极地航行船舶材料低温环境摩擦碰撞性能测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种极地航行船舶船体低温环境性能测试装置，该装置包含船体低温环境摩擦碰撞控制系统、低温碰撞测试模块、低温摩擦加载模块、低温制冰模块、低温制冷系统、极地低温环境箱。本发明专利技术可在实验室模拟极地环境，制作不同类型的极地海冰，在同一台设备上利用不同模块开展极地航行船舶材料低温下与冰面的摩擦磨损性能、材料的低温加载服役性能、极地航行船舶模型破冰性能研究，为极地航行船舶的船体与极地冰层摩擦磨损性能检测、极地作业设备的低温性能测试提供平台，对船模在低温冰槽中的破冰航行阻力测试、船用钢板与冰层间的摩擦磨损性能、船模与冰山的碰撞试验，船模航行受到的冰载荷及船模与冰山撞击过程的撞击力开展测试研究。

Test device for friction and impact performance of ship materials at low temperature in polar ships

The invention discloses a low-temperature environment performance testing device for polar navigation ship hull, which comprises a ship hull low-temperature environment friction and impact control system, a low-temperature impact testing module, a low-temperature friction loading module, a low-temperature ice making module, a low-temperature refrigeration system, and a polar low-temperature environment box. The invention can simulate polar environment in laboratory, make different types of polar sea ice, carry out frictional and wear properties between polar navigation ship materials and ice surface at low temperature, material service performance under low temperature loading, polar navigation ship model ice breaking performance by using different modules on the same equipment, and is used for polar navigation ship. It provides a platform for testing the frictional and wear properties of ship hull and polar ice layer, and for testing the low temperature performance of polar working equipment. It also provides a platform for testing the ice breaking resistance of ship model in low temperature ice tank, the frictional and wear properties between ship plate and ice layer, the collision test between ship model and iceberg, the ice load on the ship model and the collision between ship model and iceberg. The impact force of the course is tested.

【技术实现步骤摘要】
极地航行船舶材料低温环境摩擦碰撞性能测试装置
本专利技术涉及极地极寒环境材料低温环境性能测试领域，特别涉及一种极地航行船舶船体低温环境性能测试装置。
技术介绍
随着全球温室效应的加剧，极地区域覆盖的海冰面积正在快速减少，极地区域的环境越加有利于航运业和能源开发的展开。开发具有良好作业性能的极地区域航行作业船舶变的越来越迫切，极地区域航行的船舶船体及船用材料在航行及破冰过程中会受到极地低温气候的影响、极地冰层的摩擦和碰撞，选用不同的材料和设计不同的极地航行船舶船体型线，对于极地航行船舶和极地作业设备的服役性能影响很大。因此，在开展详细设计前及制造前，对于应用于极地环境的材料开展低温性能测试，对于极地航行船舶船材料开展低温海冰摩擦磨损性能测试，对船体型线开展破冰性能测试变得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种极地航行船舶船体低温环境性能测试装置，该装置可以在实验室环境中构建极地低温环境，制作不同性能的极地海冰，在同一台设备上利用不同模块开展极地航行船舶材料低温环境下与冰面的摩擦磨损性能研究、材料的低温加载服役性能研究，极地航行船舶模型破冰性能研究。为极地作业设备材料的性能测试提供极地环境服役性能测试平台，对于极地航行船舶的开发、极地环境应用材料的开发具有重要的意义。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种极地航行船舶船体低温环境性能测试装置，该装置包含：极地低温环境箱，开展极地环境下的船体摩擦碰撞性能测试，实现极地低温环境的保温及温度控制；低温碰撞测试模块，设置在所述极地低温环境箱中，工作环境温度受所述极地低温环境箱控制；所述低温碰撞测试模块测试低温环境下不同船体型线在不同航速下的航行性能、船体与冰层之间的摩擦阻力，以及测试极地环境下船体与冰山、冰川在不同速度、不同温度下的碰撞冲击载荷；低温摩擦加载模块，施加设定载荷在待测工件上，控制待测工件按照设定速度在冰面上往复移动，测试低温环境下材料与冰面的摩擦磨损性能；低温制冰模块，按照不同的海水成分配比配制实验海水以及按照设定的程序和冷却速度制取不同海域、不同厚度、不同硬度的海冰；低温制冷系统，与所述极地低温环境箱和所述低温制冰模块连接，采用冷风循环和冷媒流动实现极地低温环境；控制极地航行船舶材料低温环境摩擦碰撞性能测试的控制系统，其与所述低温碰撞测试模块、所述低温制冰模块和所述极地低温环境箱连接；所述控制系统提供界面选择不同的测量程序和模式，对极地低温环境中的温度、载荷、移动速度、摩擦力等参数进行监测并按照设定参数进行控制，记录设备的运行参数并产生相应的测试结果。优选地，所述的极地低温环境箱为密闭空间，所述低温环境箱的箱体为具有保温隔热功能的发泡聚氨酯板拼接结构体，该箱体上开设具有保温作用的对开门，箱体的上部开设上部维修吊装盖板，箱体的四周开有若干个具有防结霜作用的观察窗；所述极地低温环境箱的箱体内设置有照明装置和摄像装置，该摄像装置与所述控制系统连接，该控制系统实时存储该摄像装置所摄制的图像。优选地，所述低温环境箱的温度在80℃至-80℃之间，和/或降温速度在1℃/min至5℃/min之间。优选地，所述低温碰撞测试模块包含：拖拽支架，与支架横担相配合以固定所述低温碰撞测试模块；支撑座，其外部装有隔热层，内部安装有加热器；所述加热器与所述控制系统连接；缠绕筒，设置在所述支撑座上；拖拽步进电机，与所述控制系统连接；所述拖拽步进电机通过拖拽变速箱、接触板与所述缠绕筒连接；拖拽绳，绕过导向滚轮与测试船体连接；所述拖拽步进电机带动所述拖拽绳转动，所述缠绕筒将所述拖拽绳缠绕至所述缠绕筒表面；丝杆，设置在所述支撑座上；所述丝杆通过拖拽变速箱、接触板与所述拖拽步进电机连接；所述丝杆上设置有滑块；导杆，设置在所述支撑座上；所述滑块在所述导杆上往复移动；设置在所述支撑座上的两个限位开关，与所述控制系统连接；两个限位开关限制所述滑块上的限位板；拖拽传感器，与绕过导向滚轮的所述拖拽绳连接；所述拖拽传感器与所述控制系统连接。优选地，所述低温摩擦加载模块包含：导轨座，与两个固定横板相配合，以连接所述低温摩擦加载模块；所述导轨座下方设置有若干个导轨支撑脚，上方设置有齿条；传动齿轮，与所述齿条相配合；往复摩擦加载单元，通过所述传动齿轮的转动以按照设定速度移动；所述往复摩擦加载单元侧面设置有测距定位板；红外测距仪，与所述测距定位板相配合对所述往复摩擦加载单元进行定位；用于保护低温摩擦加载模块免受损坏的防撞缓冲垫，设置在沿着往复摩擦加载单元移动所在方向的两侧。优选地，所述往复摩擦加载单元包含：测试件固定法兰，用于安装待测工件；加载步进电机，控制测试工件加载力；加载安装底板，其上固定有加载丝杆、加载导向杆、往复移动步进电机、往复移动变速箱、往复移动位移传感器；其中，所述加载步进电机通过加载同步带轮带动加载同步带、加载丝杆转动；所述往复移动位移传感器监测所述往复摩擦加载单元的位置；所述传动齿轮通过往复移动齿轮轴、往复移动变速箱与所述往复移动步进电机连接，带动所述往复摩擦加载单元进行往复移动；加载横梁，与所述加载丝杆连接，所述加载丝杆的转动会带动所述加载横梁沿着所述加载导向杆上下移动；加载固定板，与所述加载丝杆连接；加载位移传感器，与所述加载横梁连接；加载压力传感器，与所述加载横梁连接；加载箱保温层，包覆在所述往复摩擦加载单元外部，隔离往复摩擦加载单元的箱体与所述极地低温环境箱的低温；所述加载箱内安装有加热装置，保证箱体内电气元件在低温环境中正常工作。优选地，所述低温制冷模块包含：用于存储海水并作为制冰开展空间的低温水槽，设置在所述极地低温环境箱内；所述低温水槽内部安装有冷媒交换器和曝气装置；其中，所述曝气装置对低温水槽内的海水进行曝气，对海水进行搅拌混合，对低温水槽内海水的温度控制；低温制冷压缩模块机组，通过若干个阀门与所述冷媒交换器连接，利用冷媒交换器中的制冷剂流动，对低温水槽中的海水降温，通过控制该制冷剂的温度，控制海水的降温速度；所述低温制冷压缩机组通过若干个与液氮接入口连接，对极地低温环境箱内温度的降温和控制；设置在极地低温环境箱内的喷雾装置，设置在低温水槽上部，在低温环境下在低温水槽内均匀喷雾，通过极地低温环境箱内的低温在低温水槽中均匀制冰；海水混合装置，与所述低温水槽连接；所述海水混合装置通过阀门与排水口连接；循环水泵，与所述海水混合装置连接；过滤装置，分别与所述循环水泵、天然海水口/淡水口连接；加药装置，通过阀门与所述海水混合装置连接；冷风循环系统，设置在所述极地低温环境箱内，对极地低温环境箱内气氛进行循环和控制；所述冷风循环系统与所述低温制冷压缩模块机组连接；冷风气氛交换器，设置在所述极地低温环境箱内；所述冷风气氛交换器与所述低温制冷压缩模块机组连接。优选地，当低温制冷系统开始降温时，包含以下过程：S1、启动电源，控制系统及低温制冷模块、极地低温环境箱启动；S2、在控制系统的控制软件界面中选择极地环境低温制冷模块控制程序，设定低温制冷的温度和速度；S3、打开低温制冷压缩模块机组并预热，若需液氮进行辅助降温，则将液氮接入口与外接液氮冷却源连接，进行快速降温；S4、在控制系统中设定海水和淡水的进水速度和盐度要求，将天然海水口和淡水接入口打开，混合的水经过过滤装置、循环水泵后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种极地航行船舶材料低温环境摩擦碰撞性能测试装置，其特征在于，包括：极地低温环境箱（5），开展极地环境下的船体摩擦碰撞性能测试，实现极地低温环境的保温及温度控制；低温碰撞测试模块（1），设置在所述极地低温环境箱（5）中，工作环境温度受所述极地低温环境箱（5）控制；所述低温碰撞测试模块（1）测试低温环境下不同船体型线在不同航速下的航行性能、船体与冰层之间的摩擦阻力，以及测试极地环境下船体与冰山、冰川在不同速度、不同温度下的碰撞冲击载荷；低温摩擦加载模块（2），施加设定载荷在待测工件上，控制待测工件按照设定速度在冰面上往复移动，测试低温环境下材料与冰面的摩擦磨损性能；低温制冰模块（3），按照不同的海水成分配比配制实验海水以及按照设定的程序和冷却速度制取不同海域、不同厚度、不同硬度的海冰；低温制冷系统（4），与所述极地低温环境箱（5）和所述低温制冰模块（3）连接，采用冷风循环和冷媒流动实现极地低温环境；控制极地航行船舶材料低温环境摩擦碰撞性能测试的控制系统（6），其与所述低温碰撞测试模块（1）、所述低温制冰模块（3）和所述极地低温环境箱（5）连接；所述控制系统（6）提供界面选择不同的测量程序和模式，对极地低温环境中的温度、载荷、移动速度、摩擦力等参数进行监测并按照设定参数进行控制，记录设备的运行参数并产生相应的测试结果。...

【技术特征摘要】
1.一种极地航行船舶材料低温环境摩擦碰撞性能测试装置，其特征在于，包括：极地低温环境箱（5），开展极地环境下的船体摩擦碰撞性能测试，实现极地低温环境的保温及温度控制；低温碰撞测试模块（1），设置在所述极地低温环境箱（5）中，工作环境温度受所述极地低温环境箱（5）控制；所述低温碰撞测试模块（1）测试低温环境下不同船体型线在不同航速下的航行性能、船体与冰层之间的摩擦阻力，以及测试极地环境下船体与冰山、冰川在不同速度、不同温度下的碰撞冲击载荷；低温摩擦加载模块（2），施加设定载荷在待测工件上，控制待测工件按照设定速度在冰面上往复移动，测试低温环境下材料与冰面的摩擦磨损性能；低温制冰模块（3），按照不同的海水成分配比配制实验海水以及按照设定的程序和冷却速度制取不同海域、不同厚度、不同硬度的海冰；低温制冷系统（4），与所述极地低温环境箱（5）和所述低温制冰模块（3）连接，采用冷风循环和冷媒流动实现极地低温环境；控制极地航行船舶材料低温环境摩擦碰撞性能测试的控制系统（6），其与所述低温碰撞测试模块（1）、所述低温制冰模块（3）和所述极地低温环境箱（5）连接；所述控制系统（6）提供界面选择不同的测量程序和模式，对极地低温环境中的温度、载荷、移动速度、摩擦力等参数进行监测并按照设定参数进行控制，记录设备的运行参数并产生相应的测试结果。2.如权利要求1所述的极地航行船舶材料低温环境摩擦碰撞性能测试装置，其特征在于，所述的极地低温环境箱（5）为密闭空间，所述低温环境箱（5）的箱体为具有保温隔热功能的发泡聚氨酯板拼接结构体，该箱体上开设具有保温作用的对开门，箱体的上部开设上部维修吊装盖板，箱体的四周开有若干个具有防结霜作用的观察窗；所述极地低温环境箱（5）的箱体内设置有照明装置和摄像装置，该摄像装置与所述控制系统（6）连接，该控制系统（6）实时存储该摄像装置所摄制的图像。3.如权利要求1或2所述的极地航行船舶材料低温环境摩擦碰撞性能测试装置，其特征在于，所述低温环境箱（5）的温度在80℃至-80℃之间，和/或降温速度在1℃/min至5℃/min之间。4.如权利要求1所述的极地航行船舶材料低温环境摩擦碰撞性能测试装置，其特征在于，所述低温碰撞测试模块（1）包含：拖拽支架（105），与支架横担（110）相配合以固定所述低温碰撞测试模块（1）；支撑座（130），其外部装有隔热层（145），内部安装有加热器（160）；所述加热器（160）与所述控制系统（6）连接；缠绕筒（140），设置在所述支撑座（130）上；拖拽步进电机（115），与所述控制系统（6）连接；所述拖拽步进电机（115）通过拖拽变速箱（120）、接触板（125）与所述缠绕筒（140）连接；拖拽绳（135），绕过导向滚轮（185）与测试船体（195）连接；所述拖拽步进电机（115）带动所述拖拽绳（135）转动，所述缠绕筒（140）将所述拖拽绳（135）缠绕至所述缠绕筒（140）表面；丝杆（165），设置在所述支撑座（130）上；所述丝杆（165）通过拖拽变速箱（120）、接触板（125）与所述拖拽步进电机（115）连接；所述丝杆（165）上设置有滑块（150）；导杆（155），设置在所述支撑座（130）上；所述滑块（150）在所述导杆（155）上往复移动；设置在所述支撑座（130）上的两个限位开关，与所述控制系统（6）连接；两个限位开关限制所述滑块（150）上的限位板（170）；拖拽传感器（190），与绕过导向滚轮（185）的所述拖拽绳（135）连接；所述拖拽传感器（190）与所述控制系统（6）连接。5.如权利要求1所述的极地航行船舶材料低温环境摩擦碰撞性能测试装置，其特征在于，所述低温摩擦加载模块（2）包含：导轨座（203），与两个固定横板相配合，以连接所述低温摩擦加载模块（2）；所述导轨座（203）下方设置有若干个导轨支撑脚（205），上方设置有齿条（204）；传动齿轮（206），与所述齿条（204）相配合；往复摩擦加载单元（208），通过所述传动齿轮（206）的转动以按照设定速度移动；所述往复摩擦加载单元（208）侧面设置有测距定位板（207）；红外测距仪（202），与所述测距定位板（207）相配合对所述往复摩擦加载单元（208）进行定位；用于保护低温摩擦加载模块（2）免受损坏的防撞缓冲垫（209），设置在沿着往复摩擦加载单元（208）移动所在方向的两侧。6.如权利要求5所述的极地航行船舶材料低温环境摩擦碰撞性能测试装置，其特征在于，所述往复摩擦加载单元（208）包含：测试件固定法兰（236），用于安装待测工件；加载步进电机（230），控制测试工件加载力；加载安装底板（235），其上固定有加载丝杆（223）、加载导向杆（220）、往复移动步进电机（229）、往复移动变速箱（233）、往复移动位移传感器（232）；其中，所述加载步进电机（230）通过加载同步带轮（227）带动加载同步带（226）、加载丝杆（223）转动；所述往复移动位移传感器（232）监测所述往复摩擦加载单元（208）的位置；所述传动齿轮（206）通过往复移动齿轮轴（234）、往复移动变速箱（233）与所述往复移动步进电机（229）连接，带动所述往复摩擦加载单元（208）进行往复移动；加载横梁（224），与所述加载丝杆（223）连接，所述加载丝杆（223）的转动会带动所述加载横梁（224）沿着所述加载导向杆（220）上下移动；加载固定板（228），与所述加载丝杆（223）连接；加载位移传感器（221），与所述加载横梁（224）连接；加载压力传感器（231），与所述加载横梁（224）连接；加载箱保温层（222），包覆在所述往复摩擦加载单元（208）外部，隔离往复摩擦加载单元（208）的箱体与所述极地低温环...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东胜，常雪婷，孙士斌，金永兴，尹衍升，董丽华，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海,31