一种水下起吊张力测量试验系统

技术领域

本发明涉及深海起吊作业技术领域，尤其是一种水下起吊张力测量试验系统。

背景技术

在海洋勘探、海底管线敷设、海洋开发领域，水下重物吊装技术有至关重要的地位，随着深海采矿、深海生物原位研究、深海考古等相关技术的发展，基于载人潜水器及无人潜水器的深海起吊需求变得越来越频繁，而基于潜水器的深海起吊与基于水面船的起吊有着显著的不同，水面船具备较大的恢复力，起吊过程中可以忽略起吊的缆绳张力对于船体的作用力，而基于潜水器的起吊，由于潜水器在水下是处于零浮力状态，起吊张力的变化严重影响到艇体的运动姿态，若运动姿态控制不好，将造成潜水器掉深，甚至沉底的风险。潜水器在水下起吊重物时，常常受到海流的阻力、收放缆的动态力、重物离底吸附力等，因此为提高潜水器在深海起吊的安全性，需要对潜水器在水下起吊时的张力的变化规律进行试验研究，以指导深海潜水器起吊系统的设计。而现有技术中的试验系统中仅能做到对重物收放速度的测量，无法完成考虑多种影响因素的起吊张力测量。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中存在的仅能完成重物收放速度测量的缺点，提供一种水下起吊张力测量试验系统，从而综合考虑了相对来流速度、收放缆速度及重物离底吸附等多因素，其模拟工况多，张力检测精度高，可模拟潜水器在深海起吊的实际工况，试验结果可指导潜水器深海起吊系统的设计。

本发明所采用的技术方案如下：

一种水下起吊张力测量试验系统，包括潜水器，所述潜水器的底面固定安装有起吊绞车，起吊绞车一旁固定安装有控制舱，同时控制舱固定在潜水器的底面位置，起吊绞车通过起吊缆连接拉伸传感器，拉伸传感器固定在电磁铁的顶部，电磁铁的底部吸合有铁板，铁板固定安装于水池底部；

潜水器的安装结构为：包括艇体，艇体的内部固定有推进电机，推进电机的输出端连接艉轴，艉轴穿过艇体后连接螺旋桨，艇体的底部安装有多普勒测速仪；

起吊绞车的结构为：包括与艇体连接的安装底板，安装底板的底部设置有结构框架，结构框架的左端面固定控制舱，控制舱用于采集起吊绞车上各类传感器的信息，并控制驱动电机转动，结构框架的内部设置有卷筒、排缆轮、卷筒齿轮、滑环、过渡齿轮、驱动齿轮、驱动电机、前导轮、三滚轮测力传感器和后导轮，卷筒齿轮与卷筒固定连接，卷筒齿轮、过渡齿轮及驱动齿轮三者间形成齿轮啮合关系，滑环位于卷筒的端部，驱动电机位于驱动齿轮的端部，为驱动齿轮提供驱动动力，排缆轮、前导轮、三滚轮测力传感器及后导轮均布置于结构框架内的上部空间，从左至右顺序布置，三滚轮测力传感器布置于前导轮与后导轮之间，起吊缆的首端卷绕在的卷筒上，起吊缆的内部芯线连接在滑环的动环上，起吊缆的末端先后穿过排缆轮、前导轮、三滚轮测力传感器及后导轮后，连接在拉伸传感器的上端。

其进一步技术方案在于：

艇体的底面成平面。

艇体的底面开有多个用于安装起吊绞车的螺钉孔。

螺钉孔内安装螺钉。

所述滑环、驱动电机、三滚轮测力传感器的尾线均通过电缆连接至控制舱内。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，克服了现有试验测试系统中仅能完成起吊速度测量，无法实现离底吸附力模拟、来流速度模拟及起吊张力测量等缺陷，而提出了一种可以用于模拟潜水器在深海起吊重物工况下受力的水下起吊张力测量试验系统，该套系统通过控制电磁铁的电磁吸力来模拟深海起吊的离底吸附力，通过潜水器的航行速度来模拟深海起吊的相对来流速度，并通过三滚轮测力传感器及拉伸传感器分别测量起吊缆首末端的张力。该套系统结构紧凑，模拟工况多，张力检测精度高，可模拟潜水器在深海起吊的实际工况，试验结果可指导潜水器深海起吊系统的设计。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明航行工况下的张力测量状态图。

图3为本发明潜水器的组成图。

图4为本发明起吊绞车的组成图。

其中：1、潜水器；2、控制舱；3、起吊绞车；4、拉伸传感器；5、电磁铁；6、铁板；

101、艇体；102、多普勒测速仪；103、推进电机；104、艉轴；105、螺旋桨；106、螺钉孔；

301、安装底板；302、螺钉；303、结构框架；304、卷筒；305、排缆轮；306、卷筒齿轮；307、滑环；308、过渡齿轮；309、驱动齿轮；310、驱动电机；311、前导轮；312、三滚轮测力传感器；313、后导轮；314、起吊缆。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1-图4所示，本实施例的水下起吊张力测量试验系统，包括潜水器1，潜水器1的底面固定安装有起吊绞车3，起吊绞车3一旁固定安装有控制舱2，同时控制舱2固定在潜水器1的底面位置，起吊绞车3通过起吊缆314连接拉伸传感器4，拉伸传感器4固定在电磁铁5的顶部，电磁铁5的底部吸合有铁板6，铁板6固定安装于水池底部；

潜水器1的安装结构为：包括艇体101，艇体101的内部固定有推进电机103，推进电机103的输出端连接艉轴104，艉轴104穿过艇体101后连接螺旋桨105，艇体101的底部安装有多普勒测速仪102；

起吊绞车3的结构为：包括与艇体101连接的安装底板301，安装底板301的底部设置有结构框架303，结构框架303的左端面固定控制舱2，控制舱2用于采集起吊绞车3上各类传感器的信息，并控制驱动电机310转动，结构框架303的内部设置有卷筒304、排缆轮305、卷筒齿轮306、滑环307、过渡齿轮308、驱动齿轮309、驱动电机310、前导轮311、三滚轮测力传感器312和后导轮313，卷筒齿轮306与卷筒304固定连接，卷筒齿轮306、过渡齿轮308及驱动齿轮309三者间形成齿轮啮合关系，滑环307位于卷筒304的端部，驱动电机310位于驱动齿轮309的端部，为驱动齿轮309提供驱动动力，排缆轮305、前导轮311、三滚轮测力传感器312及后导轮313均布置于结构框架303内的上部空间，从左至右顺序布置，三滚轮测力传感器312布置于前导轮311与后导轮313之间，起吊缆314的首端卷绕在的卷筒304上，起吊缆314的内部芯线连接在滑环307的动环上，起吊缆314的末端先后穿过排缆轮305、前导轮311、三滚轮测力传感器312及后导轮313后，连接在拉伸传感器4的上端。

艇体101的底面成平面。

艇体101的底面开有多个用于安装起吊绞车3的螺钉孔106。

螺钉孔106内安装螺钉302。

滑环307、驱动电机310、三滚轮测力传感器312的尾线均通过电缆连接至控制舱2内。

本发明所述的水下起吊张力测量试验系统的具体结构和功能如下：

主要包括潜水器1、控制舱2、起吊绞车3、拉伸传感器4、电磁铁5、铁板6。

其中，潜水器1主要由艇体101、多普勒测速仪102、推进电机103、艉轴104、螺旋桨105、螺钉孔106组成。

其中，起吊绞车3主要由安装底板301、螺钉302、结构框架303、卷筒304、排缆轮305、卷筒齿轮306、滑环307、过渡齿轮308、驱动齿轮309、驱动电机310、前导轮311、三滚轮测力传感器312、后导轮313、起吊缆314组成。

推进电机103放置于潜水器1的内部，安装于艇体101上，艉轴104穿过艇体101，左端连接在推进电机103上，右端连接在螺旋桨105上，从而形成潜水器1的推进系统。

多普勒测速仪102安装于潜水器1的艇体101底部，主要用于测量潜水器1前进和后退的速度。

控制舱2固定连接在起吊绞车3的结构框架303左端面，主要用于采集起吊绞车3上各类传感器的信息，并控制驱动电机310转动。起吊绞车3的安装底板301通过螺钉302拧紧在潜水器1底部的螺钉孔106中，使得起吊绞车3与潜水器1固定安装。

其中，起吊绞车3中的卷筒304、排缆轮305、卷筒齿轮306、滑环307、过渡齿轮308、驱动齿轮309、驱动电机310、前导轮311、三滚轮测力传感器312、后导轮313等均布置于结构框架303的内部。卷筒齿轮306与卷筒304固定连接，卷筒齿轮306与过渡齿轮308及驱动齿轮309三者间形成齿轮啮合关系，滑环307位于卷筒304的端部，驱动电机310位于驱动齿轮309的端部，为驱动齿轮309提供驱动动力。排缆轮305、前导轮311、三滚轮测力传感器312及后导轮313均布置于结构框架303内的上部空间，从左至右顺序布置，其中三滚轮测力传感器312布置于前导轮311与后导轮313之间。

起吊缆314的首端卷绕在起吊绞车3的卷筒304上，其内部芯线连接在滑环307的动环上，起吊缆314的末端先后穿过排缆轮305、前导轮311、三滚轮测力传感器312及后导轮313后，连接在拉伸传感器4的上端，而拉伸传感器4的下端连接在电磁铁5的顶部，电磁铁5的底部吸合有铁板6，铁板6固定安装于水池底部。

滑环307、驱动电机310、三滚轮测力传感器312的尾线均通过电缆连接至控制舱2内。

实际工作过程中：

控制舱2通过滑环307的缆线和起吊缆314内部的芯线传导，使得电磁铁5得电，从而使电磁铁5紧紧吸合在铁板6上，吸合力的大小可以通过控制舱2给定不同大小的电流来调节，吸合力主要用于模拟重物的离底吸附力。

之后控制舱2控制驱动电机310旋转，从而带动驱动齿轮309旋转，并通过卷筒齿轮306与过渡齿轮308的啮合关系带动卷筒齿轮306旋转，从而促使卷筒304开始回收起吊缆314，起吊缆314在回收过程中，随着驱动电机310的扭矩逐步加大，电磁铁5逐步脱离铁板6，此过程可以模拟重物摆脱离底吸附力的过程，在此过程中，起吊缆314末端张力通过拉伸传感器4可测得，起吊缆314的首端张力可以通过三滚轮测力传感器312测得。

之后潜水器1的推进电机103启动旋转，从而通过艉轴104带动螺旋桨105旋转，从而驱动潜水器1以一定的速度前进或后退，以模拟起吊系统的相对来流速度，该速度通过多普勒测速仪102实时测量和记录。当潜水器1的航行速度即起吊系统相对来流速度恒定时，此时起吊缆314和其末端连接的电磁铁5均在相对来流速度下偏移其初始垂直状态，而变成了来流倾斜状态，此时该套系统即可模拟潜水器1在深海来流工况下的起吊张力测量。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。