專利名稱：橡膠護(hù)舷力學(xué)參數(shù)測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于橡膠護(hù)舷力學(xué)參數(shù)測試裝置。
背景技術(shù)：
橡膠護(hù)舷是船舶靠岸時(shí)，為保護(hù)船體同時(shí)保護(hù)碼頭而使用的一種橡膠制品。它充分利用了橡膠獨(dú)特的應(yīng)力一應(yīng)變性質(zhì)，能夠貯存大量的能量(為同重量的回火彈簧鋼的150倍)，并在回縮時(shí)釋放出其絕大部分能量，即吸收輪船靠岸時(shí)的絕大部分動能，并具有低反力特性。
橡膠護(hù)舷硫化后，對其硫化質(zhì)量的檢驗(yàn)通常是采用對橡膠護(hù)舷進(jìn)行物理機(jī)械性能進(jìn)行測試。九十年代以前，人們對橡膠護(hù)舷性能的檢測和監(jiān)控，主要是基于材料力學(xué)的基本原理，通過對橡膠護(hù)舷不同方向的加壓、拉伸，檢測其抗拉強(qiáng)度和疲勞極限等力學(xué)參數(shù)，以判斷護(hù)舷是否達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求。這種檢測和監(jiān)控的方法實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，而且主要依賴于人工操作，誤差較大。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和船舶運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，對護(hù)舷性能指標(biāo)的要求也隨之提高，并制定了相應(yīng)的技術(shù)性能標(biāo)準(zhǔn)。護(hù)舷的機(jī)械性能技術(shù)指標(biāo)包括50％壓縮變形率的最大壓縮反力和吸收能量，并且需要記錄相應(yīng)的載荷一變形曲線，顯然，設(shè)計(jì)橡膠護(hù)舷性能參數(shù)自動測試裝置對護(hù)舷進(jìn)行自動測試、記錄，才能保證橡膠護(hù)舷質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)出橡膠護(hù)舷力學(xué)參數(shù)測試裝置，該裝置采用了位移和壓力變送器，在護(hù)舷受壓的情況下，將護(hù)舷的變形量和反力等相關(guān)參數(shù)轉(zhuǎn)換成電信號，通過接口電路和A/D數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)組成智能測試控制裝置。該裝置可對1-150噸反力、10-100mm變形量的各類橡膠護(hù)舷制品進(jìn)行力學(xué)性能參數(shù)測試分析，可實(shí)現(xiàn)在線或離線監(jiān)測分析，并可存檔管理，操作簡便、實(shí)時(shí)性強(qiáng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是提供一種橡膠護(hù)舷力學(xué)參數(shù)測試裝置，其中該裝置包括有壓力機(jī)，在所述壓力機(jī)的立柱旁設(shè)置有位移變送器，在所述壓力機(jī)的底盤上設(shè)有荷重變送器，在所述荷重變送器上敷設(shè)有壓板，在所述壓板上放置有待測的橡膠護(hù)舷；位移變送器和荷重變送器的輸出信號通過電纜輸入計(jì)算機(jī)的電壓/電流(V/I)轉(zhuǎn)換卡，將電壓信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電流信號，該信號通過光電隔離送入模數(shù)轉(zhuǎn)換卡輸入計(jì)算機(jī)。
所述荷重變送器是電阻應(yīng)變式荷重變送器，它是由對稱方式布局在所述壓力機(jī)底盤上的三個(gè)反力測量荷重傳感器組成。
所述位移變送器是差動變壓器式的位移變送器。
本實(shí)用新型的效果是該測試裝置采用位移(WY-1500mm)型差動變壓器式位移傳感器測量橡膠護(hù)舷壓縮位移，它具有靜態(tài)線性度好、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、頻帶寬、靈敏度高、時(shí)間常數(shù)小等特點(diǎn)?？梢詼y量橡膠護(hù)舷靜態(tài)和動態(tài)，不同變形量下的吸能量大小，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率高，對保護(hù)港口碼頭和船體意義重大。


圖1為橡膠護(hù)舷反力變形曲線；圖2為橡膠護(hù)舷測試裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為橡膠護(hù)舷測試結(jié)果曲線圖。
圖中1、壓力機(jī)2、位移變送器3、荷重變送器4、計(jì)算機(jī)5、橡膠護(hù)舷具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型的橡膠護(hù)舷力學(xué)參數(shù)測試裝置加以說明。
本實(shí)用新型的橡膠護(hù)舷力學(xué)參數(shù)測試裝置包括有壓力機(jī)，在所述壓力機(jī)1的立柱旁設(shè)置有位移變送器2，在所述壓力機(jī)1的底盤上設(shè)有荷重變送器3，在所述荷重變送器3上敷設(shè)有壓板，使測量的反力均勻分布，在所述壓板上放置有待測的橡膠護(hù)舷。位移變送器2和荷重變送器3的輸出信號通過電纜輸入計(jì)算機(jī)4的電壓/電流(V/I)轉(zhuǎn)換單元，將電壓信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電流信號，該信號通過光電隔離送入模數(shù)轉(zhuǎn)換卡，轉(zhuǎn)換的數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)4。所述的計(jì)算機(jī)4是選用的EVOC工控機(jī)。
所述荷重變送器3是電阻應(yīng)變式荷重變送器，它是由對稱方式布局在所述壓力機(jī)1底盤上的三個(gè)反力測量荷重傳感器組成，所述位移變送器2是差動變壓器式的位移變送器。
本實(shí)用新型的橡膠護(hù)舷力學(xué)參數(shù)測試裝置的檢測過程是對橡膠護(hù)舷的反力和吸能量這兩個(gè)直接反映橡膠護(hù)舷重要力學(xué)性能參數(shù)的檢測。
橡膠護(hù)舷能夠在彈性范圍內(nèi)產(chǎn)生大變形，能夠吸收船只靠岸時(shí)的沖擊動能，并使碰撞時(shí)產(chǎn)生的反作用力減小，其反力變形曲線如圖1所示，其技術(shù)性能如下行程1-1000mm；精度0.05％；靈敏度0.5-20mV/V/mm；初級激勵(lì)電壓5V；激勵(lì)電源頻率1KHZ；靈敏度漂移零點(diǎn)＜0.01％/℃；滿度＜0.03％/℃；負(fù)載阻抗20K。。
反力測量采用BHR-4型電阻應(yīng)變式荷重傳感器，其主要技術(shù)性能如下
分辨能力為額定載荷的0.19％；額定載荷輸出靈敏度為1.0^-1.5mV/V；非線性，滯后及重復(fù)性誤差均小于額定載荷輸出的0.5％；溫度對零點(diǎn)影響小于0.04％/℃；允許過載能力為額定載荷的20％；測量范圍可由1噸-300噸，精度可達(dá)士0.5％-0.3％左右。
一般，通過反作用力變形曲線可計(jì)算出護(hù)舷的吸能量。
一般吸能量E為E=∫0Xf(x)dx]]>式中，f(x)-------反作用力與變形量之間的函數(shù)；x-------護(hù)舷變形量。
船舶靠岸雖然是以10-30cm/sec左右的速度產(chǎn)生的緩慢的沖擊現(xiàn)象，但因?yàn)榇氨旧淼馁|(zhì)量及船舶靠岸時(shí)所帶起的水浪質(zhì)量非常大，所以護(hù)舷所要吸收的沖擊能非常大。
船舶的靠岸時(shí)的撞擊能量按照運(yùn)動力學(xué)可用下式表示，Es＝WsV2/2g·Ce·Cm·Cs·Cc式中，Es為船舶靠岸時(shí)撞擊能量(tf·m)，V為船舶靠岸速度(m/sec)，g為重力加速度(m/sec2)，Ws為船舶排水量(tf)，Ce為偏心系數(shù)，Cm為假定質(zhì)量系數(shù)，Cs為柔性系數(shù)，Cc為碼頭的形狀系數(shù)。
其中，Ce-偏心系數(shù)是指由靠岸時(shí)船舶的行駛狀況、船舶的各種因素及與護(hù)舷材料的位置關(guān)系決定的系數(shù)；Cm一假定質(zhì)量系數(shù)是指由船舶的質(zhì)量與船舶周圍的水質(zhì)量之和除以船舶的質(zhì)量求得的系數(shù)。
船舶撞擊能量Es與其靠岸時(shí)被壓縮的護(hù)舷所吸收的能量E相等。顯然，橡膠護(hù)舷所具有的固有變形量是有限的。因而，若橡膠護(hù)舷最大變形時(shí)所吸收的能量為E最大時(shí)，應(yīng)有E最大＞Es此外，若船舶或碼頭允許產(chǎn)生的反力為Rs，橡膠護(hù)舷吸收船舶靠岸能量Es所產(chǎn)生的反力為Rf，則Rf＜Rs為了能夠準(zhǔn)確得測量出護(hù)舷的反力，在壓力機(jī)的底盤上對稱設(shè)置3個(gè)荷重傳感器分別測量反力值，取其平均值F，此平均值可較準(zhǔn)確地表示橡膠護(hù)舷的所受的壓力，從而保證測量精度。
位移變送器2和荷重變送器3將測得的位移及反力經(jīng)過(V/I)轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成4^-20mA并將電流信號傳輸?shù)睫D(zhuǎn)換卡PCLD-881，經(jīng)PCLD-881光電隔離送入模數(shù)轉(zhuǎn)換卡，將其電流信號轉(zhuǎn)換為1-5V的電壓信號并由12位數(shù)據(jù)采集卡PCL-813輸入計(jì)算機(jī)。
該橡膠護(hù)舷力學(xué)參數(shù)測試裝置測試步驟(以DA800x 1500型橡膠護(hù)舷為例)1、將DA800x 1500型橡膠護(hù)舷按使用壓縮方向固定在壓力機(jī)底盤上的壓板上。
2、設(shè)置測試系統(tǒng)參數(shù)護(hù)舷型號、A/D通道、變送器的初始參數(shù)等。
3、開動壓力機(jī)以70mm/min的速度緩慢下降，當(dāng)壓力機(jī)的壓頭剛好接觸到壓縮橡膠護(hù)舷5時(shí)，通過位移變送器2記錄此刻的位移量。然后開始對橡膠護(hù)舷進(jìn)行壓縮至要求的壓縮變形量。隨壓力機(jī)的壓頭位移，位移變送器2和荷重變送器3輸出相應(yīng)信號，該信號通過電纜輸入計(jì)算機(jī)4的電壓/電流(V/I)轉(zhuǎn)換單元，將電壓信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電流信號，該信號通過光電隔離單元送入模數(shù)轉(zhuǎn)換卡，然后輸入計(jì)算機(jī)4。
4、最后，根據(jù)牛頓插值法和辛普森求積算法計(jì)算橡膠護(hù)舷的吸能量，并根據(jù)橡膠護(hù)舷的國家標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算其誤差。由計(jì)算機(jī)自動記錄相對變形量的反力值，并計(jì)算出吸能量。計(jì)算機(jī)可隨時(shí)顯示、打印、存儲檢測過程中橡膠護(hù)舷的反力、吸能曲線以及壓縮量。
本裝置對DA800x1500型橡膠護(hù)舷的測試結(jié)果曲線如圖3所示，圖中，實(shí)線為標(biāo)準(zhǔn)曲線，虛線為實(shí)測曲線，其反力及吸能量見下表。
DA800x1500型護(hù)舷力學(xué)性能測試表

從測試表中不難看出，其反力誤差為

吸能量誤差為

可見，該系統(tǒng)具有較高的測量精度，能夠?qū)崟r(shí)在線反映位移、反力動態(tài)值。同時(shí)，本裝置還具有存儲及打印反力、吸能曲線及數(shù)據(jù)的功能。
本裝置經(jīng)運(yùn)行試驗(yàn)，性能穩(wěn)定可靠，有效地保證橡膠護(hù)舷性能和質(zhì)量。
權(quán)利要求1.一種橡膠護(hù)舷力學(xué)參數(shù)測試裝置，其特征是該裝置包括有壓力機(jī)，在所述XWX-300T及CWX-500T壓力試驗(yàn)機(jī)(1)的立柱旁設(shè)置有位移變送器(2)，在所述壓力機(jī)(1)的底盤上安裝荷重變送器(3)，在所述荷重變送器(3)上敷設(shè)有壓板，在所述壓板上放置待測的橡膠護(hù)舷(5)；所述位移變送器(2)和荷重變送器(3)的輸出信號通過電纜輸入計(jì)算機(jī)(4)的電壓/電流(V/I)轉(zhuǎn)換單元，將電壓信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電流信號，該信號通過光電隔離送入模數(shù)轉(zhuǎn)換卡，然后輸入計(jì)算機(jī)(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橡膠護(hù)舷力學(xué)參數(shù)測試裝置，其特征是所述荷重變送器(3)是電阻應(yīng)變式荷重變送器，它是由對稱方式布局在所述壓力機(jī)(1)底盤上的三個(gè)反力測量荷重傳感器組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橡膠護(hù)舷力學(xué)參數(shù)測試裝置，其特征是所述位移變送器(2)是差動變壓器式的位移變送器。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種橡膠護(hù)舷力學(xué)參數(shù)測試裝置，該裝置包括有壓力機(jī)，在壓力機(jī)的立柱旁設(shè)置有位移變送器，在壓力機(jī)的底盤上設(shè)有荷重變送器，在荷重變送器上敷設(shè)有壓板，在壓板上放置有待測的橡膠護(hù)舷；位移變送器和荷重變送器的輸出信號通過電纜輸入計(jì)算機(jī)的電壓/電流轉(zhuǎn)換卡，將電壓信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電流信號，該信號通過光電隔離送入模數(shù)轉(zhuǎn)換卡輸入計(jì)算機(jī)。本實(shí)用新型的效果是該測試裝置采用位移(WY－1500mm)型差動變壓器式位移傳感器測量橡膠護(hù)舷壓縮位移，它具有靜態(tài)線性度好、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、頻帶寬、靈敏度高、時(shí)間常數(shù)小等特點(diǎn)。可以測量橡膠護(hù)舷靜態(tài)和動態(tài)，不同變形量下的吸能量大小，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率高，對保護(hù)港口碼頭和船體意義重大。
文檔編號G01N19/00GK2869845SQ20062002536
公開日2007年2月14日 申請日期2006年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月20日
發(fā)明者王化祥, 王超, 陳磊, 洪海龍 申請人:天津大學(xué)