤沙槽10中滤掉的泥沙或者备用的泥沙倾倒在水槽6中管路一8出水口的正下方，管路一8中的水流冲刷倾倒的土体以此填补上水槽6中土体14的流失和土体14表层的凹槽部位；以水流冲刷土体的行为不仅能减少人工量，还能尽量模拟河海中被水流冲刷的真实底质。

更换实验土体模式：在一定参数的土体14内做完所有的相关实验后，需要在不同参数的土体14继续进行实验，开启水泵一25，地下蓄水池24的水便通过管路一8进入水槽，水流经过土体14并对土体14产生一定的冲刷作用，打开水阀二16、水阀四20，水流裹挟泥沙便通过管路四17流至滤沙槽10，滤沙槽10过滤掉水流中泥沙后将水流输送至地下蓄水池24，滤沙槽10中的泥沙满了后便通过铲车搬运到空地处倾倒后归置原处继续过滤水流中的泥沙，直至排空水槽内土层14。

如图9、图10所示，管路四17为进水口一17-1、进水口二17-2、进水口三17-3、进水口四17-4、进水口五17-5、进水口六17-6、出水口一17-7；进水口一17-1为平复被破坏土体的进水口，包含于水槽内部的管路为沿管路轴线方向切除的半圆柱，切面平行于水槽平面；进水口二17-2、进水口三17-3、进水口四17-4、进水口五17-5、进水口六17-6为更换土体时的进水口；出水口一17-7为连接滤沙槽的出水口。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种拉锚实验平台，其特征在于包括：拉锚拖曳设备系统，数据采集设备系统，排水管路设备系统；

所述排水管路设备系统包括水泵、管路、水阀、水槽、地下蓄水池、滤沙槽；所述水泵包括水泵一、水泵二；所述管路包括管路一、管路二、管路三、管路四；所述水阀包括水阀一、水阀二、水阀三、水阀四；所述地下蓄水池位于水槽正下方；所述水泵一安放在地下蓄水池长边一端的底部，通过管路一与水槽长边一端的顶部相连；所述水泵二安放在地下蓄水池长边另一端的底部，通过管路二与管路一同一边不同端的顶部相连；所述管路三的一端安装在水槽宽边的底部，另一端安装在蓄水池宽边的顶部；所述水阀一安装在管路三上面；所述管路四安装在管路一、管路二相对边的一端上，管路四的出口与滤沙槽相连；

所述拉锚拖曳设备系统包括绞车、变频器、锚链、滑轮一、滑轮二、拖曳实验所用锚；所述绞车安装在排水管路设备系统中水槽长边的顶部平台上，并与变频器相连；所述水槽的长边顶部连接角处设置一个倒角，所述滑轮一安装在倒角上，滑轮二安装在滑轮一正下方的水槽的侧壁上；所述锚链一端通过滑轮一和滑轮二连接并缠绕在绞车的滚筒上，另一端与拖曳实验所用锚连接；通过设置变频器上相关参数控制绞车正转、翻转、转动速度、转动力矩、通过绞车的转动完成锚链的收放动作、通过锚链对实验所用锚的拖曳作用完成锚的啮土动作；

所述数据采集设备系统包括拉力传感器、倾角传感器、水压传感器、PC机、数字仪表、信号缆、信号放大器、数字采集软件；所述PC机通过信号缆与信号放大器连接后与与数字仪表连接；所述拉力传感器安装在锚链与拖曳实验所用锚的卸扣之间，通过信号缆与数字仪表连接，测量锚啮土过程中的抓力值的变化；所述倾角传感器安装在拖曳实验所用锚的两块锚爪间的凹槽上，通过信号缆与数字仪表连接，测量锚啮土过程中锚爪相对于水平面的倾角变化；所述水压传感器安装拖曳实验所用锚的锚爪表层的铜管内，通过信号缆与数字仪表连接，测量锚在啮土过程中锚的位置相对于水平面的距离变化。

2.根据权利要求1所述的一种拉锚实验平台，其特征在于：所述数据采集设备系统中水压传感器安装在拖曳实验所用锚的锚爪表层的铜管里，用装2/3水并排空空气的小气球套在水压传感器感压口。

3.根据权利要求1所述的一种拉锚实验平台，其特征在于：所述排水管路设备系统中水槽内部设置一隔板，将水槽内土体隔绝在实验区域内。

4.根据权利要求1所述的一种拉锚实验平台，其特征在于：所述排水管路设备系统中管路四包括进水口一、进水口二、进水口三、进水口四、进水口五、进水口六、出水口一；所述进水口一为平复被破坏土体的进水口，形状呈沿管路轴线方向切除的半圆柱，切面平行于水槽平面；所述进水口二、进水口三、进水口四、进水口五、进水口六为更换土体时的进水口。