一种模拟大载荷波浪升沉的缓冲补偿系统测试平台的制作方法

本发明涉及海洋工程领域，尤其是涉及一种模拟大载荷波浪升沉的缓冲补偿系统测试平台。

背景技术：

随着现代社会的飞速发展，人类对海洋资源开发利用的活动日益增多，大吨位船舶的数量和事故都持续增加。大吨位沉船的救援打捞对保障港口、航道等战略资源和环境安全具有极其重要的意义。传统的沉船打捞方法包括：浮筒抬浮打捞、浮吊打捞、封舱充气抽水打捞等，但受空间、环境和沉船吨位大等，传统方法已无法满足。为突破这一技术瓶颈，一种适用于大吨位沉船打捞的液压同步提升系统逐渐得到应用，实现了大吨位沉船的整体打捞。

在沉船打捞过程中，海洋环境复杂多变，波、浪、涌等会造成抬浮驳船上下起伏，从而导致打捞载荷不稳定，为了减少摇晃振动，保持打捞载荷均衡，提升设备需要和缓冲补偿系统搭配使用。该缓冲补偿系统的性能对提升系统的安全极其重要，如何测试和验证缓冲补偿系统的可靠性和性能参数十分重要。目前常见的波浪升沉补偿试验台多是针对海上设备，如钻井平台、提升塔架等海上作业装备设计，结构复杂，且加载载荷较小，不适用于大载荷沉船打捞设备的测试。

如专利cn106768852a提供了一种波浪补偿实验装置和系统，主要应用于海上钻井平台钻柱的升沉补偿运动模拟和补偿装置试验。该专利一定程度上可实现钻柱的上下运动模拟，通过测力装置测试平台缓冲装置的承载性能，通过被动油缸补偿运动位移和载荷变化。但该专利所述装置载荷较小，且无法通过主动激振模拟波浪变化，难以满足沉船打捞设备对大载荷的要求。

如专利cn107860662a提供了一种大型深水主被动联合补偿装置的路上系统试验方法，利用大动态负载模拟装置、平台运动模拟装置和天车模拟装置，实现深水主被动联合补偿装置的全系统加载状态下的静态、动态试验。该发明结构复杂，体积较大，且各部分为相对独立结构，难以将液压同步提升设备与缓冲系统组合测试。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种模拟大载荷波浪升沉的缓冲补偿系统测试平台，针对沉船打捞液压同步提升装备的升沉缓冲补偿系统进行设计，可用来测试提升系统增加升沉补偿后的静态承载性能和抵抗波浪影响的动态性能，同时可以用于辅助研究缓冲补偿系统进行波浪载荷消减的效果。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种模拟大载荷波浪升沉的缓冲补偿系统测试平台，包括反力框架、提升油缸、钢绞线、第一激振单元和第二激振单元，所述的提升油缸、第一激振单元和第二激振单元依次共线安装在反力框架内；

第一激振单元包括平衡梁、滑动机构、激振油缸和缓冲安装架，所述的平衡梁通过滑动机构滑动连接反力框架，所述的激振油缸一端连接平衡梁，另一端固定反力框架，所述的缓冲安装架固定安装在反力框架上；第二激振单元的结构和第一激振单元相同；缓冲补偿系统中的缓冲油缸安装在两个激振单元的缓冲安装架上，缓冲油缸的活塞端连接平衡梁，第一激振单元和第二激振单元中的缓冲油缸相背设置，并且活塞端的伸出方向相反；

所述的提升油缸一端固定设置，另一端连接第一激振单元的平衡梁，所述的钢绞线一端连接提升油缸，另一端穿过第一激振单元后连接第二激振单元的平衡梁。

进一步地，所述的第一激振单元和第二激振单元中，激振油缸和平衡梁可拆卸式活动连接。

进一步地，所述的激振机构和平衡梁通过销轴连接。

进一步地，所述的第一激振单元和第二激振单元中分别安装有两个对称设置的缓冲油缸。

进一步地，所述的缓冲补偿系统还包括蓄能器和液压阀组，所述蓄能器通过液压管路连接缓冲油缸，所述的液压阀组设置在液压管路中。

进一步地，每个缓冲油缸配有对应的一个液压阀组和多个蓄能器。

进一步地，所述的蓄能器采用胶囊式蓄能器。

进一步地，所述的反力框架为立方体框架，并且反力框架固定在工作台面上。

进一步地，所述的滑动机构为轨道结构。

进一步地，所述的第一激振单元中包括两个激振油缸，对称设置在反力框架的两侧。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过反力框架、提升油缸、钢绞线、第一激振单元和第二激振单元的设置，能够模拟海上波、浪、涌等引起的载荷变化，获取其对缓冲补偿系统的影响，弥补了现有相关测试设备缺少的不足；同时，本发明结构简单、成本低，且易于推广应用，具有较高的实用价值。

2、本发明通过激振机构和平衡梁可拆卸式活动连接，实现了静态测试和动态测试。静态试验可通过提升油缸加载测试缓冲补偿系统的承载能力和最大补偿位移等静态性能；动态试验中通过激振油缸带动提升油缸左右移动模拟波浪引起的位移和载荷变化，通过油压位移等数据测试缓冲补偿系统的响应速度和波浪载荷消减情况，从而实现了精确完整地测试。

附图说明

图1是本发明使用状态的结构示意图。

图2是本发明的俯视示意图。

图3是本发明的主视示意图。

图4是平衡梁及滑动机构的剖视示意图。

图5a和图5b是缓冲补偿系统静态测试示意图。

图6是缓冲补偿系统动态测试示意图。

附图标记：1-反力框架、2-提升油缸、3-平衡梁、4-激振油缸、5-缓冲安装架、6-底锚、7-钢绞线、8-固定滑轨、9-滑动机构、10-销轴、11-蓄能器、12-缓冲油缸、13-液压阀组，a、第一激振单元，b、第二激振单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1～4所示，本实施例提供了一种模拟大载荷波浪升沉的缓冲补偿系统测试平台，包括反力框架1、提升油缸2、钢绞线7、第一激振单元a和第二激振单元b。其中，反力框架1为立方体框架，提升油缸2、钢绞线7、第一激振单元a和第二激振单元b依次从左往右共线设置在反力框架1内。反力框架1固定在工作台面上，本实施例中工作台面即为地面。

第一激振单元a和第二激振单元b两个激振单元的结构相同。第一激振单元a包括平衡梁3、滑动机构9、激振油缸4和缓冲安装架5。平衡梁3通过滑动机构9滑动连接反力框架1。滑动机构9可以采用滚轮轨道、滑动轨道等结构。本实施例中，滑动机构9为设置在反力框架1上的固定滑轨8和固定连接平衡梁3截面向四周的滑动块，滑动块和固定滑轨8形成滑动配合。第一激振单元a可包括多个激振油缸4，优选采用两个，分别对称设置在反力框架1的两侧。激振油缸4的一端固定安装在反力框架1上，另一端可拆卸式活动连接平衡梁3的左右两端。可拆卸式的结构可以采用现有的卡扣，插销，螺栓等连接方式。本实施例中采用销轴10连接。缓冲安装架5固定安装在反力框架1上。

待测试的缓冲补偿系统一般包括缓冲油缸12，蓄能器11和液压阀组13。本实施例中，每个激振单元内安装两个左右对称设置的缓冲油缸12。缓冲油缸12安装在缓冲安装架5上，缓冲油缸12的活塞端连接平衡梁3。第一激振单元a和第二激振单元b中的缓冲油缸12的活塞端伸出方向相反，并且互相相背设置。每个缓冲油缸12配有对应的一个液压阀组13和多个蓄能器11，蓄能器11通过液压管路连接缓冲油缸12，液压阀组13设置在液压管路中。本实施例中的蓄能器11采用胶囊式蓄能器11。

提升油缸2一端通过支架固定连接地面，另一端连接第一激振单元a的平衡梁3。多根平行的钢绞线7一端通过底锚6连接提升油缸2，另一端穿过第一激振单元a后通过底锚6连接第二激振单元b的平衡梁3。

本实施例中，反力框架1主要提供固定和支撑作用；缓冲安装架5起固定缓冲油缸12缸筒的作用；提升油缸2提供提升力；平衡梁3起支撑作用并随激振油缸4和缓冲油缸12作用左右滑动，激振油缸4在动态测试时带动提升油缸2左右移动模拟波浪变化。通过本实施例可对波浪升沉缓冲补偿系统进行静态和动态测试，以检验和测试缓冲补偿系统性能、观察波浪载荷消减效果。

此外，本实施例中设定提升油缸2额定载荷为450t；缓冲补偿系统的缓冲油缸12额定载荷为200t，最大行程1100mm，两个缓冲油缸12组成一组，双向共四个缓冲油缸12进行测试。蓄能器11采用单个容量100l蓄能器11，根据提升力分别配置400l容积、600l容积、800l容积蓄能器11站进行测试。

本实施例的工作原理为：

1.静态测试时，拆除激振油缸4的销轴10，使得激振油缸4不再对缓冲油缸12形成限制。蓄能器11设定初始压力与工作压力，缓冲油缸12充液，使得提升油缸2和缓冲油缸12对平衡梁3的互相作用力相对平衡，通过观察和记录缓冲油缸12行程与油压数据可以得到其承载能力和补偿位移等静态性能。

2.动态测试时，蓄能器11设定初始压力与工作压力，锁定钢绞线7，利用激振油缸4带动提升油缸2左右移动，模拟海上波浪引起的升沉运动状态。当平衡梁3向左运动时，右侧缓冲油缸12受压增大，油液通过液压阀组13组充入蓄能器11，蓄能器11中空气被压缩，从而起到缓冲作用，同时右侧缓冲油缸12活塞杆缩回补偿运动位移；右侧缓冲油缸12压力变低，蓄能器11内油液迅速充入缓冲油缸12内，蓄能器11中空气能量释放，同时右侧缓冲油缸12活塞杆伸出，补偿运动位移。当平衡梁3向右运动时原理相同。通过观察缓冲补偿系统的运动状态与油压数据得到其响应速度和载荷消减等动态性能。

本实施例的试验过程如下：

静态测试如图5a和图5b所示。

图5a为第二激振单元b中缓冲油缸12的测试状态：a.设定蓄能器11初始充气压力和工作压力；b.拆除第二激振单元b中激振油缸4的连接销轴10；c.对第二激振单元b中缓冲油缸12进行充液，缓冲油缸12推动平衡梁3向右移动；d.提升油缸2缓慢升缸，带动平衡梁3向左移动；e.待系统整体稳定后，记录缓冲油缸12行程与油压数据，得到第二激振单元b的承载能力和补偿位移等静态性能。

图5b为第一激振单元a中缓冲油缸12的测试状态：a.设定蓄能器11初始充气压力和工作压力；b.拆除第一激振单元a中激振油缸4的连接销轴10；c.对第一激振单元a中缓冲油缸12进行充液，缓冲油缸12推动平衡梁3向左移动，d.提升油缸2缓慢升缸张紧钢绞线7，钢绞线7带动平衡梁3向右移动；e.待系统整体稳定后，记录缓冲油缸12行程与油压数据，得到第一激振单元a的承载能力和补偿位移等静态性能。

动态测试如图6所示。

a.设定蓄能器11初始充气压力和工作压力；b.锁定提升油缸2位置及钢绞线7长度；c.利用激振油缸4带动提升油缸2及平衡梁3左右移动；d.平衡梁3向右移动时，第一激振单元a缓冲油缸12受压增大，油液通过液压阀组13充入蓄能器11，蓄能器11中空气被压缩，从而起到缓冲作用，同时第一激振单元a缓冲油缸12活塞杆缩回补偿运动位移；第二激振单元b缓冲油缸12压力变低，蓄能器11内油液迅速充入缓冲油缸12内，蓄能器11中空气能量释放，同时第二激振单元b缓冲油缸12活塞杆伸出，补偿运动位移；平衡梁3向左移动时，第二激振单元b缓冲油缸12受压增大，油液通过液压阀组13组充入蓄能器11，蓄能器11中空气被压缩，从而起到缓冲作用，同时第二激振单元b缓冲油缸12活塞杆缩回补偿运动位移；第一激振单元a缓冲油缸12压力变低，蓄能器11内油液迅速充入缓冲油缸12内，蓄能器11中空气能量释放，同时第一激振单元a缓冲油缸12活塞杆伸出，补偿运动位移；f.通过观察第一激振单元a和第二激振动单元的运动状态与油压数据可得到其响应速度和载荷消减等动态性能。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

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