本發(fā)明涉及海洋工程領(lǐng)域，具體涉及一種水池模型試驗系泊系統(tǒng)預(yù)張力快速調(diào)整裝置。

背景技術(shù)：

預(yù)張力是指系泊結(jié)構(gòu)靜水平衡時，系纜頂端的張力，此張力表明結(jié)構(gòu)平衡時，系纜對浮體結(jié)構(gòu)有作用力。預(yù)張力大小的不同意味著系纜為結(jié)構(gòu)提供的回復(fù)力不同，這將直接影響著結(jié)構(gòu)的運動頻率和運動響應(yīng)。施加合理預(yù)張力能減小纜繩最終受力和平臺運動幅度，更有利于系泊系統(tǒng)穩(wěn)定性。在實際的應(yīng)用中，無論是船舶在碼頭的?？炕蚴呛Ｑ蠊こ填I(lǐng)域，系泊的預(yù)張力都需要提供一個穩(wěn)定的方案。

在現(xiàn)有的系泊分析理論中，采用計算機仿真、理論數(shù)值模型以及水池模型試驗相結(jié)合的方式進行。其中在水池模型試驗中，根據(jù)實際的模型進行試驗的過程中，各根纜繩預(yù)張力的調(diào)節(jié)是一個漫長、枯燥、浪費大量人力、物力、財力的事情。

水池模型試驗中預(yù)張力的讀取是通過在每根纜繩上設(shè)置拉力傳感器，由傳感器將系泊纜上的拉力數(shù)值反饋到拉力測力儀上，進行讀數(shù)。

現(xiàn)有的系泊纜預(yù)張力的調(diào)節(jié)方法有兩種：一是通過改變系泊纜的長度來調(diào)整系泊纜上的拉力，通常的方式是在系泊纜與浮體連接的一端上連接一段鐵絲，根據(jù)經(jīng)驗預(yù)估對折鐵絲長度，形成一個開放的掛扣掛于試驗?zāi)Ｐ蜕系念A(yù)定出纜點處，讀出讀數(shù)；顯示值不在理論范圍值時，取下系泊纜重新對折鐵絲的長度，再次讀數(shù)；如此反復(fù)調(diào)整直到拉力測力儀上反饋預(yù)張力達到所需目標的預(yù)張力誤差范圍內(nèi)，然后通過交叉擰緊鐵絲固定系泊纜，但是在擰緊固定系泊纜的過程又會導(dǎo)致預(yù)張力改變脫離誤差范圍之外，導(dǎo)致需要重新進行調(diào)整或增大了誤差。因此此方法缺陷非常明顯，需要依靠經(jīng)驗值手動操作，由于每次的調(diào)節(jié)鐵絲對折的尺度的不確定性與不穩(wěn)定性，無法準確控制每次調(diào)節(jié)系纜的預(yù)張力的尺度，使得調(diào)整的過程反復(fù)繁瑣，調(diào)節(jié)時間很長，占整個試驗過程的三分之二時間；

二是通過改變系泊的水底固定點的位置來達到調(diào)整系泊纜預(yù)張力的目的，水池模型試驗中系泊纜經(jīng)常連接在一固定重物上，以此來模擬系泊在水底固定點的位置，通常的方式是將系泊纜固定在一大鐵板上，通過移動鐵板的位置來改變系泊的水底固定點的位置來調(diào)整預(yù)張力，此方法與上述方法一樣不能控制每次調(diào)整的尺度，導(dǎo)致調(diào)整過程的反復(fù)性，并且此方法每次調(diào)整預(yù)張力變化很大，只能做到大約的調(diào)整預(yù)張力，難以做到精確，再有就是調(diào)整水底系泊點位置比較困難，需人工穿防水服在水池中進行調(diào)整，尤其是深水試驗，當(dāng)水池水位較深時，增加人工調(diào)整系泊點位置的操作難度，如果遇到不會游泳的操作人員，使得試驗進行困難。

對于懸鏈線式系泊系統(tǒng)，調(diào)整系泊點的位置得到的系纜預(yù)張力變化不大，適用于調(diào)整到接近范圍值后再采用此種方式調(diào)節(jié)；而對于張緊式或者半張緊式系泊系統(tǒng)，調(diào)整系泊點的位置改變的系纜預(yù)張力較大，只適合到達目標張力值附近，也很難調(diào)整至目標預(yù)張力，因此在實際的水池模型試驗系泊系統(tǒng)預(yù)張力快速調(diào)整過程中，是以上兩種調(diào)整方式相互配合使用。

但是以上兩種方法都非常繁瑣費時，尤其對試驗人員的操作熟練度要求很高，通常6、7根系泊纜的預(yù)張力調(diào)整需要2、3個小時才能完成，而實際水池模型試驗中加以風(fēng)浪流進行模擬的時間只需半小時左右，預(yù)張力調(diào)整過慢對整個試驗的完成時間影響很大，行業(yè)內(nèi)的水池模型試驗所需的費用是相當(dāng)大的，一般的風(fēng)浪流水池日租金達到數(shù)萬元，所以水池試驗需要快速完成。因此，如何快速、準確、簡單的調(diào)節(jié)系纜預(yù)張力具有重要的實用意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種快速、準確、簡單的調(diào)節(jié)系纜預(yù)張力裝置，應(yīng)用在水池模擬試驗中，降低人力、物力、財力。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下：

水池模型試驗用系泊系統(tǒng)預(yù)張力快速調(diào)整裝置，包括底板、支架、調(diào)節(jié)軸，所述支架固定到底板上，所述調(diào)節(jié)軸安裝在支架上，在調(diào)節(jié)軸上至少固定兩個齒數(shù)不同的同心棘輪，與各棘輪相配合的棘爪通過各自的切換軸設(shè)置在支架上；所述切換軸帶動棘爪與棘輪具有嚙合、不嚙合兩個工位；調(diào)節(jié)軸上設(shè)有環(huán)扣，在調(diào)節(jié)軸的一側(cè)固定有手輪，所述手輪設(shè)置在棘輪外側(cè)，旋轉(zhuǎn)手輪帶動棘輪同步轉(zhuǎn)動。

進一步的：所述棘輪設(shè)置兩個，分別為第一棘輪、第二棘輪，設(shè)置在調(diào)節(jié)軸的兩端。

進一步的：所述棘輪設(shè)置兩個，分別為第一棘輪、第二棘輪，設(shè)置在調(diào)節(jié)軸的同側(cè)。

進一步的：所述棘爪與切換軸采用鍵連接，在棘爪上設(shè)有鍵槽，在鍵槽內(nèi)設(shè)有彈簧。

進一步的：所述切換軸安裝在支架的切換軸孔上，在切換軸上設(shè)有限位塊，所述切換軸孔周向設(shè)有兩個限位槽，限位塊與其中一個限位槽嵌合。

進一步的：所述限位塊為梯形，與之配合的限位槽為燕尾槽。

進一步的：所述底板設(shè)有連接通孔。

進一步的：整個裝置的材質(zhì)為復(fù)合材料。

有益效果

本發(fā)明應(yīng)用于海洋工程水池模型試驗領(lǐng)域，是一種新型結(jié)構(gòu)，在該領(lǐng)域首次使用的調(diào)整預(yù)張力的結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明基于棘輪在使用的過程中是單向運動的、同時又具備止逆的特性，結(jié)合本試驗?zāi)Ｐ蛯嶋H需要多級調(diào)節(jié)，在同一調(diào)節(jié)軸上設(shè)置多組齒數(shù)不同的棘輪棘爪組件，在系泊纜預(yù)張力調(diào)節(jié)的過程達到兼具從粗調(diào)到微調(diào)的平穩(wěn)過渡，并且在每一級別調(diào)節(jié)之后，鎖緊，在下一級別的棘爪與棘輪嚙合后本級別才處于不嚙合的狀態(tài)，保證試驗過程中保持預(yù)張力處于調(diào)節(jié)好的狀態(tài)。

本發(fā)明的調(diào)節(jié)過程是采用手輪帶動調(diào)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)，使參與調(diào)節(jié)的棘輪同步旋轉(zhuǎn)，操作簡單有效，轉(zhuǎn)動方便，不易打滑，大大簡化了預(yù)張力調(diào)節(jié)過程，能夠有效的降低預(yù)張力調(diào)節(jié)所需的時間。

本發(fā)明的整個裝置采用高分子復(fù)合材料，強度高且重量輕，減小該裝置對試驗?zāi)Ｐ偷闹匦?、轉(zhuǎn)動慣量等固有特性的影響。

附圖說明

圖1為本發(fā)明立體結(jié)構(gòu)示意圖一；

圖2為本發(fā)明立體結(jié)構(gòu)示意圖二；

圖3為本發(fā)明主視圖；

圖4為本發(fā)明棘爪結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖4中a部放大圖；

圖6為本發(fā)明切換軸孔示意圖；

圖7為本發(fā)明的另一種實施例示意圖；

圖中：底板1，螺栓11，支架2，切換軸孔21，限位槽211，調(diào)節(jié)軸3，環(huán)扣31，棘輪4，第一棘輪41，第二棘輪42，棘爪5，鍵槽51，彈簧52，第一棘爪53，第二棘爪54，切換軸6，限位塊61，手輪7。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例及附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。

水池模型試驗用系泊系統(tǒng)預(yù)張力快速調(diào)整裝置，包括底板、支架、調(diào)節(jié)軸，所述支架固定到底板上，所述調(diào)節(jié)軸安裝在支架上，在調(diào)節(jié)軸上至少固定兩個齒數(shù)不同的同心棘輪，與各棘輪相配合的棘爪通過各自的切換軸設(shè)置在支架上；所述切換軸帶動棘爪與棘輪具有嚙合、不嚙合兩個工位；調(diào)節(jié)軸上設(shè)有環(huán)扣，在調(diào)節(jié)軸的一側(cè)固定有手輪，所述手輪設(shè)置在棘輪外側(cè)，旋轉(zhuǎn)手輪帶動棘輪同步轉(zhuǎn)動。

如圖1所示，水池模型試驗用系泊系統(tǒng)預(yù)張力快速調(diào)整裝置，包括底板、支架、調(diào)節(jié)軸，支架固定到底板上，調(diào)節(jié)軸安裝在支架上，在調(diào)節(jié)軸上至少固定兩個齒數(shù)不同的同心棘輪，與各棘輪相配合的棘爪通過各自的切換軸設(shè)置在支架上；切換軸帶動棘爪與棘輪具有嚙合、不嚙合兩個工位；調(diào)節(jié)軸上設(shè)有環(huán)扣，在調(diào)節(jié)軸的一側(cè)固定有手輪，手輪設(shè)置在棘輪外側(cè)，旋轉(zhuǎn)手輪帶動棘輪同步轉(zhuǎn)動。

調(diào)節(jié)軸的具體結(jié)構(gòu)在此并不限定，可以是階梯軸，階梯軸在棘輪的裝配安裝過程減少限位定位配件的使用，同樣也可以是光軸，光軸的話需要增加限位防滑片作為棘輪的軸向固定。調(diào)節(jié)軸安裝到支架上時，可以是通過軸承支撐，提高調(diào)節(jié)的潤滑度，或是其他支撐方式在此不做限定。

棘輪的具體數(shù)量、位置以及棘輪的齒間距在此不做限定，根據(jù)需要調(diào)節(jié)預(yù)張力的精度進行多級調(diào)節(jié)或是對棘輪的齒間距進行限定，保證調(diào)節(jié)可靠。

同樣與棘輪相配合的棘爪數(shù)量根據(jù)棘輪的數(shù)量設(shè)定，棘爪采用彼此獨立不相互影響的切換軸，在前一級的棘輪調(diào)節(jié)結(jié)束之后，直接進行下一級別的調(diào)節(jié)，然后通過切換軸切換使此級別的棘爪與棘輪離開嚙合工位，彼此在與棘輪配合使用時，互不干擾，同時起到承上啟下的工作，不會造成之前的調(diào)節(jié)混亂或是失效的情況發(fā)生。

本發(fā)明利用棘輪在參與工作的過程中是單向運動的原理，設(shè)置多個齒數(shù)不同的棘輪，實現(xiàn)預(yù)張力從粗調(diào)到微調(diào)的轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)簡單、分級調(diào)節(jié)迅速可靠。

本裝置的調(diào)節(jié)過程是將系泊纜固定連接到環(huán)扣上，旋轉(zhuǎn)手輪，系泊纜上的拉力將發(fā)生變化，通過傳感器反饋到測力儀上，根據(jù)反饋的數(shù)值估算距離目標預(yù)張力的值，切換調(diào)節(jié)棘輪，進行分級調(diào)節(jié)，直至達到目標范圍值，鎖緊。

在使用本裝置之前做水池模型試驗時，系泊系統(tǒng)的預(yù)張力調(diào)節(jié)用去了整個試驗百分之八十的時間，但使用本裝置之后，將調(diào)節(jié)的時間降低為百分之三十，同時在此之前一天做一個試驗，采用本裝置之后，提高了試驗效率，大大降低了科研經(jīng)費的投入，使得試驗費用分配更加合理，避免浪費。

在本實施例中，如圖1所示棘輪設(shè)置兩個，分別為第一棘輪、第二棘輪，設(shè)置在調(diào)節(jié)軸的兩端，兩個棘爪相應(yīng)的配合棘輪的調(diào)節(jié)過程，通過切換軸使兩個棘爪中的一個配合棘輪參與預(yù)張力的調(diào)節(jié)，并且分置于支架的兩端，彼此不產(chǎn)生干涉，同時也避免了操作失誤的情況。

在本實施例中將第一棘輪、第二棘輪設(shè)置在調(diào)節(jié)軸的同側(cè)，如圖7所示，當(dāng)將兩個不同齒數(shù)的棘輪安置到一側(cè)時，與之對應(yīng)的棘爪也相應(yīng)放置到同一側(cè)，在空間上盡量避免彼此干涉的發(fā)生。每一棘輪都設(shè)置有與之配合的棘爪，在下一調(diào)節(jié)開始前本級別的棘輪處于鎖緊狀態(tài)，在下一級別的棘爪與棘輪嚙合后，送開本級別的棘輪與棘爪的配合，保證之前的調(diào)節(jié)不會失效或是逆轉(zhuǎn)的情況。

同理，可以設(shè)置更多組的調(diào)節(jié)棘輪，各個棘輪的齒數(shù)不同，分開調(diào)節(jié)級別，從粗調(diào)節(jié)到細調(diào)節(jié)，再到更細調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍廣泛，由于分級層次更多，在調(diào)節(jié)過頭之后，重新調(diào)節(jié)需要的時間更短，調(diào)節(jié)更快，省時。更多級調(diào)節(jié)裝置，其具體的結(jié)構(gòu)根據(jù)實際設(shè)計的合理以及需要進行設(shè)定，或是對相關(guān)結(jié)構(gòu)進行刪減或是增加，在本發(fā)明中不做限定。

棘爪與切換軸采用鍵連接，在棘爪上設(shè)有鍵槽，在鍵槽內(nèi)設(shè)有彈簧，彈簧的一端與棘爪固定，另一端固定到切換軸上。

彈簧保證了棘爪在棘輪轉(zhuǎn)動之后迅速復(fù)位，將棘輪鎖死，防止棘輪回轉(zhuǎn)。

所述切換軸安裝在支架的切換軸孔上，在切換軸上設(shè)有限位塊，所述切換軸孔周向設(shè)有兩個限位槽，限位塊與其中一個限位槽嵌合。切換軸的兩端具有限位阻擋阻止動作過大限位軸與支架脫離的情況發(fā)生。

在轉(zhuǎn)換工位的時候?qū)⑶袚Q軸沿著切換軸孔軸向移動，直到限位塊與限位槽脫離，周向旋轉(zhuǎn)切換軸，到另一限位槽的位置，限位塊進入相對的限位槽軸向推回切換軸，完成棘爪與棘輪的嚙合或是不嚙合的工位轉(zhuǎn)換。

在工作時，在限位槽的端部可以設(shè)置喇叭口形的導(dǎo)向面，便于限位塊進入限位槽，提高轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)速度。

限位塊為梯形，與之配合的限位槽為燕尾槽。

采用梯形的限位塊與燕尾槽的配合，在切換的過程中運動精度高，運行穩(wěn)定可靠。

為了便于將整個裝置安裝到模擬船上或是其他位置：在底板設(shè)有連接通孔，采用螺栓或是螺釘固定。具有容易定位、方便安裝的優(yōu)勢。

為了降低本裝置對本試驗?zāi)Ｐ偷挠绊?，整個裝置的材質(zhì)為復(fù)合材料。采用復(fù)合材料后的整個裝置具有強度大、重量輕的優(yōu)點，對整個試驗?zāi)Ｐ偷闹匦呐c轉(zhuǎn)動慣量的影響較小。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實施例應(yīng)用于其它領(lǐng)域，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。