CN112857976A - 一种缆绳磨损疲劳的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于系泊用缆绳技术领域，公开了一种缆绳磨损疲劳的实验装置，包括控制装置、循环加载设备以及缆绳，还包括水箱和砝码箱，所述水箱上部设置有覆盖板，覆盖板两侧分别设置有供缆绳进、出水箱的空隙，所述覆盖板下部固定设置有至少一个构件；所述缆绳一端与循环加载设备连接，中部位于水箱内，并与所述构件接触，另一端与砝码箱连接；所述构件与缆绳接触的接触面为具有粗糙度的接触面，用于为缆绳提供磨损；所述砝码箱用于盛放重物以拉紧缆绳。本发明的有益效果为能够同时测量纤维缆绳在不同接触面下的磨损程度。

Description

一种缆绳磨损疲劳的实验装置

技术领域

本发明属于系泊用缆绳技术领域，涉及一种缆绳磨损疲劳的实验装置，具体为一种能够同时模拟纤维缆绳在不同粗糙面下磨损程度的实验装置。

背景技术

在系泊系统中，合成纤维缆绳的损伤或磨损是不可避免的。纤维缆绳损伤或磨损会极大地减小缆绳动刚度和系泊刚度，从而会导致海洋浮式结构物产生更大的偏移、甚至导致系泊系统的失效，因此研究合成纤维系缆挤压不同粗糙度的接触面构件，在循环载荷作用下，纤维缆绳因为接触面的粗糙度不同，会导致不同程度的磨损，准确模拟和预测其在复杂循环载荷的海况下的磨损程度，对保证海洋平台的安全稳定具有重要意义。

发明内容

为了准确高效地评估纤维缆绳的磨损疲劳性能，本发明提供了一种缆绳磨损疲劳的实验装置，能够同时测量纤维缆绳在不同接触面下的磨损程度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种缆绳磨损疲劳的实验装置，包括控制装置、循环加载设备以及缆绳，所述控制装置包括变频电机和控制系统，所述控制系统通过变频电机与循环加载设备连接，所述变频电机用于为整个实验装置提供循环载荷，所述控制系统用于控制循环加载设备的启动和停止以及用于记录缆绳循环载荷的循环周次，还包括水箱和砝码箱，所述水箱上部设置有覆盖板，覆盖板两侧分别设置有供缆绳进、出水箱的空隙，所述覆盖板下部固定设置有至少一个构件；所述缆绳一端与循环加载设备连接，中部位于水箱内，并与所述构件接触，另一端与砝码箱连接；所述构件与缆绳接触的接触面为具有粗糙度的接触面，用于为缆绳提供磨损；所述砝码箱用于盛放重物以拉紧缆绳。

砝码箱悬挂在空中，水箱为缆绳提供了水环境模拟，变频电机及控制系统和循环加载设备对缆绳施加循环张力，在整个循环载荷磨损实验过程中，缆绳的平均张力和张力幅值保持为常数，缆绳的平均张力由砝码箱来提供，其中可以盛放不同重量重物的砝码箱用来拉紧缆绳，从而使得为磨损实验提供不同组次的平均张力和接触面挤压力。

进一步地，本发明的控制装置采用CRIMS电液伺服疲劳试验机专用全数字式控制器，通过控制变频电机给循环加载设备提供速度，使得循环加载设备上的偏心轮旋转，偏心轮旋转带动设置在循环加载设备末端的曲柄在铁架的导轨上做往复运动，从而使得连接于循环加载设备末端的缆绳做往复运动。

进一步地，设置有导轨的铁架固定设置于循环加载设备和水箱之间；位于循环加载设备末端的曲柄，其终端能够沿着铁架上安装的导轨进行往复滑动，曲柄的终端配有缆绳连接件，缆绳可以采用插编或者打结的方法连接到曲柄的终端。

进一步地，所述变频电机通过传送带与循环加载设备连接。

进一步地，所述覆盖板为一块工字形板，缆绳从工字形板的两侧空隙处分别进、出水箱。

进一步地，所述构件为U形。

进一步地，所述循环加载设备与水箱之间，以及水箱与砝码箱之间分别设置有至少一个位于空气中的水外构件，水外构件与缆绳相接触，且水外构件与缆绳相接触的接触面为具有粗糙度的接触面。

进一步地，所述覆盖板下部固定设置有3个均匀分布的构件，所述3个构件位于水环境中，且3个构件的接触面的粗糙度互不相同，3个构件的高度也可以不相同。

进一步地，所述控制装置、循环加载设备、循环加载设备与水箱之间的水外构件依次固定设置在第一桌子上；所述水箱与砝码箱之间设置的至少一个水外均匀分布并固定设置在第二桌子上。

进一步地，所述循环加载设备与水箱之间的水外构件有1个，所述水箱与砝码箱之间的水外构件有2个。

进一步地，所述循环加载设备与水箱之间的水外构件、所述水箱与砝码箱之间的水外构件以及水箱中的处于两侧的构件中的全部构件或其中至少一个为定滑轮。

优选地，本发明的实验装置中有3个构件和3个水外构件，自左向右，依次为第一构件、第二构件、第三构件、第四构件、第五构件以及第六构件，其中，第一构件为循环加载设备与水箱之间的水外构件，第五构件和第六构件为水箱与砝码箱之间的水外构件，第一构件、第五构件和第六构件位于空气中，第二构件、第三构件和第四构件位于水环境中；位于水环境中的3个构件的粗糙度接触面互不相同，位于水外的3个水外构件的接触面粗糙度可以根据实验要求进行接触面粗糙度的调整。具有不同粗糙度接触面，从而可以为缆绳提供不同程度的磨损，该磨损粗糙面可以用具有不同粗糙度的材料来提供。

与现有技术相比，本发明提供了一种缆绳磨损疲劳的实验装置，具备以下有益效果：

（1）本发明的实验装置，能够用于对合成纤维缆绳在不同粗糙度接触面下的磨损性能的进行测试，从而可以快速评估纤维缆绳在不同接触面和不同（水或空气）环境下的磨损疲劳性能，进而保证具有较好磨损寿命的缆绳应用于海洋浮式结构物的系泊系统中，从而保证采用纤维缆绳组成的系泊系统的安全可靠运行；

（2）本发明的实验装置可广泛应用于油气开发平台、浮式波能发电装置、海上机场、海上风电场的等纤维系泊缆绳的磨损性能测试和磨损疲劳寿命研究，且安装便捷、维护方便、成本低廉；

（3）本发明的实验装置提供了同时进行3组空气中，3组水环境中纤维缆绳在不同接触面作用下磨损性能的模拟和评估，具有高效性，也具有创新性、实用性和可操作性，有助于快速评估纤维系泊缆绳在不同粗糙度接触面上的磨损疲劳性能，从而有助于保障系泊系统的安全可靠运行。

附图说明

图1为本发明实验装置的正视结构示意图；

图2为本发明实验装置的俯视结构示意图；

图3为本发明（装有2个水外构件）第二桌子13的结构示意图，其中，图3a为正视结构示意图，图3b为左视结构示意图，图3c为俯视结构示意图；

图4 为本发明的水箱和（装有3个构件）覆盖板9的结构示意图，其中，图4a为正视结构示意图，图4b为左视结构示意图，图4c为俯视结构示意图；

图5为本发明的具有一定粗糙度接触面18的构件的结构示意图，其中，图5a为正视结构示意图，图5b为左视结构示意图，图5c为俯视结构示意图；

图6表示缆绳在循环载荷作用下挤压构件的接触面18而产生磨损的示意图。

图中附图标记的含义为：1-地面；2-第一桌子；3-控制装置；4-传送带；5-循环加载设备；6-第一构件；7-缆绳；8-第二构件；9-覆盖板；10-第三构件；11-第四构件；12-第五构件；13-第二桌子；14-第六构件；15-砝码箱；16-铁架；17-水箱；18-接触面。

具体实施方式

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。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。

如图1和图2所示，本发明的实验装置，包括控制装置3、循环加载设备5以及缆绳7，控制装置3包括变频电机和控制系统，控制系统通过变频电机与循环加载设备5连接，变频电机用于为整个实验装置提供循环载荷，控制系统用于控制循环加载设备5的启动和停止以及用于记录缆绳7循环载荷的循环周次，还包括水箱17和砝码箱15，水箱17上部设置有覆盖板9，覆盖板9两侧分别设置有供缆绳7进、出水箱的空隙，覆盖板9下部固定设置有至少一个构件；缆绳7一端与循环加载设备5连接，中部位于水箱17内，并与构件接触，另一端与砝码箱15连接；构件与缆绳7接触的接触面18为具有粗糙度的接触面，用于为缆绳7提供磨损；砝码箱15用于盛放重物以拉紧缆绳。

砝码箱15悬挂在空中，水箱17为缆绳7提供了水环境模拟，变频电机及控制系统和循环加载设备5对缆绳7施加循环张力，在整个循环载荷磨损实验过程中，缆绳7的平均张力和张力幅值保持为常数，缆绳7的平均张力由砝码箱来提供，其中可以盛放不同重量重物的砝码箱15用来拉紧缆绳7，从而使得为磨损实验提供不同组次的平均张力和接触面挤压力。

如图1和图2所示，在本实施例的一种具体实施方式中，本发明的控制装置3采用CRIMS电液伺服疲劳试验机专用全数字式控制器，通过控制变频电机给循环加载设备5提供速度，使得循环加载设备5上的偏心轮旋转，偏心轮旋转带动设置在循环加载设备5末端的曲柄在铁架的导轨上做往复运动，从而使得连接于循环加载设备5末端的缆绳7做往复运动。

如图1和图2所示，设置有导轨的铁架16固定设置于循环加载设备5和水箱17之间；位于循环加载设备5末端的曲柄，其终端能够沿着铁架16上安装的导轨进行往复滑动，曲柄的终端配有缆绳连接件，缆绳7可以采用插编或者打结的方法连接到曲柄的终端。

如图1和图2所示，在本实施例的一种具体实施方式中，变频电机通过传送带4与循环加载设备5连接。

如图4所示，在本实施例的一种具体实施方式中，覆盖板9为一块工字形板，缆绳7从工字形板的两侧空隙处分别进、出水箱。

如图5所示，在本实施例的一种具体实施方式中，构件为U型，其U型结构的圆弧面设置为具有一定粗糙度的面，构件的上部与覆盖板9固定连接，比如通过焊接在一起。

在本实施例的一种具体实施方式中，循环加载设备5与水箱17之间，以及水箱17与砝码箱15之间分别设置有至少一个位于空气中的水外构件，水外构件与缆绳7相接触，且水外构件与缆绳7相接触的接触面为具有粗糙度的水外接触面。

在本实施例的一种具体实施方式中，覆盖板9下部固定设置有3个均匀分布的构件，3个构件位于水环境中，且3个构件的接触面18的粗糙度互不相同；3个构件的高度也可以不相同。

如图3所示，在本实施例的一种具体实施方式中，控制装置3、循环加载设备5、循环加载设备5与水箱17之间的水外构件依次固定设置在第一桌子2上；水箱17与砝码箱15之间设置的至少一个水外构件均匀分布并固定设置在第二桌子13上，第一桌子2和第二桌子13置于地面1上。

在本实施例的一种具体实施方式中，循环加载设备5与水箱17之间的水外构件有1个，水箱17与砝码箱15之间的水外构件有2个。

在本实施例的一种具体实施方式中，水外构件为U型，其U型结构的圆弧面设置为具有一定粗糙度的面。

如图1所示，优选地，本发明的实验装置中有3个构件和3个水外构件，自左向右，依次为第一构件6、第二构件8、第三构件10、第四构件11、第五构件12以及第六构件14，其中，第一构件6为循环加载设备5与水箱17之间的水外构件，第五构件12和第六构件14为水箱17与砝码箱15之间的水外构件，第一构件6、第五构件12和第六构件14位于空气中，第二构件8、第三构件10和第四构件11位于水环境中；位于水环境中的3个构件的粗糙度接触面18互不相同，位于水外的3个构件的接触面的粗糙度可以根据实验要求进行接触面粗糙度的调整。具有不同粗糙度接触面，从而可以为缆绳7提供不同程度的磨损，该磨损粗糙面可以用具有不同粗糙度的材料来提供。

缆绳7的连接途径如下：循环加载设备5→具有一定粗糙度接触面的第一构件6→从水箱17上方工字形板9一侧进入水箱17→具有一定粗糙度接触面的第二构件8 →具有一定粗糙度接触面的第三构件10→具有一定粗糙度接触面的第四构件11 →从水箱7上方工字形板9另一侧离开水箱17→具有一定粗糙度接触面的第五构件12 →具有一定粗糙度接触面的第六构件14 →可以提供缆绳7的平均张力和接触面挤压力的砝码箱15。

图6为缆绳7在循环载荷作用下挤压构件的接触面18而产生磨损的示意图，一般情况下，当循环载荷和循环周次一定时，构件的接触面18越粗糙，缆绳7磨损越严重；对于同一接触面18，循环载荷和循环周次越大，缆绳7磨损越严重；在循环载荷和循环周次一定，且接触面18和水外接触面相同时，位于空气中与水环境中的缆绳的磨损程度不同。

本发明的实验装置提出了一种由变频电机及控制系统、循环加载设备5、3个具有不同粗糙度接触面18的构件、3个具有不同粗糙度接触面的水外构件、水箱17以及可以提供不同平均张力的砝码箱15等组成的纤维缆绳7磨损疲劳的实验装置。本发明的实验装置的优点是可以同时测量6组不同粗糙度接触面情况下，其中3组位于空气中，另外3组位于水环境中。这样可以大大节省测量纤维缆绳7磨损性能的时间成本，使得纤维缆绳7的磨损更具有高效性，即，只需要花一组的时间，既可以获得6组不同粗糙度接触面情况下的纤维缆绳7磨损程度。此外为了模拟缆绳7的工作环境，在缆绳7磨损段安放了水环境系统，即水箱17，这样可以在相同循环载荷作用下，同时测量3组位于空气中的磨损情况和另外3组位于水中的磨损情况。此发明装置可以方便比较纤维缆绳7在不同环境介质，不同粗糙度接触面，不同挤压力情况下的缆绳7的磨损程度，以及可以承受的循环载荷周次。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于： 将部分构件或水外构件设置为定滑轮，定滑轮用于连接缆绳7和改变缆绳7的受力方向，具体为：

循环加载设备5与水箱17之间的水外构件、水箱17与砝码箱15之间的水外构件以及水箱17中的处于两侧的构件中的全部构件或其中至少一个为定滑轮，比如将第一构件6、第二构件8、第四构件11、第五构件12、第六构件14都替换成定滑轮，还可以根据实验需要，将第一构件6、第二构件8、第四构件11、第五构件12、第六构件14中的任意一个或几个设置成定滑轮，以满足不同实验的需求。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种缆绳磨损疲劳的实验装置，包括控制装置、循环加载设备以及缆绳，所述控制装置包括变频电机和控制系统，所述控制系统通过变频电机与循环加载设备连接，所述变频电机用于为整个实验装置提供循环载荷，所述控制系统用于控制循环加载设备的启动和停止以及用于记录缆绳循环载荷的循环周次，其特征在于：还包括水箱和砝码箱，所述水箱上部设置有覆盖板，覆盖板两侧分别设置有供缆绳进、出水箱的空隙，所述覆盖板下部固定设置有至少一个构件；所述缆绳一端与循环加载设备连接，中部位于水箱内，并与所述构件接触，另一端与砝码箱连接；所述构件与缆绳接触的接触面为具有粗糙度的接触面，用于为缆绳提供磨损；所述砝码箱用于盛放重物以拉紧缆绳。

2.根据权利要求1所述的一种缆绳磨损疲劳的实验装置，其特征在于：所述变频电机通过传送带与循环加载设备连接。

3.根据权利要求1所述的一种缆绳磨损疲劳的实验装置，其特征在于：所述覆盖板为一块工字形板，缆绳从工字形板的两侧空隙处分别进、出水箱。

4.根据权利要求1所述的一种缆绳磨损疲劳的实验装置，其特征在于：所述构件为U形。

5.根据权利要求1所述的一种缆绳磨损疲劳的实验装置，其特征在于：所述循环加载设备与水箱之间，以及水箱与砝码箱之间分别设置有至少一个位于空气中的水外构件，所述水外构件与缆绳相接触，且水外构件与缆绳相接触的接触面为具有粗糙度的接触面。

6.根据权利要求1或5所述的一种缆绳磨损疲劳的实验装置，其特征在于：所述覆盖板下部固定设置有3个均匀分布的构件，所述3个构件位于水环境中，且3个构件的接触面的粗糙度互不相同。

7.根据权利要求5所述的一种缆绳磨损疲劳的实验装置，其特征在于：所述控制装置、循环加载设备、循环加载设备与水箱之间的构件依次固定设置在第一桌子上；所述水箱与砝码箱之间设置的至少一个水外构件均匀分布并固定设置在第二桌子上。

8.根据权利要求5所述的一种缆绳磨损疲劳的实验装置，其特征在于：所述循环加载设备与水箱之间的水外构件有1个，所述水箱与砝码箱之间的水外构件有2个。

9.根据权利要求6所述的一种缆绳磨损疲劳的实验装置，其特征在于：所述循环加载设备与水箱之间的水外构件、所述水箱与砝码箱之间的水外构件以及水箱中的处于两侧的构件中的全部构件或其中至少一个为定滑轮。

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