一种冰冻深海单桩开孔实验模拟装置的制作方法

1.本实用新型主要涉及深海作业模拟装置的技术领域，具体涉及一种冰冻深海单桩开孔实验模拟装置。


背景技术：

2.近些年来，海洋中所蕴含的丰富资源正在被人类大力开发，随之而来的便是大量海上打桩机的建设与施工，而对海上打桩的各类研究也是重要的一环。
3.根据申请号为cn202021112055.9的专利文献所提供的一种实验室用模拟海上打桩装置可知，该打桩模拟装置包括试验箱、插入试验箱中的圆杆桩、打桩锤，导向机构、牵引机构以及支撑架；导向机构与支撑架相连，支撑架将导向机构设置在所述圆杆桩的正上方，打桩锤沿着所述导向机构的导向方向从高度下落冲击圆杆桩；所述牵引机构与所述打桩锤相连，用于控制所述打桩锤的打桩高度。通过模拟装置可以在实验室对打桩进行模拟测试，模拟不同的参数调节对打桩过程中的噪声传播、振动特性的影响。
4.上述打桩模拟装置可以在实验室对打桩进行模拟测试，模拟不同的参数调节对打桩过程中的噪声传播、振动特性的影响，但上述打桩模拟装置无法模拟深海的冰层环境，导致模拟效果不够理想。


技术实现要素：

5.本实用新型主要提供了一种冰冻深海单桩开孔实验模拟装置用以解决上述背景技术中提出的技术问题。
6.本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案为：
7.一种冰冻深海单桩开孔实验模拟装置，包括打桩机，所述打桩机的执行端通过连接绳与打桩锤相连接，所述打桩机的一侧设有供打桩锤穿插的实验模拟组件；
8.所述实验模拟组件包括设于打桩机一侧、且供打桩锤穿插的支撑架，设于所述支撑架内部的密封机构，以及设于所述密封机构底端的冰层模拟机构；
9.所述冰层模拟机构包括设于支撑架内部的两个直线模组，设于两个所述直线模组之间、且与直线模组的执行端相连接的试验箱，固定于所述试验箱内部一端的制冰部件，以及固定于所述试验箱内部另一端的数据收集部件；
10.所述数据收集部件包括固定于所述试验箱壳体上、且由上至下依次设置的振动传感器、分贝仪、摄像头以及加压喷气头。
11.进一步的，所述支撑架的上表面固定有对称设置的第一卷扬机，设于所述第一卷扬机底端、且开设于所述支撑架壳体上的开口，两个所述开口之间设有供所述打桩锤穿插的导向孔，所述导向孔设于所述支撑架的顶端，支撑架通过导向孔供打桩锤穿过，并引导打桩锤进行下落，通过开口引导第一卷扬机上的第一钢丝绳进行运行。
12.进一步的，所述密封机构包括与所述试验箱的上表面相抵接的密封盖，以及固定于所述密封盖上表面、且对称设置的连接头，所述连接头的顶端固定有第一钢丝绳，所述第
一钢丝绳贯穿开口与第一卷扬机相连接，试验箱通过密封盖进行密封，以便于试验箱的内部形成深海环境。
13.进一步的，所述试验箱的上表面固定有多个电磁铁，所述试验箱通过电磁铁与密封盖的下表面相连接，试验箱通过通电后的电磁铁对密封盖进行吸附，以提高密封盖在试验箱上的固定效果。
14.进一步的，所述制冰部件包括穿设于所述试验箱远离振动传感器一端的蒸发器，固定于所述蒸发器延伸至试验箱内部的一侧表面的储冰框，通过试验箱内的喷头不断向储冰框的内部注水，蒸发器吸收储冰框内部水的热量，使得储冰框内部结冰。
15.进一步的，所述蒸发器延伸至外部的一端连接有热气阀，压缩机排出的高温高压的制冷剂蒸汽直接由热气阀进入蒸发器，以通过该热气对蒸发器进行加热，当蒸发器加热到一定程度时，储冰框内的冰块掉落。
16.进一步的，所述试验箱的一侧固定有机箱，所述机箱与试验箱相互远离的一侧表面均固定有第二卷扬机，所述第二卷扬机的执行端连接有第二钢丝绳，所述第二钢丝绳贯穿试验箱延伸至试验箱的内部连接有升降板，由于冰块掉落在升降板上，从而带动穿孔后的升降板进行上升，以便于冰块的取出和更换。
17.进一步的，所述机箱的内部固定有压缩机，所述压缩机的输入端与蒸发器的输出端之间通过管道相连接，所述压缩机的输出端与所述热气阀的输入端相连接，所述机箱的内部还设有位于所述压缩机一侧、且与所述蒸发器的输出端相连接的冷凝器，所述冷凝器的输出端与蒸发器的输入端之间通过管道相连接。
18.进一步的，所述机箱的顶端穿设有气缸，所述气缸的活塞杆的上表面固定有供所述第二钢丝绳穿插的u形拉伸座，通过第二钢丝绳拉动升降板，直至升降板倾斜，以便于升降板上的冰块，借助斜坡滑落。
19.进一步的，所述试验箱的两端均嵌入有供第二钢丝绳穿插的密封环，所述密封环的内部嵌入有多个滚珠，通过密封环减小第二钢丝绳与试验箱之间的间隙，防止试验箱内部的高压空气泄露。
20.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
21.其一，本实用新型能够模拟深海的冰层环境，以提高单桩开孔模拟装置的适用性，具体为：通过试验箱内的喷头不断向储冰框的内部注水，蒸发器吸收储冰框内部水的热量，使得储冰框内部结冰，再对蒸发器加热，当蒸发器加热到一定程度时，储冰框内的冰块掉落至升降板上，完成模拟冰层的准备，通过与空气压缩机相连接的加压喷气头向试验箱的内部注射高压空气，以便于在试验箱的内部模拟深海的高压环境。
22.其二，打桩机在完成一次开孔后，通过直线模组带动试验箱进行平移，以使打桩锤能够对准冰块的其他位置，继续进行钻孔，从而进行快速的实验模拟。
23.以下将结合附图与具体的实施例对本实用新型进行详细的解释说明。
附图说明
24.图1为本实用新型的整体结构示意图；
25.图2为本实用新型的轴测图；
26.图3为本实用新型的俯视图；
27.图4为图3中沿a-a线的剖视图；
28.图5为本实用新型实验模拟组件的结构示意图；
29.图6为本实用新型的前视图；
30.图7为本实用新型试验箱和机箱的结构示意图；
31.图8为图5中a区结构放大图。
32.图中：10、打桩机；20、打桩锤；30、实验模拟组件；31、支撑架；32、密封机构；321、密封盖；322、连接头；323、第一钢丝绳；33、冰层模拟机构；331、直线模组；332、试验箱；3321、电磁铁；3322、密封环；3323、滚珠；333、制冰部件；3331、蒸发器；3332、储冰框；334、数据收集部件；3341、振动传感器；3342、分贝仪；3343、摄像头；3344、加压喷气头；335、第二卷扬机；336、第二钢丝绳；337、升降板；338、机箱；3381、压缩机；3382、冷凝器；3383、气缸；3384、u形拉伸座。
具体实施方式
33.为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更加全面的描述，附图中给出了本实用新型的若干实施例，但是本实用新型可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本实用新型公开的内容更加透彻全面。
34.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
35.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常连接的含义相同，本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语知识为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型，本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
36.实施例，请参照附图1-8，一种冰冻深海单桩开孔实验模拟装置，包括打桩机10，所述打桩机10的执行端通过连接绳与打桩锤20相连接，所述打桩机10的一侧设有供打桩锤20穿插的实验模拟组件30；
37.所述实验模拟组件30包括设于打桩机10一侧、且供打桩锤20穿插的支撑架31，设于所述支撑架31内部的密封机构32，以及设于所述密封机构32底端的冰层模拟机构33；
38.所述冰层模拟机构33包括设于支撑架31内部的两个直线模组331，设于两个所述直线模组331之间、且与直线模组331的执行端相连接的试验箱332，固定于所述试验箱332内部一端的制冰部件333，以及固定于所述试验箱332内部另一端的数据收集部件334；
39.所述数据收集部件334包括固定于所述试验箱332壳体上、且由上至下依次设置的振动传感器3341、分贝仪3342、摄像头3343以及加压喷气头3344；
40.需要说明的是，在本实施例中，通过打桩机10带动打桩锤20下落，以使打桩锤20穿过密封盖321对试验箱332内部的冰层进行开孔，在此过程中，通过分贝仪3342收集开孔时的音量数据，通过型号为lis331dltr的振动传感器3341收集开孔时的振动数据，通过摄像头3343记录开孔时的音像数据。
41.具体的，请着重参照附图4和5，所述支撑架31的上表面固定有对称设置的第一卷扬机311，设于所述第一卷扬机311底端、且开设于所述支撑架31壳体上的开口312，两个所述开口312之间设有供所述打桩锤20穿插的导向孔313，所述导向孔313设于所述支撑架31的顶端，所述密封机构32包括与所述试验箱332的上表面相抵接的密封盖321，以及固定于所述密封盖321上表面、且对称设置的连接头322，所述连接头322的顶端固定有第一钢丝绳323，所述第一钢丝绳323贯穿开口312与第一卷扬机311相连接，所述试验箱332的上表面固定有多个电磁铁3321，所述试验箱332通过电磁铁3321与密封盖321的下表面相连接；
42.需要说明的是，在本实施例中，支撑架31通过导向孔313供打桩锤20穿过，并引导打桩锤20进行下落，通过开口引导第一卷扬机311上的第一钢丝绳323进行运行；
43.进一步的，通过第一卷扬机311对第一钢丝绳323进行收绳动作和放绳动作，以使第一钢丝绳323带动密封盖321上的连接头322进行升降，进而带动密封盖321进行升降，从而在密封盖321脱离试验箱332时，试验箱332内部穿孔后的冰块得以借助升降板337取出，密封盖321与试验箱332相抵接时，试验箱332得以通过密封盖321进行密封，以便于试验箱332的内部形成深海环境；
44.进一步的，试验箱332通过通电后的电磁铁3321对密封盖321进行吸附，以提高密封盖321在试验箱332上的固定效果。
45.具体的，请着重参照附图4、5和7，所述制冰部件333包括穿设于所述试验箱332远离振动传感器3341一端的蒸发器3331，固定于所述蒸发器3331延伸至试验箱332内部的一侧表面的储冰框3332，所述蒸发器3331延伸至外部的一端连接有热气阀3333；
46.需要说明的是，在本实施例中，通过试验箱332内的喷头不断向储冰框3332的内部注水，蒸发器3331吸收储冰框3332内部水的热量，使得储冰框3332内部结冰；
47.进一步的，储冰框3332内部结冰后，热气阀3333通电，由于热气阀3333位于压缩机3381与蒸发器3331之间的管道上，以使压缩机3381排出的高温高压的制冷剂蒸汽直接由热气阀3333进入蒸发器3331，以通过该热气对蒸发器3331进行加热，当蒸发器3331加热到一定程度时，储冰框3332内的冰块掉落。
48.具体的，请着重参照附图4、5和7，所述试验箱332的一侧固定有机箱338，所述机箱338与试验箱332相互远离的一侧表面均固定有第二卷扬机335，所述第二卷扬机335的执行端连接有第二钢丝绳336，所述第二钢丝绳336贯穿试验箱332延伸至试验箱332的内部连接有升降板337，所述机箱338的内部固定有压缩机3381，所述压缩机3381的输入端与蒸发器3331的输出端之间通过管道相连接，所述压缩机3381的输出端与所述热气阀3333的输入端相连接，所述机箱338的内部还设有位于所述压缩机3381一侧、且与所述蒸发器3331的输出端相连接的冷凝器3382，所述冷凝器3382的输出端与蒸发器3331的输入端之间通过管道相连接，所述机箱338的顶端穿设有气缸3383，所述气缸3383的活塞杆的上表面固定有供所述第二钢丝绳336穿插的u形拉伸座3384，所述试验箱332的两端均嵌入有供第二钢丝绳336穿插的密封环3322，所述密封环3322的内部嵌入有多个滚珠3323；
49.需要说明的是，在本实施例中，通过第二卷扬机335对第二钢丝绳336进行收绳与放绳动作，以使第二钢丝绳336带动升降板337进行升降，由于冰块掉落在升降板337上，从而带动穿孔后的升降板337进行上升，以便于冰块的取出和更换；
50.进一步的，通过压缩机3381将高温高压的制冷剂蒸发排入与其连接的冷凝器3382
内，以通过冷凝器3382将制冷器冷凝成液体，然后经过与冷凝器3382相连接的膨胀阀截流变成低温低压的气液混合物，该气液混合物通过膨胀阀与蒸发器3331之间的管道进入蒸发器3331内，气液混合物中的水的热量被蒸发器3331吸收变为低温低压的气体，随后被压缩机3381吸入，完成一次制冰循环；
51.进一步的，通过气缸3383带动u形拉伸座3384进行上升，以使u形拉伸座3384推动第二钢丝绳336，从而通过第二钢丝绳336拉动升降板337，直至升降板337倾斜，以便于升降板337上的冰块，借助斜坡滑落；
52.进一步的，通过密封环3322减小第二钢丝绳336与试验箱332之间的间隙，防止试验箱332内部的高压空气泄露，密封环3322通过滚珠3323防止其与第二钢丝绳336之间产生干摩擦。
53.本实用新型的具体操作方式如下：
54.在使用模拟实验装置时，通过试验箱332内的喷头不断向储冰框3332的内部注水，蒸发器3331吸收储冰框3332内部水的热量，使得储冰框3332内部结冰，储冰框3332内部结冰后，热气阀3333通电，由于热气阀3333位于压缩机3381与蒸发器3331之间的管道上，以使压缩机3381排出的高温高压的制冷剂蒸汽直接由热气阀3333进入蒸发器3331，以通过该热气对蒸发器3331进行加热，当蒸发器3331加热到一定程度时，储冰框3332内的冰块掉落至升降板337上，完成模拟冰层的准备；
55.通过第一卷扬机311对第一钢丝绳323进行收绳动作和放绳动作，以使第一钢丝绳323带动密封盖321上的连接头322进行升降，进而带动密封盖321进行升降，密封盖321与试验箱332相抵接时，试验箱332得以通过密封盖321进行密封，再通过与空气压缩机相连接的加压喷气头3344向试验箱332的内部注射高压空气，以便于在试验箱332的内部模拟深海的高压环境；
56.通过打桩机10带动打桩锤20下落，以使打桩锤20穿过密封盖321对试验箱332内部的冰层进行开孔，在此过程中，通过分贝仪3342收集开孔时的音量数据，通过型号为lis331dltr的振动传感器3341收集开孔时的振动数据，通过摄像头3343记录开孔时的音像数据；
57.完成冰块的钻孔后，通过直线模组331带动试验箱332进行平移，以使打桩锤20能够对准冰块的其他位置，继续进行钻孔，从而进行快速的实验模拟。
58.上述结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本实用新型的保护范围之内。