[發(fā)明專利]導(dǎo)輪式彈性繩索模擬裝置及應(yīng)用方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611013583.7
• 申請日: 2016-11-15
• 公開（公告）號: CN106872282A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫運(yùn)佳;黃宣軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中交天津港灣工程研究院有限公司;中交第一航務(wù)工程局有限公司;天津港灣工程質(zhì)量檢測中心有限公司
• 主分類號: G01N3/14
• 分類號: G01N3/14;G01N3/02
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)12214
• 代理人: 王秀奎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于港口航道工程實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)設(shè)備，具體涉及一種導(dǎo)輪式彈性繩索模擬裝置及應(yīng)用方法。

背景技術(shù)

隨著海洋經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，濱海資源得到進(jìn)一步的開發(fā)，深海經(jīng)濟(jì)越來越受到重視。船型的大型化及碼頭的深水化成為必然的趨勢，但隨之而來的，工程建設(shè)也將面對越來越惡劣的自然條件。船舶的系泊及大型結(jié)構(gòu)物的錨定通常會(huì)利用高強(qiáng)度的纜繩來與固定的墩柱連接以保證安全。纜繩的受力與船舶運(yùn)動(dòng)具有非常復(fù)雜的關(guān)系，它不僅涉及到系纜力等對船舶的非線性約束，同時(shí)還涉及風(fēng)、水流動(dòng)以及波浪的作用，而且不同的碼頭泊位布置方案如碼頭長度、結(jié)構(gòu)布置等也會(huì)直接影響到船舶的系纜力的分布。其中，系泊纜繩的布置方式、使用數(shù)量、初張拉力以及材料種類都會(huì)對船舶和碼頭結(jié)構(gòu)的安全與正常運(yùn)行產(chǎn)生重要的影響。

如上所述，由于船舶所受外荷載的多樣性，纜繩受力十分復(fù)雜，因此需要在實(shí)驗(yàn)室中通過船舶系泊物理模型試驗(yàn)的方法對實(shí)際工程中碼頭泊位和系泊船舶纜力設(shè)計(jì)等進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化。在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行船舶系泊物理模型試驗(yàn)時(shí)，需要合適的替代物來模擬實(shí)際工程中的彈性繩索(在實(shí)際工程中，纜繩在受拉力作用下都會(huì)有一定變形，而其變形將影響對于系纜物體的約束,纜繩的受力變形特性與其長度、直徑以及材料等因素有關(guān)，表現(xiàn)為明顯的非線性特點(diǎn)。因此正確的模擬彈性繩索對于試驗(yàn)結(jié)果具有重要的影響)。

目前，試驗(yàn)室主要通過組合彈簧片或者尋找相似替代材料來模擬實(shí)際工程原型的彈性繩索，如以縮小的鋼絲繩、尼龍線等性能接近的材料來進(jìn)行試驗(yàn)。但上述方法均無法較為準(zhǔn)確模擬實(shí)際繩索的拉力-變形曲線(即無法準(zhǔn)確模擬實(shí)際繩索的拉力變形特性)。一方面需要多次重復(fù)試驗(yàn)，操作費(fèi)時(shí)，且模擬效果較差；另一方面，由于實(shí)際工程中采用的繩索多樣，且由于試驗(yàn)比尺限制，很難找到一種便捷、通用的方法來模擬彈性繩索。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種可以準(zhǔn)確模擬實(shí)際工程中的彈性繩索的導(dǎo)輪式彈性繩索模擬裝置。該導(dǎo)輪式彈性繩索模擬裝置可以準(zhǔn)確模擬實(shí)際繩索的拉力變形特性，適用于船舶系泊、大型結(jié)構(gòu)物錨定等彈性繩索模擬，可推廣應(yīng)用于其他類型模型試驗(yàn)的繩索模擬。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種導(dǎo)輪式彈性繩索模擬裝置，包括兩個(gè)滑道板，在滑道板上沿其長向豎直開設(shè)有多個(gè)滑槽，在每一個(gè)滑槽上設(shè)置可以上下自由滑動(dòng)的限位螺絲；在兩個(gè)滑道板中間豎直設(shè)置有一空心導(dǎo)軌，空心導(dǎo)軌底部固定于底板上，空心導(dǎo)軌頂端設(shè)置一定滑輪，空心導(dǎo)軌的底部還滑動(dòng)套裝有一托盤；定滑輪一側(cè)的導(dǎo)線豎直穿過空心導(dǎo)軌并與底部托盤相連；其中空心導(dǎo)軌側(cè)面留有縫隙，以使托盤能夠隨導(dǎo)線通過導(dǎo)軌上下移動(dòng)；在空心導(dǎo)軌上還套設(shè)有多個(gè)重塊，重塊的數(shù)量與單個(gè)滑道板上的滑槽的數(shù)量一致；重塊之間通過彈簧連接，并在每個(gè)重塊的底部水平設(shè)置支撐桿，支撐桿的兩端分別搭接在兩個(gè)滑道板滑槽上的限位螺絲上，以使重塊只能向上移動(dòng)而限制其向下運(yùn)動(dòng)；當(dāng)彈性繩索受力時(shí)，繩索拉力通過滑輪導(dǎo)線將底部托盤提起，并壓縮彈簧，當(dāng)重塊提升高度達(dá)到一定程度時(shí)，底部托盤與其上重塊相接并繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)；至拉力達(dá)到最大值時(shí)，重塊停止向上運(yùn)動(dòng)，并隨著拉力變小向下運(yùn)動(dòng)；當(dāng)拉力恢復(fù)至小于某個(gè)重塊的重量時(shí)，該重塊由于受到限位螺絲的阻擋而停止向下運(yùn)動(dòng)。

在上述技術(shù)方案中，每個(gè)滑道板上豎直設(shè)置5-10個(gè)規(guī)格相同的滑槽，每個(gè)滑槽等間距布置。

在上述技術(shù)方案中，滑輪另一側(cè)的導(dǎo)線與另一個(gè)可移動(dòng)的滑輪相連，該可移動(dòng)的滑輪可靈活固定于彈性繩索的一段。

在上述技術(shù)方案中，在滑道板一側(cè)，設(shè)置一標(biāo)尺，其精度為毫米級，用于控制各個(gè)重塊之間的距離。

在上述技術(shù)方案中，為防止重塊在與托盤或前一個(gè)重塊接觸前被彈簧頂起，將重塊下部設(shè)置凹槽，將彈簧一段設(shè)置在凹槽內(nèi)，即留有部分的彈性空間。

所述的導(dǎo)輪式彈性繩索模擬裝置的具體設(shè)置方法：

(1)根據(jù)原型彈性繩索拉力-變形對應(yīng)關(guān)系，計(jì)算得到縮尺后的與原型對應(yīng)的模型繩索的拉力-變形關(guān)系，并取若干節(jié)點(diǎn)(F_n，L_n)，見下表，