CN110375903A - 一种水下清洗盘转矩及转速测试装置及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水下清洗盘转矩及转速测试装置及测量方法，属于水下船舶清洗器械技术领域。它解决了水下清洗盘需要进行转矩及转速测量的问题。本发明包括支撑机构、转矩测试装置、压力检测装置以及空化清洗盘，支撑机构的一端连接于陆地地面，支撑机构另一端的底部用于伸入水下，转矩测试装置连接在所述支撑机构另一端的底部，空化清洗盘通过转接盘连接在转矩测试装置远离支撑机构的一端，空化清洗盘还连接有高压泵站，压力检测装置用于安装在测试水池壁面上转矩测试装置、压力检测装置均通信连接设置于岸上的测试记录仪，测试记录仪用于自动采样与存储信号。本发明具有结构简单，测试数据精确，设计成本和测试成本低的优点。

Description

一种水下清洗盘转矩及转速测试装置及测量方法
技术领域
本发明属于水下船舶清洗器械技术领域，特别涉及一种水下清洗盘转矩及转速测试装置及测量方法。
背景技术
在水下船舶清洗机器人系统中，水下机器人本体主要承担清洗线路规划与行走的任务，由安装在水下机器人上空化清洗装置完成清洗任务。空化清洗装置主要有两种，分别为：单枪式水下清洗装置和空化清洗盘式清洗装置。
单枪式水下清洗装置只有一个喷口，在前进方向上只能进行点式局部清洗，在局部、凸起处或难以实现大面积清洗的区域，应用较多；但是在其他的情况下，这种方式的效率低下，使用受到很大的限制。
空化清洗盘具有两个喷口，喷口的之间的距离可以根据需要进行调整，在高压水喷出时，两个喷口绕中心点形成高速转动，因此形成圆环形的清洗面积，在前进方向呈现带状的清洗面积；相对于单枪式的水下清洗装置，在清洗大面积平面区域时，效率提升超过十倍。
空化清洗盘在进行清洗作业时，高压水从喷口喷出后，喷口的转动会产生轴心位于清洗盘圆心的转矩，同时旋转的角速度也是比较关键的一个物理量，通过观察和初步分析，水下清洗盘开始喷水时刻，从喷水时刻起，水下清洗盘收产生的转矩将是大小变化并趋于稳定的数值，旋转角速度也将逐渐地趋于稳定，那么需要设计一个能够测量转矩和角速度的实验装置和方法，作为水下机器人设计和作业流程制定的约束条件。因此，非常有必要通过一套合理的测试装置进行转矩和转速的测量。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种水下清洗盘转矩及转速测试装置及测量方法。
本发明的第一个目的可通过下列技术方案来实现：一种水下清洗盘转矩及转速测试装置，其特征在于，包括支撑机构、转矩测试装置、压力检测装置以及空化清洗盘，所述的支撑机构的一端连接于陆地地面，所述的支撑机构另一端的底部用于伸入水下，所述的转矩测试装置连接在所述支撑机构另一端的底部，所述的空化清洗盘通过转接盘连接在转矩测试装置远离支撑机构的一端，所述的空化清洗盘还连接有高压泵站，所述的压力检测装置用于安装在测试水池壁面上，所述的压力检测装置用于测量空化清洗盘喷射水流的冲击力，所述的转矩测试装置、压力检测装置均通信连接设置于岸上的测试记录仪，所述的测试记录仪用于自动采样与存储信号。
本发明的工作原理：在水池中测量时，空化清洗盘工作冲刷测试水池壁面和墙面上的压力检测装置，高压泵站给空化清洗盘供水，转矩测试装置和压力检测装置受到压力或拉力或扭力后，将产生机械形变，由内部的敏感元件进行感知，转矩测试装置和压力检测装置将数据传输给测试记录仪，支撑机构保证整个装置不会随空化清洗盘工作而发生位移，导致测试结果出错产生误差。采用上述结构的设置，能够方便有效地测量出空化清洗盘的转矩和转速还有喷射的冲击力，同时结构简单，空化清洗盘、高压泵站，转矩测试装置、压力检测装置均可从市面上采购到或者现有的设备，大大降低了设计成本和测试成本。
在上述的一种水下清洗盘转矩及转速测试装置中，所述的转矩测试装置包括扭矩传感器，所述的扭矩传感器与测试记录仪通过测试线缆连接。
在上述的一种水下清洗盘转矩及转速测试装置中，所述的测试记录仪还包括数据显示器，所述的数据显示器用于将数据向操作员显示并实时记录扭矩的数值。
在上述的一种水下清洗盘转矩及转速测试装置中，所述的转接盘上开设有水管通孔，所述的高压泵站通过高压水管穿过水管通孔的方式连通空化清洗盘。
在上述的一种水下清洗盘转矩及转速测试装置中，所述的支撑机构包括水平梁、垂直梁、加固梁，所述的水平梁通过重物或者连接件水平固定在陆地地面上，所述的垂直梁安装于水平梁下方并与水平梁互相垂直，所述的垂直梁用于和转矩测试装置连接，所述的加固梁两端分别连接水平梁和垂直梁。
在上述的一种水下清洗盘转矩及转速测试装置中，所述的转接盘内部为中空结构。
在上述的一种水下清洗盘转矩及转速测试装置中，所述的支撑机构由不锈钢或者高强度铝合金制成。
在上述的一种水下清洗盘转矩及转速测试装置中，所述的压力检测装置的中心位置能够被空化清洗盘喷射到。
本发明的第二个目的可通过下列技术方案来实现：
一种水下清洗盘转矩及转速测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：转矩测试装置、数据显示器通电；
S2：测试记录仪记录静态情况下扭矩的初始值M0；
S3：启动高压泵站，当高压泵站工作稳定后，开启高压水输送；
S4：空化清洗盘稳定喷水后，产生的扭矩由转矩测试装置进行感知和测量，扭矩值Mn传递到测试记录仪进行记录，记录次数为N次；
S5：由计算公式计算出空化清洗盘扭矩稳定后的平均值；
S6：确定测试周期T，测试记录仪持续测量记录压力检测装置的输出值Fn和受到的喷射水流冲击的次数m，计算空化清洗盘的喷头旋转速度的角速度
在上述的一种水下清洗盘转矩及转速测量方法中，所述步骤S6的具体步骤为：
N1：确定压力检测装置的输出值的最大值Fmax和最小值Fmin；
N2：初始化3个软件变量，i＝1，j＝0，设m＝0；
N3：当j＝0时，如果Fi大于0.75Fmax+0.25Fmin，则令j＝1，否则跳转到N5；
N4：当j＝1时，如果Fi小于0.75Fmax+0.25Fmin，则令j＝0，m＝m+1；
N5：令i＝i+1，如果i小于L，则跳转到N3，其中L自动记录的压力传感器输出数值个数；
N6：得出空化清洗盘的喷头旋转速度为
本发明的优点有：本发明能够方便有效地测量出空化清洗盘的扭矩和空化清洗盘的喷头转速，同时结构简单，测试数据精确，空化清洗盘、高压泵站，转矩测试装置和压力检测装置均可从市面上采购到或者直接现有的设备，大大降低了设计成本和测试成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中，1、空化清洗盘；2、高压泵站；3、转接盘；4、高压水管；5、转矩测试装置；6、支撑机构；7、扭矩传感器；8、数据显示器；9、水管通孔；10、水平梁；11、垂直梁；12、加固梁；13、测试线缆；14、水池壁面；15、压力检测装置；16、测试记录仪。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1所示，本水下清洗盘转矩及转速测试装置包括支撑机构6、转矩测试装置5、压力检测装置15以及空化清洗盘1，支撑机构6的一端连接于陆地地面，支撑机构6另一端的底部用于伸入水下，转矩测试装置5连接在所述支撑机构6另一端的底部，空化清洗盘1通过转接盘3连接在转矩测试装置5远离支撑机构6的一端，空化清洗盘1还连接有高压泵站2，压力检测装置15用于安装在测试水池壁面14上，压力检测装置15用于测量空化清洗盘1喷射水流的冲击力，转矩测试装置5、压力检测装置15均通信连接设置于岸上的测试记录仪16，测试记录仪16用于自动采样与存储信号。压力检测装置15优选为压力传感器、压力应变片或其他类型的检测装置的其中一种，压力检测装置15受到喷射水流冲击后产生机械形变，由内部的敏感元件进行感知，并将形变信号转换成电信号，该电信号传输到测试记录仪16，测试记录仪16可以自动采样与存储信号。
进一步细说，转矩测试装置5包括扭矩传感器7，扭矩传感器7与测试记录仪16通过测试线缆13连接。扭矩传感器7选用防水型，优选为通过螺栓直接与支撑机构6连接，扭矩传感器7受到扭力后，将产生机械形变，由内部的敏感元件进行感知，并将形变信号转换成电信号，该电信号传输到测试记录仪16，测试记录仪16可以自动采样与存储信号，并按照设定的程序进行扭矩数值解算。
进一步细说，为了方便操作，测试记录仪16还包括数据显示器8，数据显示器8用于将数据向操作员显示并实时记录扭矩的数值。
进一步细说，转接盘3上开设有水管通孔9，高压泵站2通过高压水管4穿过水管通孔9的方式连通空化清洗盘1。采用上述结构的设置，不仅能够起到稳定高压水管4的作用，还能够减少转接盘3的重量，减少对测量结果的影响。
进一步细说，支撑机构6包括水平梁10、垂直梁11、加固梁12，水平梁10通过重物或者连接件水平固定在陆地地面上，垂直梁11安装于水平梁10下方并与水平梁10互相垂直，垂直梁11用于和转矩测试装置5连接，加固梁12两端分别连接水平梁10和垂直梁11。加固梁12用于减小垂直梁11在受力时的形变，垂直梁11优选为焊接在水平梁10上，保证水平梁10呈水平状态、垂直梁11呈竖直状态。转矩测试装置5与垂直梁11保持垂直状态。支撑机构6与地面固定方式优选为螺栓固定。
进一步细说，转接盘3内部为中空结构。壁厚优选为1～3毫米。在保证机械强度的前提下，转接盘3壁厚尽量小，降低重量减少对测量精度的影响。
进一步细说，为了保证支撑机构6的寿命和机械强度，支撑机构6由不锈钢或者高强度铝合金制成。
进一步细说，压力检测装置15的中心位置能够被空化清洗盘1喷射到。
本发明的第二个目的可通过下列技术方案来实现：
一种水下清洗盘转矩及转速测量方法包括以下步骤：
S1：安装和固定测试装置，将空化清洗盘1与水池壁面14留有作业距离；
S2：测试各个设备的连接强度；
S3：调整设备布置连接件紧固程度，保证空化清洗盘1与水池壁面14保持平行；
S4：给转矩测试装置5、数据显示器8通电，记录静态情况下，扭矩的初始值M0；
S5：启动高压泵站2，当高压泵站2工作稳定后，开启高压水输送；
S6：调整压力检测装置15的位置，使其中心位置被空化清洗盘1的喷射水流作用到；
S7：空化清洗盘1稳定喷水后，产生的扭矩由转矩测试装置5进行感知和测量，扭矩值Mn传递到测试记录仪16进行记录，记录次数为N次，比如100次；
S8：使用计算公式计算出空化清洗盘1扭矩稳定后的平均值；
S9：确定测试周期T，持续测量记录压力检测装置15的输出值Fn和受到的喷射水流冲击的次数m，那么空化清洗盘1的喷头旋转周的时间即为则空化清洗盘1的喷头旋转速度的角速度为优选的，测试周期T的单位为分钟，测量得到的角速度就是：转/分钟。
进一步细说，所述S9步骤的具体方法为：
N1：确定压力检测装置15的输出值的最大值Fmax和最小值Fmin；
N2：初始化3个软件变量，i＝1，j＝0，设m＝0；
N3：当j＝0时，如果Fi大于0.75Fmax+0.25Fmin，则令j＝1，否则跳转到N5；判断Fi是否大于0.75Fmax+0.25Fmin，如果结果是true，则把1赋值给j，此时j就代表1，继续N4步骤计算；如果结果是false，则直接跳转到N5步骤，j还是0。其中0.75和0.25的数字为最大值Fmax和最小值Fmin的权重比例。
N4：当j＝1时，如果Fi小于0.75Fmax+0.25Fmin，则令j＝0，m＝m+1；判断Fi是否小于0.75Fmax+0.25Fmin，如果结果是true，则把0赋值给j，m+1赋值给m，此时j又重新代表0，而m就代表m+1，就是把m加上1再重新用m表达。
N5：令i＝i+1，如果i小于L，则跳转到N3；把i+1赋值给i，此时的i就相当于直接加1，判断i是否小于L，如果结果是true，则重新跳到N3步骤进行计算，此为循环判断计算方法；如果结果是false，则跳出循环直接计算N6步骤。L自动记录的压力传感器输出数值个数。因为自动记录的数据很多，需要将其中无用的空数据剔除。
N6：得出空化清洗盘1的喷头旋转速度为
进一步细说，为了保证空化清洗盘1转矩和转速的测试环境尽量与工作环境相近，优选用水池的墙壁作为测试清洗物，将空化清洗盘1通过机械装置固定后，深入测试水池并淹没入水中，使得空化清洗盘1的盘面正对水池壁面14，压力检测装置15固定在水池壁面14上，相对距离与空化清洗盘1作业的最佳作业距离一致，作业距离优选为10厘米。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了空化清洗盘1、高压泵站2、转接盘3、高压水管4、转矩测试装置5、支撑机构6、扭矩传感器7、数据显示器8、水管通孔9、水平梁10、垂直梁11、加固梁12、测试线缆13、水池壁面14、压力检测装置15、测试记录仪16等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种水下清洗盘转矩及转速测试装置，其特征在于，包括支撑机构(6)、转矩测试装置(5)、压力检测装置(15)以及空化清洗盘(1)，所述的支撑机构(6)的一端连接于陆地地面，所述的支撑机构(6)另一端的底部用于伸入水下，所述的转矩测试装置(5)连接在所述支撑机构(6)另一端的底部，所述的空化清洗盘(1)通过转接盘(3)连接在转矩测试装置(5)远离支撑机构(6)的一端，所述的空化清洗盘(1)还连接有高压泵站(2)，所述的压力检测装置(15)用于安装在测试水池壁面(14)上，所述的压力检测装置(15)用于测量空化清洗盘(1)喷射水流的冲击力，所述的转矩测试装置(5)、压力检测装置(15)均通信连接设置于岸上的测试记录仪(16)，所述的测试记录仪(16)用于自动采样与存储信号。
2.根据权利要求1所述的一种水下清洗盘转矩及转速测试装置，其特征在于，所述的转矩测试装置(5)包括扭矩传感器(7)，所述的扭矩传感器(7)与测试记录仪(16)通过测试线缆(13)连接。
3.根据权利要求1所述的一种水下清洗盘转矩及转速测试装置，其特征在于，所述的测试记录仪(16)还包括数据显示器(8)，所述的数据显示器(8)用于将数据向操作员显示并实时记录扭矩的数值。
4.根据权利要求1所述的一种水下清洗盘转矩及转速测试装置，其特征在于，所述的转接盘(3)上开设有水管通孔(9)，所述的高压泵站(2)通过高压水管(4)穿过水管通孔(9)的方式连通空化清洗盘(1)。
5.根据权利要求1所述的一种水下清洗盘转矩及转速测试装置，其特征在于，所述的支撑机构(6)包括水平梁(10)、垂直梁(11)、加固梁(12)，所述的水平梁(10)通过重物或者连接件水平固定在陆地地面上，所述的垂直梁(11)安装于水平梁(10)下方并与水平梁(10)互相垂直，所述的垂直梁(11)用于和转矩测试装置(5)连接，所述的加固梁(12)两端分别连接水平梁(10)和垂直梁(11)。
6.根据权利要求4所述的一种水下清洗盘转矩及转速测试装置，其特征在于，所述的转接盘(3)内部为中空结构。
7.根据权利要求1所述的一种水下清洗盘转矩及转速测试装置，其特征在于，所述的支撑机构(6)由不锈钢或者高强度铝合金制成。
8.根据权利要求1所述的一种水下清洗盘转矩及转速测试装置，其特征在于，所述的压力检测装置(15)的中心位置能够被空化清洗盘(1)喷射到。
9.一种水下清洗盘转矩及转速测量方法，使用权利要求1-8任意一项所述的水下清洗盘转矩及转速测试装置，其特征在于，包括以下步骤：
S1：转矩测试装置(5)、数据显示器(8)通电；
S2：测试记录仪(16)记录静态情况下扭矩的初始值M0；
S3：启动高压泵站(2)，当高压泵站(2)工作稳定后，开启高压水输送；
S4：空化清洗盘(1)稳定喷水后，产生的扭矩由转矩测试装置(5)进行感知和测量，扭矩值Mn传递到测试记录仪(16)进行记录，记录次数为N次；
S5：由计算公式计算出空化清洗盘(1)扭矩稳定后的平均值；
S6：确定测试周期T，测试记录仪(16)持续测量记录压力检测装置(15)的输出值Fn和受到的喷射水流冲击的次数m，计算空化清洗盘(1)的喷头旋转速度的角速度
10.根据权利要求9所述的一种水下清洗盘转矩及转速测量方法，其特征在于，所述步骤S6的具体步骤为：
N1：确定压力检测装置(15)的输出值的最大值Fmax和最小值Fmin；
N2：初始化3个变量，i＝1，j＝0，设m＝0；
N3：当j＝0时，如果Fi大于0.75Fmax+0.25Fmin，则令j＝1，否则跳转到N5；
N4：当j＝1时，如果Fi小于0.75Fmax+0.25Fmin，则令j＝0，m＝m+1；
N5：令i＝i+1，如果i小于L，则跳转到N3；
N6：得出空化清洗盘(1)的喷头旋转速度为
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