一種海工結(jié)構物試驗模型多軸向慣量自動測量與調(diào)節(jié)裝置的制造方法
【專利摘要】一種海工結(jié)構物試驗模型多軸向慣量自動測量與調(diào)節(jié)裝置，屬于模型試驗與測量技術領域。該裝置主要包括支撐機構、擺動機構、旋轉(zhuǎn)機構和測量機構，采用可拆卸式結(jié)構，便于存放和維護。擺動機構可以進行拉伸，有利于擴大測量范圍，同時試驗模型可以在慣量調(diào)節(jié)臺上進行旋轉(zhuǎn)，便于測量模型多個方向的慣量。該裝置集成了試驗模型重量、重心和轉(zhuǎn)動慣量的測量與調(diào)節(jié)等功能，主要用于船舶與海工結(jié)構物模型試驗，同時也可以應用到其他工程領域中。本實用新型功能完善，操作簡便，有利于縮短試驗周期，提高試驗精度，具有良好的實際應用價值。
【專利說明】
一種海工結(jié)構物試驗模型多軸向慣量自動測量與調(diào)節(jié)裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種海工結(jié)構物試驗模型多軸向慣量自動測量與調(diào)節(jié)裝置，屬于模型試驗與測量技術領域。
【背景技術】
[0002]在海洋工程結(jié)構物設計中，常采用模型試驗對其各方面性能進行預報。試驗中需要調(diào)節(jié)海洋結(jié)構物模型的重量、重心和轉(zhuǎn)動慣量，以保證其與實際海工結(jié)構物存在質(zhì)量相似及質(zhì)量分布相似的對應關系。因此，試驗模型重量、重心和轉(zhuǎn)動慣量的快速測量與調(diào)節(jié)，就顯得尤為重要。
[0003]目前專門用于船舶與海洋工程領域中模型轉(zhuǎn)動慣量測量的裝置相對較少，且現(xiàn)有裝置普遍存在以下問題:裝置的測量范圍小、結(jié)構尺度大、不宜存放和集成化程度低等。在此背景下，本實用新型研制了一種海工結(jié)構物試驗模型多軸向慣量自動測量與調(diào)節(jié)裝置，該裝置充分考慮了工程試驗的實際應用要求，并權衡了結(jié)構形式以及結(jié)構強度的綜合要求，結(jié)構形式簡單新穎，整體結(jié)構可拆卸，便于存放和維護，避免閑置時占用試驗場地空間的問題。擺動機構可在一定范圍內(nèi)自由伸縮，有利于調(diào)節(jié)測量范圍，提高了裝置對場地條件的適應性。測量系統(tǒng)包括角度傳感器和壓力傳感器，輔以電腦數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，便能夠精確測量試驗模型的重量、重心位置和轉(zhuǎn)動慣量，另外設有模型旋轉(zhuǎn)臺，可以使模型在調(diào)節(jié)臺上旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)多角度轉(zhuǎn)動慣量快速測量的功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型針對現(xiàn)有船舶與海洋工程領域慣量測量儀器的缺點與不足，設計了一種海工結(jié)構物試驗模型多軸向慣量自動測量與調(diào)節(jié)裝置，該調(diào)節(jié)臺充分考慮了工程試驗實際要求，結(jié)構形式簡單，建造成本低，測量范圍廣，安裝使用方便，精度高，具有很好的工程應用價值。
[0005]本實用新型采用的技術方案是:一種海工結(jié)構物試驗模型多軸向慣量自動測量與調(diào)節(jié)裝置，它包括測量機構，它還包括支撐機構、擺動機構和旋轉(zhuǎn)機構，所述支撐機構包括支架、防傾支桿、頂針托和頂針托支座，支架由管件組成，底部設有所述防傾支桿，支架頂部設有頂針托支座，頂針托通過四個定位銷與頂針托支座滑動連接，其頂部開有凹槽，支撐機構左右對稱放置，通過頂針和頂針托與擺動機構相連接;所述擺動機構包括采用空心方管制作的一號擺架、二號擺架和旋轉(zhuǎn)臺支座，一號擺架和二號擺架為叉形結(jié)構，外側(cè)頂部均設有頂針，旋轉(zhuǎn)臺支座呈中心對稱，中心處有軸孔，內(nèi)部側(cè)面安裝有彈簧銷，通過旋轉(zhuǎn)臺支座的支座套桿套接在一號擺架套桿上，一號擺架套桿采用便于二號擺架叉桿插入的結(jié)構，在一號擺架、二號擺架和旋轉(zhuǎn)臺支座套接在一起后用緊固螺栓固定;所述旋轉(zhuǎn)機構包括旋轉(zhuǎn)臺、轉(zhuǎn)軸和插孔，旋轉(zhuǎn)臺為輪狀結(jié)構，中心處下部設有轉(zhuǎn)軸，內(nèi)部每隔30度角設有徑向撐桿，每個徑向撐桿側(cè)面設有插孔，旋轉(zhuǎn)機構通過轉(zhuǎn)軸與擺動機構的旋轉(zhuǎn)臺支座連接，上面放置試驗模型;所述測量機構的角度傳感器固定在擺動機構上，壓力傳感器安裝在頂針托和頂針托支座之間，角度傳感器和壓力傳感器均連接PC采集系統(tǒng)。
[0006]本實用新型的有益效果是:這種海工結(jié)構物試驗模型多軸向慣量自動測量與調(diào)節(jié)裝置包括支撐機構、擺動機構、旋轉(zhuǎn)機構和測量機構，完善了其他同類測量工具測量范圍小的不足。另外，本實用新型采用組裝一拆卸式設計，各機構之間可自由組裝拆卸，便于運輸及存放，占用空間少，對使用場地適應性強?？啥ㄎ皇叫D(zhuǎn)臺，有利于省去多次模型吊裝安裝操作，能夠快速簡便地測量模型多軸向的轉(zhuǎn)動特性，且保證了測量精度。本實用新型不僅結(jié)構形式簡單新穎，便于安裝和拆卸，測量范圍廣，可靠性強，而且一次性集成了海工結(jié)構物模型重量、重心和轉(zhuǎn)動慣量的測定與調(diào)節(jié)等功能，能夠明顯地節(jié)約調(diào)節(jié)與測量時間，提高試驗精度，具有很好的工程應用價值。
【附圖說明】
[0007]圖1是海工結(jié)構物試驗模型多軸向慣量自動測量與調(diào)節(jié)裝置的整體圖。
[0008]圖2是海工結(jié)構物試驗模型多軸向慣量自動測量與調(diào)節(jié)裝置的仰視圖。
[0009]圖3是海工結(jié)構物試驗模型多軸向慣量自動測量與調(diào)節(jié)裝置的側(cè)視圖。
[0010]圖4是支撐機構的結(jié)構示意圖。
[0011]圖5是圖4中的A放大圖。
[0012I圖6是擺動機構的結(jié)構示意圖。
[0013]圖7是擺動機構的爆炸示意圖。
[0014]圖8是圖6中的B放大圖。
[0015]圖9是旋轉(zhuǎn)機構的結(jié)構示意圖。
[0016]圖中:1、支撐機構，2、擺動機構，3、旋轉(zhuǎn)機構，4、試驗模型，5、支架，6、防傾支桿，7、頂針托，7a、定位銷，7b、凹槽，8、頂針托支座，9、頂針，1、一號擺架，I Oa、一號擺架套桿，11、二號擺架，11a、二號擺架叉桿，12、旋轉(zhuǎn)臺支座，12a、支座套桿，12b、軸孔，13、緊固螺栓，14、彈簧銷，15、旋轉(zhuǎn)臺，15a、徑向撐桿，16、轉(zhuǎn)軸，17、插孔，18、角度傳感器，19、壓力傳感器，20、PC采集系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0017]以下參照附圖對本實用新型的結(jié)構做進一步描述。
[0018]圖1、2、3示出了海工結(jié)構物試驗模型多軸向慣量自動測量與調(diào)節(jié)裝置的整體結(jié)構示意圖。本實用新型主要包括支撐機構1、擺動機構2、旋轉(zhuǎn)機構3和測量機構4。支撐機構I左右對稱放置，擺動機構2通過頂針9與支撐機構I相連接，可前后自由擺動，采用頂針的方式有利于減少阻尼，提高測量精度。旋轉(zhuǎn)機構3通過轉(zhuǎn)軸16與擺動機構2的旋轉(zhuǎn)臺支座12連接，旋轉(zhuǎn)臺15上面放置試驗模型4，且可繞軸轉(zhuǎn)動及固定，方便測量試驗模型4的多軸向轉(zhuǎn)動慣量，測量機構4的角度傳感器18和壓力傳感器19均連接PC采集系統(tǒng)20，以便能夠方便快速地處理數(shù)據(jù)并獲得結(jié)果。
[0019]圖4、5示出了支撐機構I的結(jié)構示意圖，支撐機構I左右對稱布置，每邊包括支架5、防傾支桿6、頂針托7和頂針托支座8。支架5由方管管件組成，上窄下寬，另外底部設有防傾支桿6，充分保證了支撐機構I的整體穩(wěn)定性。支架5頂部設有頂針托支座8，上面開有四個圓孔，頂針托7通過下部的四個定位銷7a便可與頂針托支座8連接，且能夠在垂直方向上下滑動，二者之間放置壓力傳感器19，用于測量試驗模型4的重量等，另外頂針托7的上部開有凹槽7b，用于頂針7的搭接，保證了擺動機構2在復擺時不滑脫。
[0020]圖6、7、8示出了擺動機構2的整體結(jié)構示意圖，擺動機構2結(jié)構采用空心方管，主要包括一號擺架10、二號擺架11和旋轉(zhuǎn)臺支座12。角度傳感器18固定在擺動機構上，可以與其一起運動，進而可以測到擺動機構2隨時間的角度變化，為確定慣量提供依據(jù)。一號擺架10和二號擺架11均為叉形結(jié)構，外側(cè)頂部均設有頂針9作為與支撐機構I的連接點，一號擺架套桿1a比二號擺架叉桿Ila略粗，二者套接在一起，調(diào)節(jié)長度并利用加緊螺栓13固定，實現(xiàn)了擺動機構2的尺寸調(diào)節(jié)功能，增強了該裝置對試驗模型的適應性。旋轉(zhuǎn)臺支座12呈中心對稱，由空心方管組成，中心處有軸孔12b，內(nèi)部側(cè)面安裝有彈簧銷14，可以和旋轉(zhuǎn)臺15上的插孔17配合，以起到對旋轉(zhuǎn)臺15進行限位的作用。支座套桿12a套接在一號擺架套桿1a上且設有加緊螺栓13，以便能夠固定住旋轉(zhuǎn)臺支座12，防止在測量過程中發(fā)生移位而導致數(shù)據(jù)誤差。
[0021]圖9示出了旋轉(zhuǎn)機構3的整體結(jié)構示意圖。旋轉(zhuǎn)機構3主要包括旋轉(zhuǎn)臺15、轉(zhuǎn)軸16和插孔17。旋轉(zhuǎn)臺15為輪狀結(jié)構，呈中心對稱，內(nèi)部每隔30°設有徑向撐桿15a，此設計保證了旋轉(zhuǎn)臺15旋轉(zhuǎn)任意30°的倍數(shù)后，其質(zhì)量分布不變，即自身慣量不變，以避免對試驗模型4的慣量測量產(chǎn)生影響。旋轉(zhuǎn)臺15中心處下部設有轉(zhuǎn)軸16，可以與旋轉(zhuǎn)臺支座12上的軸孔12b連接，且能夠自由轉(zhuǎn)動。每個徑向撐桿15a側(cè)面均設有插孔17，使得在任意測量角度下均可以與彈簧銷14配合，起到固定旋轉(zhuǎn)臺15的作用。
[0022]這種海工結(jié)構物試驗模型多軸向慣量自動測量與調(diào)節(jié)裝置的使用方法包括下列步驟:
[0023](a)安裝
[0024]首先，測量試驗模型4的兩個互相垂直的方向上的尺寸(一般為橫向和縱向)，根據(jù)其最大的尺寸大致確定擺動機構2的長度;然后將旋轉(zhuǎn)臺支座12與一號擺架10進行套接，隨后將一號擺架10和二號擺架11進行套接，調(diào)整各機構位置，確保旋轉(zhuǎn)臺支座12在擺動機構2的中間位置，最后用加緊螺栓13固定，在一號擺架10上安裝上角度傳感器18;根據(jù)擺動機構2的大小確定支撐機構I的位置，同時在頂針托支座8和頂針托7之間安裝壓力傳感器19，傳感器都接入PC采集系統(tǒng)20;將旋轉(zhuǎn)機構3安裝在旋轉(zhuǎn)臺支座12上，并通過彈簧銷14固定，最后將已安裝好的擺動機構2和旋轉(zhuǎn)機構3吊裝到支撐機構I上，完成安裝過程；
[0025 ] (b )擺動機構2自身重量、垂向重心位置及慣量的測定
[0026]安裝完成后，分別記錄兩個壓力傳感器19上的數(shù)據(jù)，即可得到擺動機構2的重量；對擺動機構2施加一恒力，使其偏轉(zhuǎn)一定角度，運用力矩平衡原理，即可求得垂向重心位置；對擺動機構2施加外力，使其自由擺動，并記錄角度傳感器18的數(shù)據(jù)，處理得到的數(shù)據(jù)可求出擺動周期，進而根據(jù)相關公式就可以計算其自身的轉(zhuǎn)動慣量；
[0027](C)試驗模型4重量的測定與調(diào)節(jié)
[0028]將試驗模型4吊裝到旋轉(zhuǎn)臺15上，分別記錄兩個壓力傳感器20的數(shù)據(jù)，并根據(jù)之前記錄的數(shù)據(jù)，即可計算出模型的重量，若重量不滿足試驗要求，則使用壓鐵進行調(diào)節(jié)；
[0029](d)試驗模型4重心位置的確定與調(diào)節(jié)
[0030]縱向(沿裝置長度方向)重心位置的測定，首先測量兩個頂針9的水平距離，再在試驗模型4上取一與模型縱向方向垂直的參考面，并測量該參考面與其中一個頂針9之間的距離，并讀取另一端壓力傳感器19的數(shù)據(jù)，然后利用力矩平衡原理，即可計算出重心縱向位置距參考平面的距離;橫向重心位置的測定方法類似，只需將旋轉(zhuǎn)臺15旋轉(zhuǎn)90°后重復操作即可;垂向重心位置的確定，使模型中縱剖面與基準面垂直，模型重心與兩頂針9末端連線在同一鉛垂面上，然后對擺動機構2施加一外力，使其有一偏轉(zhuǎn)角，然后利用前面已求得的擺動機構2自身的重量、重心垂向位置以及模型重量等數(shù)據(jù)，運用力矩平衡原理，即可求得模型重心垂向位置;若不滿足要求，則可以調(diào)整模型內(nèi)壓鐵的放置位置，重新進行測定，直至滿足要求為止；
[0031](e)試驗模型4慣量的測定
[0032]利用復擺原理，在模型的重量、重心位置均滿足要求后，給調(diào)節(jié)臺施加一外力，使調(diào)節(jié)臺擺動，并記錄角度傳感器18的數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)可得擺動周期，根據(jù)相應公式即可求得此時總的慣性矩，再利用已求得的擺動機構2自身慣量、模型重量以及其重心位置等數(shù)據(jù)，就可以得到模型自身的慣量；
[0033](f)測量工作完畢后，整理儀器，將調(diào)節(jié)臺拆卸，進行保管。
【主權項】
1.一種海工結(jié)構物試驗模型多軸向慣量自動測量與調(diào)節(jié)裝置，它包括測量機構，其特征是:它還包括支撐機構(I)、擺動機構(2 )和旋轉(zhuǎn)機構(3 )，所述支撐機構(I)左右對稱放置，通過頂針(9)和頂針托(7)與擺動機構(2)相連接;所述擺動機構(2)包括采用空心方管制作的一號擺架(10)、二號擺架(11)和旋轉(zhuǎn)臺支座(12)，一號擺架(10)和二號擺架(11)為叉形結(jié)構，外側(cè)頂部均設有頂針(9 )，旋轉(zhuǎn)臺支座(12)呈中心對稱，中心處有軸孔(12b)，內(nèi)部側(cè)面安裝有彈簧銷(14)，通過旋轉(zhuǎn)臺支座(12)的支座套桿(12a)套接在一號擺架套桿(1a)上，一號擺架套桿(1a)采用便于二號擺架叉桿(IIa)插入的結(jié)構，在一號擺架(10)、二號擺架(11)和旋轉(zhuǎn)臺支座(12 )套接在一起后用緊固螺栓(13 )固定;所述旋轉(zhuǎn)機構(3 )通過轉(zhuǎn)軸(16)與擺動機構(2)的旋轉(zhuǎn)臺支座(12)連接，上面放置試驗模型(4);所述測量機構的角度傳感器(18)固定在擺動機構(2)上，壓力傳感器(19)安裝在頂針托(7)和頂針托支座(8)之間，角度傳感器(18)和壓力傳感器(19)均連接PC采集系統(tǒng)(20)。2.根據(jù)權利要求1所述的一種海工結(jié)構物試驗模型多軸向慣量自動測量與調(diào)節(jié)裝置，其特征是:所述支撐機構(I)包括支架(5)、防傾支桿(6)、頂針托(7 )和頂針托支座(8)，支架(5)由管件組成，底部設有所述防傾支桿(6)，支架(5)頂部設有頂針托支座(8)，頂針托(7)通過四個定位銷(7a )與頂針托支座(8 )滑動連接，其頂部開有凹槽(7b )。3.根據(jù)權利要求1所述的一種海工結(jié)構物試驗模型多軸向慣量自動測量與調(diào)節(jié)裝置，其特征是:所述旋轉(zhuǎn)機構(3)包括旋轉(zhuǎn)臺(15)、轉(zhuǎn)軸(16)和插孔(17)，旋轉(zhuǎn)臺(15)為輪狀結(jié)構，中心處下部設有轉(zhuǎn)軸(16)，內(nèi)部每隔30度角設有徑向撐桿(15a)，每個徑向撐桿(15a)側(cè)面設有插孔(17)。
【文檔編號】G01M1/10GK205655960SQ201620419580
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年5月11日 公開號201620419580.2, CN 201620419580, CN 205655960 U, CN 205655960U, CN-U-205655960, CN201620419580, CN201620419580.2, CN205655960 U, CN205655960U
【發(fā)明人】林焰, 張志康, 畢仕偉, 蔣曉寧
【申請人】大連理工大學