CN113071606B

CN113071606B - 一种水文监测浮标防护装置

Info

Publication number: CN113071606B
Application number: CN202110539173.0A
Authority: CN
Inventors: 李任朋
Original assignee: Henan Zhangquan Electromechanical Equipment Co ltd
Current assignee: Henan Zhangquan Electromechanical Equipment Co ltd
Priority date: 2021-05-18
Filing date: 2021-05-18
Publication date: 2022-09-06
Anticipated expiration: 2041-05-18
Also published as: CN113071606A

Abstract

本发明公开一种水文监测浮标防护装置，包括防护架一、防护架二和弧形支架，所述弧形支架与防护架一下部活动连接，与防护架二上部固定连接；所述防护架一外壁均匀分布横向支架，横向支架上套接滚柱一，所述防护架二外壁均匀分布竖向支架，竖向支架上套接滚柱二，所述防护架一和防护架二内壁设置安装孔；所述防护架二内设置缓冲层。该发明对防护装置的结构以及材料进行改进，抗冲击防护效果优异。

Description

一种水文监测浮标防护装置

技术领域

本发明涉及水文监测技术领域，尤其是涉及一种水文监测浮标防护装置。

背景技术

水文监测浮标是探测海洋水体的重要工具，其水文监测的参数包括温湿度、气压、风速、盐度、波浪要素、以及水质参数等，因此浮标的主要结构有浮体、标架、供电设备、传感器、数据采集设备、锚系以及防护设备等，由于浮标长期漂浮在海洋中，容易受海浪冲刷，遭受外力比如渔船、海洋生物的冲撞，从而可能会导致损坏或偏移原来的位置，因此浮标防护装置是至关重要的。

现有技术对于浮标防护的研究也有很多，如谭文军在其《浮标碰撞动力学分析及防护结构设计》中根据海洋资料浮标长期连续工作期间存在被过往船只碰撞损坏，导致顶端电子仪器设备遭受冲加速度过载而失效这一实际工程问题，开展海洋资料浮标碰撞外部动力学研究，并设计合理有效的浮标抗冲击防护结构；并验证橡胶防护圈还能有效降低浮标顶端的加速度幅值响应，不同橡胶圈防护方案可将碰撞力幅值降低约33%-44%，加速度峰值降低28%-38%。防护措施可保证浮标通信子系统在碰撞过程中始终处于加速度冲击安全阈值之内，提高了浮标系统长期连续工作的可靠性。

该研究为浮标抗冲击防护结构的设计和使用提供了参考，但是仅仅采用橡胶防护圈进行防护，其防护作用还是有限的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种水文监测浮标防护装置，对防护装置的结构以及材料进行改进，抗冲击防护效果优异。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种水文监测浮标防护装置，包括防护架一、防护架二和弧形支架，所述弧形支架与防护架一下部活动连接，与防护架二上部固定连接；所述防护架一外壁均匀分布横向支架，横向支架上套接滚柱一，所述防护架二外壁均匀分布竖向支架，竖向支架上套接滚柱二，所述防护架一和防护架二内壁设置安装孔；所述防护架二内设置缓冲层。

进一步的，所述防护架一内设置滑道，弧形支架顶部设置与滑道匹配的滑块，所述滑块两侧设置缓冲弹簧。

进一步的，所述缓冲层包括两侧的复合泡沫铝材料以及中间的斜连的轻质钢板，所述斜连的轻质钢板内形成的空腔内填充轻质减震材料。

进一步的，所述轻质减震材料为聚氨酯泡沫。

进一步的，所述复合泡沫铝材料由以下步骤制备：

（1）配料：Mg 1-1.5wt%、Si 0.5-1wt%、Ca 0.5-1wt%、Ti 1-2wt%、Cr 0.3-0.5wt%；余量为Al；

按配比将Mg、Si、Al、Ti、Cr混合后加热熔融形成合金熔体，保温30min；

（2）降温至720℃，加入Ca以及少量的AlN和玻璃纤维，搅拌5-8min；

（3）复合熔体温度达到680-700℃，加入1.2-2wt%的发泡剂，搅拌2min，继续保温发泡8-12min，冷却得产品。

进一步的，所述AlN添加量为铝的3-5wt%，玻璃纤维添加量为铝的4wt%。

进一步的，所述发泡剂为TiH₂。

本发明的有益效果是：

1、本发明公开的水文监测浮标防护装置，用于防护海洋浮标，减少外力冲击。由于浮标基体结构较大，因此本申请防护装置设置为双层结构，防护面积比较大，浮标可以通过安装孔以及连接法兰安装在本申请内部，从而起到防冲击防撞作用，本申请防护装置防护架一和防护架二材质均是不锈钢材料，耐水体腐蚀，使用寿命会比较长。

其中防护架一外壁设置有滚柱一，而且防护架一弧形支架与防护架一下部活动连接，在外力作用下，滚柱一会发生旋转，能缓解外部冲击，当冲击力度比较大时，防护架一在水平方向进行进行旋转，而且在缓冲弹簧的作用下还可以复位，能够将外界冲击力变成侧向撞击，减小撞击的力度。

2、防护架二外壁均匀分布竖向的滚柱二，其在水流以及外力的冲击作用下会旋转，减轻撞击作用力。

防护架二内设缓冲层，包括两侧的复合泡沫铝材料以及中间的斜连的轻质钢板，斜连的轻质钢板内填充轻质减震材料，受到外界冲击时，防护架二会发生一定的弹性形变，冲击力有一定损耗后传输到缓冲层，复合泡沫铝材料具有吸能作用和弹性形变，进一步起到耗能作用，而其中斜连的轻质钢板也具有弹性形变，加上里面填充的轻质减震材料，综合作用，吸能减震效果好，能够对其中安装的浮标起到很好的防护作用。

3、为进一步增加本申请防护性能，缓冲层中设置有复合泡沫铝材料，泡沫铝质轻、耐热、耐腐蚀、抗冲击、吸声减震性能优异，与斜连的轻质钢板、轻质减震材料综合作用，防护效果优异。本申请为提高泡沫铝材料的压缩强度和耐冲击性能，还对泡沫铝材质进行研究，在Al中引入Mg、Si、Ca、Ti和Cr；其中Si和Ca可以充当形核的核心，从而细化泡沫铝泡壁晶粒，进而提高泡沫铝合金的机械性能；同时Si、Ti能够使晶粒组织逐渐细化，有助于进一步强化基体性能；另外Mg、Si还能形成析出强化相，从而增强基体力学性能。而添加少量的Cr，一方面能起到固溶强化，另外Cr能抑制变形晶粒再结晶及晶粒长大，在合金固溶后仍能获得细小的晶粒尺寸，对合金能起到细晶强化作用，再者还能与Si、Al等结合形成弥散相，从而提高合金的性能。

另外还添加有少量纳米AlN，其与铝基体具有很好的湿润性，另外还能细化晶粒，代替基体承载的载荷从而增强基体强度。少量的玻璃纤维均匀分散在铝熔体中，一方面能够吸附气泡，具有一定的稳泡作用，从而提高泡沫铝的空隙率，另外其能够增强Al-Al，以及Al与其他元素之间的界面结合强度，从而增强其力学性能。

本申请制备的复合泡沫铝材料孔隙率为72-80%，压缩屈服强度为28-38MPa，孔隙率高，机械性能好，能增强本申请的防护效果。

附图说明

图1为本发明水文监测浮标防护装置的立体结构示意图；

图2为图1的剖面结构示意图；

图3为防护架一的内部结构示意图；

图4为缓冲层结构示意图。

图中：1-防护架一，2-防护架二，3-弧形支架，4-横向支架，5-滚柱一，6-竖向支架，7-滚柱二，8-安装孔，9-缓冲层，10-滑道，11-滑块，12-复合泡沫铝材料，13-轻质减震材料，14-缓冲弹簧。

具体实施方式

为了进一步说明本发明，下面结合附图及实施例1-4对本发明进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

一种水文监测浮标防护装置，包括防护架一1和防护架二2和弧形支架3，弧形支架3与防护架一1下部活动连接，与防护架二2上部固定连接；具体活动连接的方式为：防护架一1下部内设置滑道10，弧形支架3顶部设置与滑道10匹配的滑块11，滑块11两侧设置缓冲弹簧14，即在外力作用下，防护架一1在水平方向有一定角度的旋转，而且在缓冲弹簧14的作用下还可以复位。

防护架一1外壁均匀分布横向支架4，横向支架4上套接滚柱一5，因此，在遭受来自上方或下方的撞击的时候，滚柱一5旋转，具有一定的耗能作用，若遭受其他方向的作用力，防护架一1会相对于弧形支架3发生一定的旋转，使撞击变成侧向撞击，大大减少撞击的作用力。

防护架二2外壁均匀分布竖向支架6，竖向支架6上套接滚柱二7，其在水流等撞击的作用下会旋转，减轻撞击作用力。

防护架一1和防护架二2内壁设置安装孔8，可以采用法兰等结构将浮标安装在本申请内部，起到防护防撞击的作用。

防护架二2内设置缓冲层9，为增加本申请的使用寿命，本申请的防护架二2采用轻质钢板材质，具有一定的形变，其表面可喷涂耐腐蚀涂料，使用寿命比较长，轻质钢板焊接成空心结构，里面设置缓冲层9，其中缓冲层9包括两侧的复合泡沫铝材料12以及中间的斜连的轻质钢板，斜连的轻质钢板如图4所示，通过焊接形成类似于波浪状的结构，弹性形变比较大，且其与两侧的复合泡沫铝材料12之间形成大量的空腔结构，空腔内填充轻质减震材料13，本申请中的轻质减震材料13为聚氨酯泡沫。由于防护架二2位于防护架一1下层，且结构大于防护架一1，其受撞击或波浪冲击力更大，滚柱二7受冲击力时会发生旋转，从而消耗一部分撞击力；而防护架二2外层受到撞击后，会发生一定的弹性形变，传输到缓冲层9，复合泡沫铝材料12为多孔结构，具有吸能作用和弹性形变，而其中斜连的轻质钢板也具有弹性形变，加上里面填充的轻质减震材料，吸能减震效果好。

本申请的复合泡沫铝材料由以下步骤制备：

（1）配料：Mg 1wt%、Si 0.5wt%、Ca 1wt%、Ti 1wt%、Cr 0.4wt%；余量为Al；

按配比将上述Mg、Si、Al、Ti、Cr混合后加热熔融形成合金熔体，加热温度在980℃左右，保温30min；

（3）复合熔体温度达到680℃，加入复合熔体1.2wt%的发泡剂TiH₂，搅拌2min，继续保温发泡8min，冷却得产品。

其中AlN添加量为铝的3wt%，玻璃纤维添加量为铝的4wt%，直径为5-10μm，长度100-500μm。

检测上述制备的复合泡沫铝材料试样的压缩屈服强度为38MPa，孔隙率为72%。

实施例2

实施例2与实施例1不同之处在于：复合泡沫铝材料由以下步骤制备：

（1）配料：Mg 1.2wt%、Si 0.6wt%、Ca 0.8wt%、Ti 1.2wt%、Cr 0.4wt%；余量为Al；

按配比将上述Mg、Si、Al、Ti、Cr混合后加热熔融形成合金熔体，保温30min；

（3）复合熔体温度达到690℃，加入复合熔体1.5wt%的发泡剂TiH₂，搅拌2min，继续保温发泡10min，冷却得产品。

其中AlN添加量为铝的4wt%。

检测上述制备的复合泡沫铝材料试样的压缩屈服强度为35MPa，孔隙率为75%。

实施例3

实施例3与实施例1不同之处在于：复合泡沫铝材料由以下步骤制备：

（1）配料：Mg 1.3wt%、Si 0.8wt%、Ca 0.6wt%、Ti 1.5wt%、Cr 0.45wt%；余量为Al；

（3）复合熔体温度达到700℃，加入复合熔体1.8wt%的发泡剂TiH₂，搅拌2min，继续保温发泡10min，冷却得产品。

其中AlN添加量为铝的4wt%。

检测上述制备的复合泡沫铝材料试样的压缩屈服强度为32MPa，孔隙率为78%。

实施例4

实施例4与实施例1不同之处在于：本申请的复合泡沫铝材料由以下步骤制备：

（1）配料：Mg 1.5wt%、Si 1wt%、Ca 0.5wt%、Ti 2wt%、Cr 0.3wt%；余量为Al；

（3）复合熔体温度达到700℃，加入复合熔体2wt%的发泡剂TiH₂，搅拌2min，继续保温发泡12min，冷却得产品。

其中AlN添加量为铝的5wt%。

检测上述制备的复合泡沫铝材料试样的压缩屈服强度为28MPa，孔隙率为80%。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种水文监测浮标防护装置，其特征在于：包括防护架一（1）、防护架二（2）和弧形支架（3），所述弧形支架（3）与防护架一（1）下部活动连接，与防护架二（2）上部固定连接；所述防护架一（1）外壁均匀分布横向支架（4），横向支架（4）上套接滚柱一（5），所述防护架二（2）外壁均匀分布竖向支架（6），竖向支架（6）上套接滚柱二（7），所述防护架一（1）和防护架二（2）内壁设置安装孔（8）；所述防护架二（2）内设置缓冲层（9），缓冲层（9）包括两侧的复合泡沫铝材料（12）以及中间的斜连的轻质钢板；

所述缓冲层（9）包括两侧的复合泡沫铝材料（12）以及中间的斜连的轻质钢板，所述斜连的轻质钢板内形成的空腔内填充轻质减震材料（13）；

所述复合泡沫铝材料（12）由以下步骤制备：

（2）降温至720℃，加入Ca以及少量的AlN和玻璃纤维，搅拌5-8min；所述AlN添加量为铝的3-5wt%，玻璃纤维添加量为铝的4wt%；

（3）复合熔体温度达到680-700℃，加入1.2-2wt%的发泡剂，搅拌2min，继续保温发泡8-12min，冷却得产品；

所述防护架一（1）内设置滑道（10），弧形支架（3）顶部设置与滑道（10）匹配的滑块（11），所述滑块（11）两侧设置缓冲弹簧（14）。

2.根据权利要求1所述的一种水文监测浮标防护装置，其特征在于：所述轻质减震材料（13）为聚氨酯泡沫。

3.根据权利要求1所述的一种水文监测浮标防护装置，其特征在于：所述发泡剂为TiH₂。