一种模拟海况的试验装置的制作方法

1.本发明属于水下拖曳探测技术领域，具体涉及一种模拟海况的试验装置。


背景技术：

2.水下拖曳系统广泛用于探测海底地质、海洋水文和生态环境，主要由拖曳平台、绞车、缆绳和拖体等部件组成。其中拖体是所有水下探测设备的集成平台，可搭载以光学、声学、磁场等作为探测手段的传感器，而这些传感器对拖体的定深度和航行稳定性都有较高的指标要求。为确定拖体在拖曳过程中的航姿、定深等特性，必须进行拖曳试验。在拖曳过程中，如果海况等级较高有较大海浪，会使拖曳平台产生较大的升沉，而这种升沉会对拖体的定深特性产生较大影响。因此为确定拖体能否在特定环境下稳定工作，拖曳试验不仅要在水面较为平稳的情况下进行，还需要在有较大海浪的环境下进行。
3.以往为在有较大海浪的环境下进行拖曳试验，大多会去实际海域上开展。但是实际海洋环境复杂多变，想要在相应海况等级的环境下开展试验，需要选择特定的时间和地点并集合大量人力、物力和财力。但是往往试验还没有完成，海况环境已发生改变，不得不暂停试验等待下一个时机，导致不仅试验成本高，试验时间无法确定、试验周期过长，而且对参试人员和设备的安全也有较大威胁。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种模拟海况的试验装置，克服了必须去海上开展拖曳试验的限制，能在较为平静的湖泊或水池中模拟较高等级海况对拖体拖曳过程中定深特性的影响；并且本海况模拟装置能通过主动调节模拟不同海况等级下海浪的大小对拖体的影响，从而增加试验数据多样性，提高试验效率。
5.本发明是通过下述技术方案实现的：
6.一种模拟海况的试验装置，包括：安装平台、滚轮结构、导向杆、伺服电动缸及缆绳；
7.所述伺服电动缸的一端和两个以上导向杆均固定安装在船的甲板上，所述安装平台安装在伺服电动缸的另一端，且与导向杆孔轴配合，安装平台能够在伺服电动缸的作用下沿导向杆的长度方向往复移动；所述滚轮结构安装在安装平台上，所述缆绳绕装穿过滚轮结构后，与水下的拖体连接。
8.进一步的，所述滚轮结构为三滚轮结构包括安装板和三个滚轮，三个滚轮并列安装在安装板上，位于两侧的滚轮均为导向轮，位于中间的滚轮为测力轮，两个导向轮的轴线距测力轮的轴线的距离相同；
9.安装板安装在安装平台上，三个滚轮的轴线与安装平台的上表面之间的距离一致，所述缆绳一端固定，另一端依次穿过一个导向轮的上侧、测力轮的下侧和另一个导向轮的上侧后，与位于水下的拖体连接。
10.进一步的，所述测力轮上装有传感器，传感器与控制系统电连接。
11.进一步的，所述安装平台上加工有与所述导向杆个数相同的通孔；每个通孔内均焊接有一个耐磨轴套；
12.两个以上导向杆相互平行设置，每个导向杆的一端均固定安装在船尾的甲板上，另一端一一对应穿过安装平台的耐磨轴套，并与耐磨轴套滑动配合。
13.进一步的，连接头、缸体、滚珠丝杠、推杆、伺服电机、底座和多圈绝对值编码器；
14.底座安装在船尾的甲板上，缸体和伺服电机均安装在底座上，所述滚珠丝杠和推杆位于缸体中，伺服电机的输出端与滚珠丝杠的一端连接，多圈绝对值编码器安装在滚珠丝杠的另一端；所述推杆套装在滚珠丝杠外部，并与滚珠丝杠螺纹配合，连接头的一端与推杆的端部连接，另一端伸出于缸体，并与安装平台连接；所述伺服电动缸的伺服驱动器与控制系统电连接，多圈绝对值编码器也与控制系统电连接。
15.进一步的，所述伺服电动缸的连接头通过联轴器与安装平台连接。
16.有益效果：
17.(1)本发明通过伺服电动缸带动安装平台上的三滚轮结构上下移动，从而模拟较高等级海况对拖体拖曳过程中定深特性的影响，克服了必须去海上开展拖曳试验的限制，能在较为平静的湖泊或水池中进行试验。
18.(2)本发明通过控制系统调整伺服电动缸的速度和行程，可以模拟不同海况等级下海浪的周期和波高，从而增加试验数据多样性，提高试验效率。
19.(3)本发明通过导向杆对安装平台的直线运动进行导向，使安装平台的上下移动平稳；导向杆还对安装平台的水平限位，使得安装平台与伺服电动缸之间仅有微小位移；再通过联轴器补偿安装平台与伺服电动缸之间的微小位移，使得伺服电动缸的滚珠丝杠免受径向力，从而防止伺服电动缸的滚珠丝杠受径向拉力产生弯曲甚至断裂。
20.(4)本发明通过位于测力轮上的传感器，来实时监测缆绳的拉力，当拉力过大时能及时切断伺服电动缸电源，保护试验设备。
21.(5)本发明通过设置耐磨轴套，使得导向杆与安装平台之间减小摩擦，能够相对顺畅滑动。
22.(6)本发明使得拖曳试验成本低，试验时间可控、试验周期缩短，且保证了参试人员和设备的安全，结构简单，易于制造，能够在拖曳试验中进行广泛的应用。
附图说明
23.图1是海况模拟装置整体安装示意图(一)；
24.图2是海况模拟装置整体安装示意图(二)；
25.图3是伺服电动缸结构示意图；
26.图4三滚轮结构缆绳安装示意图；
27.图5是三滚轮结构缆绳拉力原理图；
28.图6是海况模拟装置工作原理示意图；
29.其中，1-安装平台，2-三滚轮结构，3-导向杆，4-耐磨轴套，5-伺服电动缸，6-联轴器，7-缆绳，8-拖体，9-船尾，5.1-连接头，5.2-缸体，5.3-推杆，5.4-伺服电机，5.5-底座。
具体实施方式
30.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
31.本实施例提供了一种模拟海况的试验装置，参见附图1和2，包括：安装平台1、三滚轮结构2、四个导向杆3、伺服电动缸5及缆绳7；
32.所述三滚轮结构2包括：安装板、三个滚轮和传感器，参见附图1和4，三个滚轮并列安装在安装板上，位于两侧的滚轮均为导向轮；位于中间的滚轮为测力轮，且装有传感器；两个导向轮的轴线距测力轮的轴线的距离均为b；
33.所述安装平台1为长方形钢板，所述长方形钢板的四个角分别加工有一个通孔；每个通孔内均焊接有一个耐磨轴套4；
34.参见附图3，所述伺服电动缸5包括：连接头5.1、缸体5.2、滚珠丝杠、推杆5.3、伺服电机5.4、底座5.5和多圈绝对值编码器(图中未画出)；缸体5.2和伺服电机5.4均安装在底座5.5上，所述滚珠丝杠和推杆5.3位于缸体5.2中，伺服电机5.4的输出端与滚珠丝杠的一端连接，多圈绝对值编码器安装在滚珠丝杠的另一端的端部；所述推杆5.3套装在滚珠丝杠外部，并与滚珠丝杠螺纹配合，连接头5.1的一端与推杆5.3的端部连接，另一端伸出于缸体5.2，伺服电机5.4的输出轴带动滚珠丝杠旋转，从而带动推杆5.3和连接头5.1沿缸体5.2的长度方向做直线往复运动；
35.各部件的连接关系如下：
36.参见附图6，所述伺服电动缸5一端的底座5.5安装在船尾9的甲板上，另一端的连接头5.1通过联轴器6与安装平台1连接；所述伺服电动缸5的伺服驱动器与控制系统电连接，多圈绝对值编码器也与控制系统电连接；
37.四个所述导向杆3相互平行设置，每个导向杆3的一端均固定安装在船尾9的甲板上，另一端一一对应穿过安装平台1的四个耐磨轴套4，并与耐磨轴套4滑动配合，使得安装平台1能够沿导向杆3的长度方向往复运动；
38.所述三滚轮结构2的安装板安装在安装平台1上，三个滚轮的轴线与安装平台1的上表面之间的距离一致，所述缆绳7一端固定，另一端依次穿过一个导向轮的上侧、测力轮的下侧和另一个导向轮的上侧后，与位于水下的拖体8连接；位于测力轮上的传感器与控制系统电连接。
39.模拟海况原理：试验装置安装在船尾9甲板上，当海况模拟装置启动运行时，控制系统发送指令给伺服驱动器，伺服驱动器根据指令驱动伺服电机5.4运转，从而使滚珠丝杠旋转来带动推杆5.3沿缸体5.2的长度方向做直线往复运动，从而带动安装平台1及其上的三滚轮结构2进行上下运动，从而使绕装在三滚轮结构2上的缆绳7带动拖体8运动；以此来模拟拖曳平台在海浪作用下产生的升沉对拖体8定深的影响，从而克服了必须去海上开展拖曳试验的限制，能在较为平静的湖泊或水池中模拟较高等级海况对拖体8拖曳过程中定深特性的影响；
40.位于滚珠丝杠端部的多圈绝对值编码器实时反馈推杆5.3的位置给控制系统，通过控制系统调节伺服电动缸5的推杆5.3的速度和行程，可以模拟不同海况等级下海浪的周期和波高，从而增加试验数据多样性，提高试验效率。
41.试验装置运行可靠原理：(1)参见附图4和附图5，令测力轮两侧的缆绳7的拉力为f1和f2，测力轮两侧的缆绳7的拉力的合力为f3，通过一个导向轮的上侧和测力轮的下侧的
缆绳7与安装平台1的夹角为α；可知f1＝f2，α值恒定，所以，f3的指向为测力轮径向方向，且f3＝2f1
·
sinα，所以通过传感器测量缆绳7对测力轮的径向力即测力轮两侧的缆绳7的拉力的合力，则能够测量测力轮两侧的缆绳7的拉力；以实时监测的缆绳7的所受拉力，当缆绳7所受拉力过大时，可通过控制系统切断伺服电动缸5的电源使其停止运行，从而保护试验装置；
42.(2)参见附图6，拖体8通过缆绳7会给安装平台1上的三滚轮结构2水平方向的力(对伺服电动缸5的滚珠丝杠来说为径向)，过大的径向力会导致伺服电动缸5的滚珠丝杠弯曲甚至断裂，通过导向杆3对安装平台1的水平限位，使得安装平台1与伺服电动缸5之间仅有微小位移；
43.此外，安装平台1与伺服电动缸5之间通过联轴器6连接，联轴器6具有补偿两连接轴的轴线不一致的特性，能够补偿安装平台1与伺服电动缸5之间的微小位移，使伺服电动缸5只承载轴向力而不受径向力影响，从而防止伺服电动缸5的滚珠丝杠受径向拉力产生弯曲甚至断裂。
44.所以本发明能够模拟不同海况等级下海浪的周期和波高，且结构安全可靠。
45.综上所述，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。