CN207036118U - 测试拖锚过程中锚运动形态及锚抓力的试验装置 - Google Patents

Abstract

一种测试拖锚过程中锚运动形态及锚抓力的试验装置，有装载底质土体、槽壁顶标有水平刻度的试验槽和埋在所述底质土体中的模型锚，以及门型架，门型架两侧的侧板安装在所述试验槽两侧的侧壁上，且能够沿所述的侧壁滑动，埋在底质土体中的模型锚通过1根以上的绳与所述门型架的横梁相连接，所述模型锚的前端还通过拖曳钢丝绳连接位于试验槽外部的能够带动所述模型锚在底质土体中沿所述试验槽的长度方向移动的拖曳机构，所述的拖曳机构上连接有用于采集拖曳力的数据采集系统。本实用新型可模拟不同底质、不同埋深、不同锚型、不同拖曳角度和速度的拖锚过程，可同时测试锚在拖锚过程中的锚抓力、锚的运动轨迹、姿态调整等，从而为锚的优化设计提供参考。

Description

测试拖锚过程中锚运动形态及锚抓力的试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种测试锚的抓力和形态变化的装置。特别是涉及一种测试拖锚过程中锚运动形态及锚抓力的试验装置。

背景技术

近年来随着经济全球化的发展以及海洋资源的大力开发利用，越来越多的适用于不同工程背景(大型油轮、大中型货轮、海上浮式平台及其他海上建筑)的锚被研发出来，从早期的有杆锚(海军锚、Trotmann锚(英国)、Martin锚(法国))，到无杆锚(霍尔锚(英国)、JIS无杆锚(日本)、斯贝克锚(荷兰)、尾翼式锚(中国))，再到20世纪中叶前后出现的大抓力锚(Wishbone锚(英国)、AC-14型锚(英国)、波尔锚(荷兰)、德宏锚(丹麦)、DA-1型锚(日本))，以及其他的特种锚(鱼雷锚、桩锚等)。不同设计形式的锚在底质中的运动形态各有特点，这直接决定着锚的抓力大小及稳定性、啮土性能等各项关键性能的发挥。

对于各类型锚的研究大多集中在采用模型试验或实船试验测试锚抓力上，例如：Neubecker和Randolph在砂土中拖曳锚的离心模型试验中，通过在模型锚上表面安装垂直探针的方法来测试锚的位置、埋深和翻转角度，但该离心模型试验中所用模型锚的自重较小，探针的重量会对锚的受力和重心分布产生较大的影响。Lee等人和Shin等人通过模型试验研究了不同底质中不同锚型的锚抓力大小，但对于直接关系到锚性能的锚在底质中的运动形态，没有做进一步研究。中村技研工业有限会社、Kuniaki、Hinata、佐藤治夫、戎嘉隆、中国船舶及海洋工程设计院试验室、泸东造船集团等采用实船试验或模型试验研究了锚的抓住性能和入土性能等，为锚的实际使用提供了极为可靠的实际数据，不过，在锚在底质中的实际运动形态的发展变化规律上还有待深入的研究，而这一规律直接关系着锚的姿态发展，从而影响着锚的抓驻性、稳定性及其他各项性能。Bruce公司的试验利用合成锂皂石模拟海底基床，观测锚在底质中的运动轨迹和形态，但该方法与实际情况差异较大。李林安、王世斌等发明了模拟海底管道抗锚害的试验装置，可分析抛锚和拖锚过程，但试验中不能直接测量锚的位置、形态变化等重要参数。刘军、韩聪聪等人等提出了测量锚运动轨迹和承载力的简易方法，该方法通过加速度传感器和力传感器测试锚的承载力和运动轨迹，不过对船用锚由于锚链卧底段传递的水平或角度较小的拖曳力无法很好的模拟。另外，还有提出采用红外线、X光、CT扫描成像、雷达等技术测量的，但上述方法花费巨大且操作复杂不易使用。

综上所述，现有方法集中于利用模型试验、实船试验研究锚的抓力性能和抓住性能等，以及在试验基础上提出的理论分析，但对直接关系着锚工作性能的锚与海床土体的相互作用、在拖动过程中的姿态变化(平动、插入与翻转等)等，目前还没有较直观可靠的研究手段。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种可模拟不同底质、不同初始埋深、不同锚型、不同拖曳角度和速度的测试拖锚过程中锚运动形态及锚抓力的试验装置。

本实用新型所采用的技术方案是：一种测试拖锚过程中锚运动形态及锚抓力的试验装置，包括有装载底质土体、槽壁顶标有水平刻度的试验槽和埋在所述底质土体中的模型锚，还设置有门型架，所述门型架两侧的侧板安装在所述试验槽两侧的侧壁上，且能够沿所述的侧壁滑动，埋在底质土体中的模型锚通过1根以上的绳与所述门型架的横梁相连接，所述模型锚的前端还通过拖曳钢丝绳连接位于试验槽外部的能够带动所述模型锚在底质土体中沿所述试验槽的长度方向移动的拖曳机构，所述的拖曳机构上连接有用于采集拖曳力的数据采集系统。

所述试验槽的两个侧壁的上端面沿长度方向分别各设置有导轨，所述门型架两侧的侧板结构相同，均在底部一体形成有滑块，所述滑块底端面向内凹进的形成有能够套在所述导轨上并在外力的推动下使滑块沿所述导轨移动的凹槽。

所述拖曳机构包括有：位于所述试验槽后端的能够通过连接拖曳钢丝绳来拖曳模型锚移动的主动拖曳机构和位于所述试验槽前端的用于滑动的支撑所述拖曳钢丝绳的滑动支撑机构，所述拖曳钢丝绳的另一端贯穿所述试验槽前端的槽壁连接位于底质土体内的模型锚。

所述主动拖曳机构包括有用于滑动的支撑所述拖曳钢丝绳的后端定滑轮，以及位于所述后端定滑轮下方并与所述拖曳钢丝绳一端相连的変速卷扬机，所述拖曳钢丝绳通过所述后端定滑轮的支撑连接所述滑动支撑机构，其中，所述的后端定滑轮的高度为使所支撑的拖曳钢丝绳位于所述试验槽上端口的上方。

所述的滑动支撑机构包括有：下端固定在地面内的支撑板，固定在所述支撑板临近试验槽的侧面上的前端定滑轮，以及能够通过调节而上下滑动的安装在所述支撑板临近试验槽的侧面上的动滑轮，所述的动滑轮位于所述前端定滑轮下方，其中，所述的前端定滑轮的高度与主动拖曳机构中的后端定滑轮的高度相同。

所述的支撑板远离试验槽的侧面上连接有2道以上的钢架斜撑的一端，所述钢架斜撑的另一端通过螺栓固定在地面上。

所述的支撑板上位于所述前端定滑轮的下面设置有滑轨，所述的动滑轮位于所述的滑轨上，并在外力的作用下能够沿所述滑轨移动，在位于滑轨内侧边的支撑板上开有用于定位动滑轮的螺丝孔，当所述的动滑轮调整到滑轨的设定位置后，通过固定螺丝和螺丝孔进行定位。

所述的数据采集系统包括有依次串联连接的力传感器、数据采集装置和计算机，所述的力传感器连接在拖曳机构中的位于底质土体外面的拖曳钢丝绳上，用于采集拖曳钢丝绳的拖曳力。

本实用新型的测试拖锚过程中锚运动形态及锚抓力的试验装置，可模拟不同底质、不同埋深、不同锚型、不同拖曳角度和速度的拖锚过程，可同时测试锚在拖锚过程中的锚抓力、锚的运动轨迹、姿态调整等，用于揭示不同锚型结构与底质土体间的相互运动、锚的平移或转动规律等，从而为锚的优化设计提供参考。本实用新型的优点如下：

1、组成结构简单，各部件通过简单的安装即可使用。

2、易于操作测试，各组成部分的用法简单，用途明确，通过控制锚的初始埋深，调整拖曳角度和速度，用拉力传感器测试拖曳力，利用简易方法即可测得拖动过程中锚的水平和竖向位置、翻转角度等运动规律。

3、所测试的锚抓力、锚的运动轨迹与姿态变化等数据，可直观反映出锚在底质中的运动规律，为锚土相互作用规律的研究和锚的设计改进提供参考。

4、该装置可模拟不同土质、不同初始落锚深度、不同拖曳角度、不同拖曳速度、不同锚型的拖锚过程，满足船舶工程和海洋工程中研究锚的多种要求。

附图说明

图1是本实用新型测试拖锚过程中锚运动形态及锚抓力的试验装置的整体结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是本实用新型中门型架与试验槽侧壁连接的侧面结构示意图；

图4是本实用新型中门型架与试验槽侧壁连接的正面结构示意图；

图5是本实用新型中支撑板与动滑轮和定滑轮连接的结构示意图。

图中

1：试验槽 2：导轨

3：门型架 4：绳

5：模型锚 6：底质土体

7：拖曳钢丝绳 8：侧壁

9：地面 10：后端定滑轮

11：変速卷扬机 12：支撑板

13：前端定滑轮 14：动滑轮

15：钢架斜撑 16：螺栓

17：滑轨 18：螺丝孔

19：固定螺丝 20：力传感器

21：数据采集装置 22：计算机

23：侧板 24：横梁

25：滑块 26：凹槽

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型的测试拖锚过程中锚运动形态及锚抓力的试验装置做出详细说明。

如图1、图2所示，本实用新型的测试拖锚过程中锚运动形态及锚抓力的试验装置，包括有装载底质土体6、槽壁上标有刻度尺的试验槽1和埋在所述底质土体6中的模型锚5，以及门型架3。所述的模型锚5可以埋在底质土体6的任意深度。所述门型架3两侧的侧板23安装在所述试验槽1两侧的侧壁8上，且能够沿所述的侧壁8滑动，埋在底质土体6中的模型锚5通过1根以上的绳4与所述门型架3的横梁24相连接，所述模型锚5的前端还通过拖曳钢丝绳7连接位于试验槽1外部的能够带动所述模型锚5在底质土体6中沿所述试验槽1的长度方向移动的拖曳机构，所述的拖曳机构上连接有用于采集拖曳力的数据采集系统。

试验中，通过设置不同的锚的初始埋深，可模拟不同的落锚条件；通过调节动滑轮14的高度，可实现不同的拖曳角度，以模拟实际拖锚中不同的拖曳条件；通过変速卷扬机可改变转速模拟锚的不同拖曳速度。

所述的数据采集系统包括有依次串联连接的力传感器20、数据采集装置21和计算机22，所述的力传感器20连接在拖曳机构中的位于底质土体6外面的拖曳钢丝绳7上，用于采集拖曳钢丝绳7的拖曳力。其中，所述的力传感器20可以选择型号为BLR-1，厂家为华东电子仪器厂的产品，也可以选择型号为LCS-S7，厂家为smowo的产品。所述的数据采集装置21可以选择型号为DH3817，厂家为东华电子仪表厂的产品，也可以选择型号为TST3827，厂家为靖江市泰斯特电子有限公司的产品。

如图2、图3、图4所示，所述试验槽1的两个侧壁8的上端面沿长度方向分别各设置有导轨2，所述门型架3两侧的侧板23结构相同，均在底部一体形成有滑块25，所述滑块25底端面向内凹进的形成有能够套在所述导轨2上并在外力的推动下使滑块25沿所述导轨2移动的凹槽26。

如图1所示，所述拖曳机构包括有：位于所述试验槽1后端的能够通过连接拖曳钢丝绳7来拖曳模型锚5移动的主动拖曳机构和位于所述试验槽1前端的用于滑动的支撑所述拖曳钢丝绳7的滑动支撑机构，所述拖曳钢丝绳7的另一端贯穿所述试验槽1前端的槽壁连接位于底质土体6内的模型锚5。

所述主动拖曳机构包括有用于滑动的支撑所述拖曳钢丝绳7的后端定滑轮10，以及位于所述后端定滑轮10下方并与所述拖曳钢丝绳7一端相连的変速卷扬机11，所述拖曳钢丝绳7通过所述后端定滑轮10的支撑连接所述滑动支撑机构，其中，所述的后端定滑轮10的高度为使所支撑的拖曳钢丝绳7位于所述试验槽1上端口的上方。

所述的滑动支撑机构包括有：下端固定在地面9内的支撑板12，固定在所述支撑板12临近试验槽1的侧面上的前端定滑轮13，以及能够通过调节而上下滑动的安装在所述支撑板12临近试验槽1的侧面上的动滑轮14，通过移动动滑轮14，可以调整模型锚5在试验槽1中初始埋设深度，用于分析不同初始埋深下的模型锚5的运动规律。所述的动滑轮14位于所述前端定滑轮13下方，其中，所述的前端定滑轮13的高度与主动拖曳机构中的后端定滑轮10的高度相同。

如图5所示，所述的支撑板12远离试验槽1的侧面上连接有2道以上的钢架斜撑15的一端，所述钢架斜撑15的另一端通过螺栓16固定在地面9上。所述的支撑板12上位于所述前端定滑轮13的下面设置有滑轨17，所述的动滑轮14位于所述的滑轨17上，并在外力的作用下能够沿所述滑轨17移动，在位于滑轨17内侧边的支撑板12上开有用于定位动滑轮14的螺丝孔18，当所述的动滑轮14调整到滑轨17的设定位置后，通过固定螺丝19和螺丝孔18进行定位。支撑板12后侧的若干道钢架斜撑用于提供反力。

本实用新型的测试拖锚过程中锚运动形态及锚抓力的试验装置的具体试验操作方式如下：

1、在试验槽1中装入要研究的底质土体6，根据研究目的设置土体的密实度和强度。

2、用拖曳钢丝绳7连接卷扬机11、力传感器20，绕过前端定滑轮13、后端定滑轮10和动滑轮，与模型锚5连接，将模型锚5与拖曳钢丝绳埋入试验设计的深度，在模型锚5上绑接两根以上的细绳4，在试验槽1顶部安装好可滑动的门型架，绳头高于门型架顶，用于测试模型锚5的埋深，通过测点的埋深和相对水平位置，可计算出锚的翻转角度。根据试验计划的拖曳角度，将支撑板12下部的动滑轮14移动到设计高度，固定。运转変速卷扬机使拖曳钢丝绳略绷紧后关闭拖曳机构。

3、连接力传感器与数据采集装置以及计算机，打开并调试完成。

4、通过轻拽细绳读取在试验槽槽壁上的水平位置、测量绳头超过门型架的高度，测试并记录模型锚5两个以上测点的初始状态时的水平和竖向位置，由此还可计算得到锚的初始翻转角度。

5、打开拖曳机构，使模型锚5按设计拖动速度和角度向前拖动，模型锚的锚抓力由力传感器和数据采集装置测试记录，拖曳过程中定期按照步骤4的方法测试并记录锚的水平和竖向位置，直到试验结束。

6、试验结束后，关闭変速卷扬机，保存试验数据，关闭计算机、数据采集装置。挖出模型锚，清洗模型锚后上油保存。滑轮组上油维护，拆除可移动门型架，解开拖曳钢丝绳上的力传感器，与数据采集装置一起存放。

Claims (8)

1.一种测试拖锚过程中锚运动形态及锚抓力的试验装置，包括有装载底质土体（6）、槽壁顶标有水平刻度的试验槽（1）和埋在所述底质土体（6）中的模型锚（5），其特征在于，还设置有门型架（3），所述门型架（3）两侧的侧板（23）安装在所述试验槽（1）两侧的侧壁（8）上，且能够沿所述的侧壁（8）滑动，埋在底质土体（6）中的模型锚（5）通过1根以上的绳（4）与所述门型架（3）的横梁（24）相连接，所述模型锚（5）的前端还通过拖曳钢丝绳（7）连接位于试验槽（1）外部的能够带动所述模型锚（5）在底质土体（6）中沿所述试验槽（1）的长度方向移动的拖曳机构，所述的拖曳机构上连接有用于采集拖曳力的数据采集系统。

2.根据权利要求1所述的测试拖锚过程中锚运动形态及锚抓力的试验装置，其特征在于，所述试验槽（1）的两个侧壁（8）的上端面沿长度方向分别各设置有导轨（2），所述门型架（3）两侧的侧板（23）结构相同，均在底部一体形成有滑块（25），所述滑块（25）底端面向内凹进的形成有能够套在所述导轨（2）上并在外力的推动下使滑块（25）沿所述导轨（2）移动的凹槽（26）。

3.根据权利要求1所述的测试拖锚过程中锚运动形态及锚抓力的试验装置，其特征在于，所述拖曳机构包括有：位于所述试验槽（1）后端的能够通过连接拖曳钢丝绳（7）来拖曳模型锚（5）移动的主动拖曳机构和位于所述试验槽（1）前端的用于滑动的支撑所述拖曳钢丝绳（7）的滑动支撑机构，所述拖曳钢丝绳（7）的另一端贯穿所述试验槽（1）前端的槽壁连接位于底质土体（6）内的模型锚（5）。

4.根据权利要求3所述的测试拖锚过程中锚运动形态及锚抓力的试验装置，其特征在于，所述主动拖曳机构包括有用于滑动的支撑所述拖曳钢丝绳（7）的后端定滑轮（10），以及位于所述后端定滑轮（10）下方并与所述拖曳钢丝绳（7）一端相连的変速卷扬机（11），所述拖曳钢丝绳（7）通过所述后端定滑轮（10）的支撑连接所述滑动支撑机构，其中，所述的后端定滑轮（10）的高度为使所支撑的拖曳钢丝绳（7）位于所述试验槽（1）上端口的上方。

5.根据权利要求3所述的测试拖锚过程中锚运动形态及锚抓力的试验装置，其特征在于，所述的滑动支撑机构包括有：下端固定在地面（9）内的支撑板（12），固定在所述支撑板（12）临近试验槽（1）的侧面上的前端定滑轮（13），以及能够通过调节而上下滑动的安装在所述支撑板（12）临近试验槽（1）的侧面上的动滑轮（14），所述的动滑轮（14）位于所述前端定滑轮（13）下方，其中，所述的前端定滑轮（13）的高度与主动拖曳机构中的后端定滑轮（10）的高度相同。

6.根据权利要求5所述的测试拖锚过程中锚运动形态及锚抓力的试验装置，其特征在于，所述的支撑板（12）远离试验槽（1）的侧面上连接有2道以上的钢架斜撑（15）的一端，所述钢架斜撑（15）的另一端通过螺栓（16）固定在地面（9）上。

7.根据权利要求5所述的测试拖锚过程中锚运动形态及锚抓力的试验装置，其特征在于，所述的支撑板（12）上位于所述前端定滑轮（13）的下面设置有滑轨（17），所述的动滑轮（14）位于所述的滑轨（17）上，并在外力的作用下能够沿所述滑轨（17）移动，在位于滑轨（17）内侧边的支撑板（12）上开有用于定位动滑轮（14）的螺丝孔（18），当所述的动滑轮（14）调整到滑轨（17）的设定位置后，通过固定螺丝（19）和螺丝孔（18）进行定位。

8.根据权利要求1所述的测试拖锚过程中锚运动形态及锚抓力的试验装置，其特征在于，所述的数据采集系统包括有依次串联连接的力传感器（20）、数据采集装置（21）和计算机（22），所述的力传感器（20）连接在拖曳机构中的位于底质土体（6）外面的拖曳钢丝绳（7）上，用于采集拖曳钢丝绳（7）的拖曳力。