系留索系耐磨损试验装置的制作方法

本发明涉及一种试验装置，具体涉及一种留索系耐磨损试验装置。

背景技术：

对于长周期服役的锚泊平台(服役工作周期≥180d)，系留索系作为连接锚泊平台和锚的关键部件，一旦出现问题将导致平台脱离无法完成既定任务。锚泊平台服役期间在水流作用下，在垂直于流速方向上的平面内作横向摆动，沿着流速方向作前后摆动，同时锚泊平台绕自身运动质心和纵轴作俯仰、摇摆、横滚运动。上述运动促使锚泊平台不停的改变自身姿态，引发系留索系与过索器之间产生相对滑动，导致系留索系与过索器产生磨损，极易造成锚泊平台服役失效。

开展实验室模拟验证试验，可以有效解决单纯依靠试验方法进行研究分析带来的时间周期长、经费消耗大、实时监测困难等不利因素。对于做复杂运动的锚泊平台，采用单一因素的模拟试验显然无法真实反映锚泊平台的实际使用工况，缺乏对系留索系服役耐磨损性能做出客观、准确评估的条件。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种系留索系耐磨损试验装置，可同时在俯仰、摇摆和横滚等多个维度上综合模拟锚泊平台的运动轨迹，在实验室中模拟锚泊平台在服役期间的锚泊运动特性，有效检验系留索系能否满足锚泊平台的耐磨性要求。

所述的系留索系耐磨损试验装置包括：驱动电机、调速减速机构、固定支座、轨迹转换机构、系留安装座、牵引绳和负载；

其连接关系为：所述驱动电机的动力通过所述调速减速机构传递至轨迹转换机构，被试索系的一端与所述轨迹转换机构相连，另一端穿过安装在系留安装座上的被试过索器与张紧绳相连；所述张紧绳的另一端连接负载，所述负载用于为被试索系提供张紧力；

所述轨迹转换机构包括：扇形中心轮、行星架、行星轮、太阳轮、驱动轴和固定轴；所述扇形中心轮的弧形面上加工有外齿，中心对称线上设置有径向的腰型槽；所述驱动轴的一端与所述调速减速机构的动力输出轴相连，另一端连接轴线与其平行的连接杆，所述连接杆的端部位于所述扇形中心轮的腰形槽中，能够沿所述腰形槽的长度方向滑动；

所述太阳轮为与所述扇形中心轮同轴设置的扇形轮，且所述太阳轮的直径大于扇形中心轮的直径，其一端端面的弧形端向外延伸后弧形凸起，所述弧形凸起与所述扇形中心轮弧形面相对，且相对面上上加工有内齿，所述行星轮设置在扇形中心轮和太阳轮之间，同时与所述扇形中心轮和太阳轮啮合；所述太阳轮与固定支座固接；

所述行星架设置在扇形中心轮与驱动轴连接侧的相对侧，用于支撑所述太阳轮和所述行星轮；所述太阳轮、扇形中心轮和行星轮通过固定轴同轴相连，所述太阳轮、扇形中心轮和行星轮通过轴向限位机构进行轴向限位，所述太阳轮、扇形中心轮和行星轮能够绕所述固定轴转动；

所述被试索系与所述行星轮固连。

有益效果：

(1)在试验室条件下直接全尺寸实物仿真比较困难，本发明应用相对运动的方法，即保持锚泊平台和过索器不动，让锚按照与锚泊平台相反的运动路径来模拟锚泊平台的运动轨迹，从而综合模拟锚泊平台服役状态的俯仰、摇摆、横滚三者对系留索系的复合作用，实验结果更具全面性和有效性。

(2)该试验装置具有可连续自动换向的轨迹转换机构(左右摆动)，可以快速进行换向，且运动幅度和旋转角度可调，方便模拟不同流速下锚泊平台的服役运动特性；

(3)采用机械换向机构，无需人工干预及复杂的控制电路，结构简单可靠。

(4)可在实验室内实现对系留索系的耐磨性验证，具有实施方便、效率高等优点。

(5)通过改变驱动轴与固定轴的相对位置以及系留安装座、轨迹转换机构和牵引组件之间的相对位置，可模拟不同工况下的锚泊运动特性，实施方便快捷。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为迹转换机构正向示图；

图3为迹转换机构侧视图；

图4为扇形中心轮示意图。

其中：1-工作平台、2-驱动电机、3-调速减速机构、4-固定支座、5-轨迹转换机构、6-被试索系、7-系留安装座、8-张紧绳、9-牵引组件、10-负载、5-1—扇形中心轮、5-2—行星架、5-3—行星轮、5-4—太阳轮、5-5—支撑轴承、5-6—驱动轴、5-7—固定轴、5-8—轴套ⅰ、5-9—紧固件、5-10—轴套ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供一种系留索系耐磨损试验装置，通过在俯仰、摇摆和横滚等多个维度上综合模拟锚泊平台的运动轨迹，有效检验系留索系能否满足锚泊平台的耐磨性要求。

在实验室内模拟锚泊平台在系留状态下的运动特性，需要锚泊平台产生俯仰、摇摆、横滚及索系产生自旋(自旋力矩与放索长度及受力状态有关)。分析锚泊平台的运动轨迹，其本质上为两部分：1)系留索系绕系留组件的往复摆动和转动；2)锚泊平台的横滚或索系自旋，造成索系在系留组件处产生的往复旋转滑动，反映为索系相对于系留组件的角位移变化。

基于此，所设计的系留索系耐磨损试验装置如图1所示，包括：工作平台1以及设置在工作平台1上的驱动电机2、调速减速机构3、固定支座4、轨迹转换机构5、系留安装座7和牵引组件9，测试件为被试索系6和被试过索器。

其连接关系为：驱动电机2的动力通过调速减速机构3传递至轨迹转换机构5，被试索系6的一端与轨迹转换机构5相连，另一端穿过安装在系留安装座7上的被试过索器与张紧绳8相连；张紧绳8的另一端绕过牵引组件9与负载10连接。负载10用于为被试索系提供张紧力。

其中调速减速机构3采用渐开线齿轮减速机构，通过调节齿轮减速机构的传动比，可模拟不同流速作用下，系留索系的运动速率。

如图2-4所示，轨迹转换机构5包括：扇形中心轮5-1、行星架5-2、行星轮5-3、太阳轮5-4、驱动轴5-6和固定轴5-7。其连接关系为：扇形中心轮5-1的弧形面上加工有外齿，中心对称线上设置有径向的腰型槽；驱动轴5-6的一端与调速减速机构3的动力输出轴相连，另一端连接有轴线与其平行的连接杆，连接杆插入扇形中心轮5-1的腰形槽中，连接杆能够在腰形槽中滑动；由此驱动轴5-6与调速减速机构3一起旋转时，带动扇形中心轮5-1绕其中心点往复摆动，从而将驱动轴5-6的圆周运动转换为扇形中心轮5-1的往复摆动(模拟雷体的摆动)；且摆动过程中，驱动轴5-6端部的连接杆在扇形中心轮5-1的腰形槽中滑动。

太阳轮5-4为与扇形中心轮5-1同轴设置的扇形轮，且太阳轮5-4的直径大于扇形中心轮5-1的直径，其一端端面的弧形端向外延伸后弧形凸起，且使延伸的弧形凸起与扇形中心轮5-1弧形面相对，且相对面上上加工有内齿，行星轮5-3设置在扇形中心轮5-1和太阳轮5-4的弧形凸起之间，同时与扇形中心轮5-1和太阳轮5-4啮合。太阳轮5-4与固定支座4通过螺钉固连，从而将轨迹转换机构5固定，固定支座4安装在工作平台1上。

行星架5-2设置在扇形中心轮5-1一侧(与驱动轴5-6连接侧的相对侧)，且位于扇形中心轮5-1的对称线位置，行星架5-2的底部与扇形中心轮5-1圆心相对的位置加工有用于使固定轴5-7穿过的通孔，固定轴5-7依次穿过太阳轮5-4的圆心、扇形中心轮5-1的圆心和行星架5-2底部的通孔将三者连接，三者均可绕固定轴5-7自由旋转；在固定轴5-7上行星架5-2和扇形中心轮5-1之间设置有轴套ⅰ5-8，在太阳轮5-4和扇形中心轮5-1之间设置有轴套ⅱ5-10，固定轴5-7的两端设置有紧固件5-9，通过轴套ⅰ5-8、轴套ⅱ5-10和紧固件5-9实现了行星架5-2、扇形中心轮5-1和太阳轮5-4的轴向限位。行星架5-2的顶部通过支撑轴承5-5与太阳轮5-4内侧接触，同时行星轮5-3也通过轴承支撑在行星架5-2上。

被试索系4一端与行星轮5-3固连，另一端与被试过索器相连。

轨迹转换机构5中，由于驱动轴5-6的回转中心与扇形中心轮5-1回转中心不重合，驱动轴5-6做连续转动时，带动扇形中心轮5-1沿固定轴5-7做往复摇摆运动，从而使轨迹转换机构5具有连续自动换向功能。

驱动轴5-6可在扇形中心轮中间的腰形槽中滑动，通过改变驱动轴5-6与固定轴5-7的相对位置，可以改变扇形中心轮5-1的摇摆幅度，从而调整行星轮5-3的运动幅度和旋转角度。

由于行星架5-2不固定，扇形中心轮5-1、行星轮5-3与太阳轮5-4构成动轴轮系。扇形中心轮5-1在驱动轴5-6的驱动下，将驱动轴5-6的圆周运动转换为扇形中心轮5-1的往复摆动。行星轮5-3同时与扇形中心轮5-1和太阳轮5-4啮合，扇形中心轮5-1做往复摇摆运动时，使行星轮5-3产生一方面绕自身旋转，同时绕固定轴5-7转动的复合运动。由于被试索系6与行星轮5-3固连，行星轮5-3这种带有绕自身旋转和绕固定轴5-7公转的运动将传到至被试索系6，使被试索系6产生两种运动：1)被试索系6绕过索器的旋绕，即模拟锚泊平台的俯仰和摇摆运动；2)被试索系绕6自身旋转，即模拟锚泊平台的横滚运动。由此通过轨迹转换机构5将调速减速机构3的圆周运动变换为被试索系上6的与锚泊平台轨迹类似的带有俯仰、摇摆和横滚等的复合运动。

该方案中，轨迹转换机构5模拟锚的运动轨迹，轨迹转换机构5与系留安装座7之间的夹角以及行星轮绕系留安装座旋转的幅度共同模拟锚泊平台在水流作用下的摆动及俯仰的幅度，行星轮绕自身的旋转角度模拟锚泊平台的横滚角度；系留安装座7与牵引组件9之间的夹角模拟系留索由索筒到过索轮的角度变化。

进一步的，系留安装座7通过导轨支撑在工作平台1上，系留安装座7可沿导轨前后以及左右移动，由此可改变系留安装座7与轨迹转换机构5和牵引组件9的相对位置，进而能够改变被试索系6绕过索器的包角，同时也能改变被试索系6与安装在系留安装座7上的过索器的相对运动幅度以及传递横滚角的大小。

进一步的，牵引组件9包括底座、设置在底座上的竖直支架和水平支架，竖直支架上沿竖直方向设置有多个用于使牵引绳8穿过的穿绳孔，引绳8穿过竖直支架上的穿绳孔绕过设置在水平支架端部的张紧轮与负载10连接。调整牵引绳8所穿过的穿绳孔，能够调整牵引绳与系留安装座7之间的夹角，可以模拟不同绕索半径条件下，索系在过索器处的耐磨损特性。

水平支架为两组嵌套的矩形支撑件，在两组矩形支撑件中均沿水平方向设置有多组通孔，当调整牵引组件9的位置时，可以调整两组嵌套矩形支撑件的相对位置关系，便于重块10与工作平台1不发生干涉。

该试验装置的安装及试验过程为：

(1)将驱动电机2、调速减速机构3和固定支座4安装在工作平台1上；

(2)将太阳轮5-4与固定支座4连接，从而将轨迹转换机构5固定在工作平台1上；

(3)将驱动轴5-6与调速减速机构3连接并紧固；

(4)被试过索器安装在系留安装座7上；

(5)将被试索系一端与行星轮5-3连接，另一端与被试过索器连接；

(5)将张紧绳8一端与被试过索器连接，另一端绕过牵引组件9与负载10连接；

(6)设置调速减速机构3转速，启动驱动电机2，记录启动时间和关闭时间；

(7)若被试索系6断股或断裂，停止驱动电机2，计时停止，记录总时间；

(8)更换另一方案的索系和过索器进行重复试验。

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。