CN111413013A - 深海绞车系统卷筒应力检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种深海绞车系统卷筒应力检测系统及方法，系统包括结构相同且呈对称设置的两个工作部；任意所述工作部包括：安全架、吊装在所述安全架下绕绳轮以及电机驱动绞车，缆绳绕过两个工作部的绕绳轮连接两电机驱动绞车；所述电机驱动绞车的绞盘卷筒法兰上设置有数据采集装置和编码器、绞车卷筒内部设置应变计，所述数据采集装置用于收集所述应变计产生的信号；所述绕绳轮上设置有称重传感器。本发明针对不同载荷情况下的不同材料及规格的缆绳，分别检测在多种缆绳缠绕层数下卷筒的应变数据，经过数据处理得到应力信息，从而分析卷筒的受力情况，进而对深海绞车系统卷筒结构进行优化。

Description

深海绞车系统卷筒应力检测系统及方法

技术领域

本发明涉及深海绞车系统领域，具体而言，尤其涉及一种深海绞车系统卷筒应力检测系统及方法。

背景技术

随着深远海科考与海洋资源开发逐步从近岸走向远洋，海上作业深度不断增长，与之相匹配的绞车系统的储缆绞车中的缆绳也越来越长。根据深海海上作业需要，目前卷筒容绳量已超过13000m，为了解决传统钢缆自重过大的问题，越来越多绞车系统采用合成纤维缆绳。但是采用合成纤维缆绳的绞车系统在某些情况下，缆绳在卷筒上的多层缠绕会对卷筒结构造成永久性的变形和损坏，因此研究缠绕在卷筒上的缆绳对其应力关系愈发重要。在监测卷筒所受应力的过程中，可以分析不同种类缆绳、不同载荷对绞车卷筒的影响，从而对深海绞车系统卷筒结构进行优化，减轻绞车系统的重量，延长深海绞车系统的使用寿命。

发明内容

根据现有技术中缺少精确的缆绳绞车系统卷筒应力检测装置的问题，而提供一种用于深海绞车系统中的绞车卷筒应力检测装置。本发明搭建了一套适用于缆绳检测的检测实验平台，且利用各种传感器原件，能够针对不同载荷情况下的不同材料及规格的缆绳，分别检测在多种缆绳缠绕层数下卷筒的应变数据，经过数据处理得到应力信息，进而分析卷筒的受力情况，并对深海绞车系统卷筒结构进行优化。

本发明采用的技术手段如下：

一种深海绞车系统卷筒应力检测系统，包括结构相同且呈对称设置的两个工作部；任意所述工作部包括：安全架、吊装在所述安全架下绕绳轮以及电机驱动绞车，缆绳绕过两个工作部的绕绳轮连接两电机驱动绞车；所述电机驱动绞车的绞盘卷筒法兰上设置有数据采集装置和编码器、绞车卷筒内部设置应变计，所述数据采集装置用于收集所述应变计产生的信号；所述绕绳轮上设置有称重传感器。

进一步地，任意所述工作部还包括用于调整缆绳的工作高度的导向轮。

进一步地，所述数据采集装置为应变仪，所述应变仪周向均匀设置在所述绞盘卷筒法兰上。

进一步地，绞车卷筒的纵向中心平面与所述绞车卷筒内部交线上均匀设置若干应变计。

进一步地，所述绞车卷筒内部设置若干关于绞车卷筒的纵向中心平面对称的应变计。

本发明还提供一种基于上述系统的深海绞车系统卷筒应力检测方法，包括以下步骤：启动第一个工作部的电机驱动绞车，通过缆绳带动第二工作部的电机驱动绞车开始转动；启动第二工作部电机驱动绞车模拟工作载荷与第一个工作部的电机驱动绞车对拉，并根据预设值连续调节第二工作部电机驱动绞车的速度和拉伸载荷；通过称重传感器、编码器、应变计和数据采集装置，对检测数据进行采集和分析。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明针对绞车卷筒应力检测方法，设计了专用的实验平台，从而使该检测过程的实施更为方便并可量化。同时改善了现阶段绞车卷筒应力状态检测难以精确测量的情况，有效实施了更科学、更高效，且具有可持续研究性的检测方案。

2、本发明能够分析不同缆绳(尤其是合成纤维缆绳)在不同载荷下的绞车卷筒应力情况，进而针对在不同的海上作业环境与工况下选择合适的缆绳类型，并优化绞车卷筒结构，避免合成纤维缆绳对绞车卷筒造成永久性变形或损坏。

3、本发明通过优化绞车卷筒结构，能防止缆绳因疲劳磨损过早失效，延长合成纤维缆的使用寿命，减小深海绞车系统安全事故的发生概率，保障作业安全。

基于上述理由本发明可在船用机械领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明深海绞车系统卷筒应力检测系统结构示意图。

图2为实施例中卷筒应力检测系统应变仪布置示意图。

图3为实施例中绞车卷筒结构剖面图。

图4为实施例中卷筒应力检测系统应变计布置示意图。

图中：1、电机驱动绞车；101、绞车卷筒；102、绞车法兰；103、应变计；2、数据采集装置；3、编码器；4、绕绳轮；5、安全架；6、液压缸；7、导向轮。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种深海绞车系统卷筒应力检测系统，包括结构相同且呈对称设置的两个工作部；任意所述工作部包括：安全架5、吊装在所述安全架下绕绳轮4以及电机驱动绞车1，缆绳绕过两个工作部的绕绳轮4连接两电机驱动绞车1；所述电机驱动绞车1的绞盘卷筒法兰102上设置有数据采集装置2和编码器3、绞车卷筒101内部设置应变计103，数据采集装2用于收集所述应变计103产生的信号，绕绳轮4上设置有称重传感器。进一步地，系统还包括用于调整缆绳的工作高度的导向轮7。作为优选，数据采集装置2为应变仪，所述应变仪周向均匀设置在所述绞盘卷筒法兰上。绞车卷筒的纵向中心平面与所述绞车卷筒内部交线上均匀设置若干应变计103。所述绞车卷筒内部设置若干关于绞车卷筒的纵向中心平面对称的应变计103。

下面通过具体的实施例，对本发明的方案做进一步说明：

实施例1

如图1-4所示，本实施例中公开了一种深海绞车系统卷筒应力检测试验台系统，其包括设置在各个部分的卷筒应力检测系统。

具体来说，实验台系统包括依次设置的第一工作部电机驱动绞车1、缠绕其上的缆绳经过滑轮系统与第二工作部电机驱动绞车1连接，并牵引其转动，进而对缆绳连接的对第二工作部电机驱动绞车1产生拉力。第一工作部电机驱动绞车与第二工作部电机驱动绞车结构完全相同，均包括绞盘卷筒101、轿车法兰102以及电机等部件。滑轮系统由第一、第二工作部绕绳轮4、第一、第二工作部导向轮7构成。具体来说，缆绳从第一工作部电机驱动绞车开始依次经过第一工作部绕绳轮、第一工作部导向轮、第二工作部导向轮、第而工作部绕绳轮到第二工作部达电机驱动绞车。可以理解的，系统的两个工作部可以功能互换，双向运行。

卷筒应力检测系统包括编码器3、称重传感器、数据采集装置2以及应变计103。其中称重传感器安装在绕绳轮4上、数据采集装置2安装在电机驱动绞车1绞盘卷筒法兰102上、应变计103安装在绞车卷筒101内部。两个绞车卷筒101设计用于在测试期间处理高负载和应力，优选地，两个卷筒均光滑且无凹槽。

随着第一工作部绞车的电动机启动，带动第二工作部绞车卷筒转动，缠绕其上的缆绳依次带动绕第一工作部绳轮、第一工作部导向轮、第二工作部导向轮、第二工作部绕绳轮转动，进而对缆绳连接的第二电机驱动绞车产生拉力，此时可以通过调整第二工作部绞车的电动机来提高绞车的拉升载荷；利用设置在绞车电动机上的编码器、设置在绕绳轮上称重传感器、设置在电机驱动绞车绞盘卷筒法兰上的数据采集装置以及安装在绞车卷筒内部的应变计采集系统运行过程中的指标数据。具体地，应变计采集绞车卷筒的应变信号，经过应变仪采集后，通过公式计算转变为应力信息。

整个系统利用称重传感器和编码器的输入以及液压缸驱动的绕线滑轮的线性运动，连续控制绳索张力和绞车速度。导向轮将钢丝绳降低至工作高度，以便使用两个不同直径的从动滚筒对缆绳的横向弹性模量或缆绳摩擦进行潜在测试。作为较佳的实施方式，如图2所示，本实施例中应变测量由五个应变仪控制，其用于放大并发送应变计输出的应变数据。在测试过程中，使用Wi-Fi对测量进行远程控制和监控。

如图4所示，本实施例中应变信号由双轴应变计检测计算出来的，这些应变计在法兰之间的中心，胶合在鼓的内部，圆周间距相等。具体来说，可选地，应变检测设备包括14个双轴应变计103，测量卷筒的应变。图4为本实施例应变计在卷筒内部位置展开图，应变计均匀分部在卷筒中性部位线性展开，相邻两个应变计之间角度差为30°。14个应变计粘在卷筒内部，在绞车法兰之间的中心，圆周上的间距相等。应变计采用胶水涂装，安装后的精度估计为±3％。卷筒还配有收集应变计信号的应变仪，每个法兰的外侧有6个，图2所示。所得应变信号经应变计测得，传入应变仪中，经过分析，最终得到应力信息。所有测量均在室内本发明的实验台上进行，每次试运行的条件稳定，环境温度恒定。

实施例2

本实施例提供一种基于实施例1所述系统的应力检测方法，包括以下步骤：

启动第一工作部电机驱动绞车的电动机，带动绞车卷筒转动，缠绕其上的缆绳依次带动第一工作部绕绳轮、第一工作部导向轮、第二工作部导向轮、第二工作部绕绳轮转动，进而对缆绳连接的第二电机驱动绞车产生拉力。

通过启动第一工作部电机驱动绞车的电动机，并通过调整电机驱动绞车的动力来调整实际应用中绞车所受到的拉升载荷；

启动第一、第二工作部的称重传感器、编码器、液压缸，通过称重传感器和编码器的输入以及液压缸驱动的绕线滑轮的线性运动，连续控制绳索张力和绞车速度。

使用第一、第二工作部的导向轮调整缆绳的工作高度，调整到合适的高度进行实验，以便使用两个不同直径的从动滚筒对缆绳的横向弹性模量或缆绳摩擦进行潜在测试。

启动应变仪，采集并处理由应变计提取的应力数据。测试过程中，使用Wi-Fi对测量进行远程控制和监控。

开启数据采集器，进行数据采集分析，根据采集到的卷筒应变数据以及形变信息进一步评估缆绳和卷筒的工作状态。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种深海绞车系统卷筒应力检测系统，其特征在于，包括结构相同且呈对称设置的两个工作部；

任意所述工作部包括：安全架(5)、吊装在所述安全架(5)下绕绳轮(4)以及电机驱动绞车(1)，缆绳绕过两个工作部的绕绳轮(4)连接两电机驱动绞车(1)；

所述电机驱动绞车(1)的绞盘卷筒法兰(102)上设置有数据采集装置(2)和编码器(3)、绞车卷筒(101)内部设置应变计(103)，所述数据采集装置(2)用于收集所述应变计产生的信号；

所述绕绳轮(4)上设置有称重传感器。

2.根据权利要求1所述的深海绞车系统卷筒应力检测系统，其特征在于，任意所述工作部还包括用于调整缆绳的工作高度的导向轮(7)。

3.根据权利要求1或2所述的深海绞车系统卷筒应力检测系统，其特征在于，所述数据采集装置(2)为应变仪，所述应变仪周向均匀设置在所述绞盘卷筒法兰上。

4.根据权利要求3所述的深海绞车系统卷筒应力检测系统，其特征在于，绞车卷筒(101)的纵向中心平面与所述绞车卷筒内部交线上均匀设置若干应变计(103)。

5.根据权利要求4所述的深海绞车系统卷筒应力检测系统，其特征在于，所述绞车卷筒(101)内部设置若干关于绞车卷筒(101)的纵向中心平面对称的应变计(103)。

6.一种基于权利要求1所述系统的深海绞车系统卷筒应力检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

启动第一个工作部的电机驱动绞车，通过缆绳带动第二工作部的电机驱动绞车开始转动；

启动第二工作部电机驱动绞车模拟工作载荷与第一个工作部的电机驱动绞车对拉，并根据预设值连续调节第二工作部电机驱动绞车的速度和拉伸载荷；

通过称重传感器、编码器、应变计和数据采集装置，对检测数据进行采集和分析。

Images