一种柔性连接件测试台的制作方法

本发明涉及一种外载荷加载测试台，尤其涉及一种柔性连接件测试台。

背景技术：

深海中的海况非常复杂，海洋中众多石油管道、钻井平台会受海流、海浪、海冰、潮汐等因素的影响，因此这些水下设备的连接部分通常采用柔性设计，以抵御外界环境的冲击。例如海底钻井立管、钢链立管系统及张力腿平台的筋腱连接器中均有橡胶弹性元件起到柔性连接的作用。

海况对柔性连接件造成的影响可以归纳为两类：一类是柔性连接件受到的预紧力、环境载荷、潮汐升沉产生的校正张力，筋腱张力余量，以及各种变载荷，统称为张紧力。一类是海浪会使得柔性连接件的两端产生一定转角，即弯矩。对于测试柔性连接件，张紧力一般通过拉伸试件得到，弯矩通过摆动得到，通常是在陆地上通过专用的测试装置来完成。

现存的针对柔性连接件拉、弯试验一般是分离进行，复合试验装置无法做到较大幅度的摆动，而电动机驱动的四连杆机构的测试试验装置振动噪声比较大，不适合高频率试验。

如中国专利申请公布号CN 105241647 A，申请公布日2016.01.13，发明创造的名称为水下连接器外载荷的试验台，该申请公开了一种用于进行拉力、压力、弯矩和扭矩四种不同类型试验的水下连接器外载荷的试验台，其不足之处在于结构复杂，可转动角度过小，无法满足实验需求。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种柔性连接件测试台，适用于测试海洋石油工程中有柔性连接的管道、张力腿筋腱等柔性连接件，本发明可以对柔性连接件的连接强度进行测试，又能通过加载拉力及弯矩载荷实现竖直及扭转刚度的测量。整体采用全液压驱动，可以满足对于较大试验压力的要求，摆动范围大，且试验噪声低、振动小。

本发明的目的是这样实现的：包括底座、两个水平加载液压装置、对称设置在底座上的两个竖直加载液压装置、安装在底座上的柔性连接件、与柔性连接件上端固连的复合连接架、安装在底座上的侧板，且所述柔性连接件位于两各竖直加载液压装置之间，每个竖直加载液压装置包括安装在底座上的竖直铰链支座、与竖直铰链支座铰接连接的竖直加载液压缸、与竖直加载液压缸上端连接的法兰拉压传感器，且法兰拉压传感器上端与复合连接架下端固连，每个水平加载液压装置包括设置在复合连接架上的水平铰链支座、设置在侧板上的导轨、安装在导轨中的T型头铰链支座、水平加载液压缸、螺纹拉压传感器，水平加载液压缸的缸体与水平铰链支座铰接、水平加载液压缸的活塞杆与螺纹拉压传感器连接，螺纹拉压传感器铰接在T型头铰链支座上，所述导轨上还均匀设置有固定T型头铰链支座位置的螺孔。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述柔性连接件包括柔性连接件外壳、柔性元件外壳、柔性元件和筋腱，柔性连接件外壳固定安装在底座上，柔性元件外壳通过卡槽与柔性连接件外壳固定，柔性元件设置在柔性元件外壳内，筋腱的上端与复合连接架的下端连接。

2.所述竖直铰链支座与底座之间还设置有高度调整垫片。

3.所述复合连接架上设置有角度传感器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：从在结构方面充分考虑了较大试验摆角及多种刚度特性耦合检测时的运动干涉问题，采用液压缸配合铰链转轴的形式，可以为柔性连接件提供较大(≥10°)摆角及位移，并且通过改变竖直液压缸下的调整垫片的数量使得液压缸摆动中心与柔性连接件摆动中心相同，消除不同心所带来的额外转矩，从而提高在进行扭转刚度测试时检测的精确度；从拓展性能方面考虑到对不同尺寸的柔性连接件进行检测，可以通过更换测试台复合连接架及底座法兰板的法兰大小，配合侧板的T形槽调整水平液压缸高度可以实现较好的通用性；在功能上可以实现柔性连接件在测试台上一次装夹，同时进行多维方向力(力矩)的加载与测量，大大降低柔性连接件的测试周期及测试成本，为水下设备的连接提供了技术保障。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图(左前视角)；

图2是本发明的立体结构示意图(右后视角)；

图3是本发明的调整垫片及竖直加载液压缸铰链支座的分解图；

图4是本发明水平液压缸及其附件示意图；

图5是本发明水平液压缸高度调整装置示意图；

图6是本发明柔性连接件结构剖视图；

图7是本发明拉力测试工作原理图；

图8是本发明摆动测试工作原理图；

图9是本发明复合测试工作原理图。

图中：1.底座、2.底座法兰板、3.柔性连接件、31.柔性连接件外壳、32.柔性元件外壳、33.柔性元件、34.筋腱、4.竖直加载液压装置、41.大圆柱销、42.大铰链转轴、43.法兰拉压传感器、44.竖直加载液压缸铰链支座、45.竖直加载液压缸、5.复合连接架、6.角度传感器、7.侧板、8.高度调整垫片、9.水平加载液压装置、91.小圆柱销、92.螺纹拉压传感器、93.小铰链转轴、94.T形插头铰链支座、95.水平加载液压缸铰链支座、96.水平加载液压缸、10.铰链支座螺孔、11.导轨架。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

一种用于测试柔性连接件的测试台，由底座、侧板、复合连接架、高度调整垫片、若干传感器、加载液压缸及其支座等组成。其中底座用于安装侧板、一对竖直加载液压装置、柔性连接件；竖直加载液压装置的顶端设有复合连接架，复合连接架与柔性连接件相连，用以进行竖直载荷加载；侧板上安装有一对水平加载液压装置，通过复合连接架对柔性连接件进行弯矩加载。侧板安装有导轨架，可以对水平加载液压缸高度进行调节。所述竖直加载液压装置有两个，其中竖直加载液压缸上方安装压力传感器、下方安装铰链支座，铰链支座下方有高度调整垫片；所述水平加载液压装置有两个，水平加载液压缸通过铰链与复合连接架的另一铰链支座连接，液压杆与拉压传感器螺纹连接，传感器通过铰链与侧板的导轨架连接。侧板上焊接有导轨架，导轨架有T形槽及若干螺纹孔，水平加载液压缸支座上有与其相匹配的T形插头，使得水平加载液压缸可以在T形槽里滑动，并通过螺钉稳固连接，其有益效果是可以调节水平加载液压缸的高度，以适应于不同型号的柔性连接件。竖直加载液压缸铰链支座下方有若干厚度不同的调整垫片，其有益效果是可以在使用中可以通过改变调整垫片的数量调节液压缸摆动轴心高度，使得液压缸摆动中心与柔性连接件的摆动轴心相同。底座和复合连接架上有用于与待测柔性连接件相连接的下法兰。复合连接架采用桁架结构，复合连接架上方安装有角度传感器。

结合附图对本发明进行详细描述：

结合图1及图2所示，本发明包括：侧板7，采用螺栓组连接方式安装在侧板7底部的底座1，底座法兰板2焊接在底座1上。

结合图1、图4及图5所示，本发明有一对水平加载液压装置9及导轨11，两者结构相同，以其中一个为例说明：水平加载液压缸96液压缸底部通过小铰链转轴93与水平加载液压缸铰链支座95相连接，并通过小圆柱销91定位；水平加载液压缸96液压杆采用自带的螺纹杆头与螺纹拉压传感器92连接，螺纹拉压传感器92与T形插头铰链支座94通过小铰链转轴93连接，并通过小圆柱销91定位。侧板上焊接有导轨架11，导轨架11纵向排列若干铰链支座螺孔10，T形插头铰链支座94可以在导轨架上移动，并通过螺钉紧固位置，用于对水平加载液压缸96的高度进行调节及固定，以适应不同高度的柔性连接件3；螺纹拉压传感器92用以对水平加载液压缸96的作用力进行测量和反馈。

结合图1及图2所示，本发明有一对竖直加载液压装置4，两者结构相同，以其中一个为例说明：竖直加载液压缸45底部通过大铰链转轴42安装于竖直加载液压缸铰链支座44上，并通过大圆柱销41定位，为试件提供了一个摆动自由度。竖直加载液压缸45顶部通过法兰与法兰拉压传感器43连接，并通过螺栓紧固。法兰拉压传感器43安装于竖直加载液压缸45和复合连接架5之间，用于对作用力进行测量和反馈。

结合图1及图2所示，复合连接架5采用桁架结构，可以承受较大载荷，通过螺钉和两个法兰拉压传感器43、两个水平加载液压缸铰链支座95及柔性连接件3的顶部法兰紧固连接。水平加载液压缸9所施加的摆动载荷通过复合连接架5传递给柔性连接件3。复合连接架5上方安装有角度传感器6，用于计算刚度。

结合图1及图3所示，在竖直加载液压缸45的大铰链支座44下方有若干厚度不同的高度调整垫片8，高度调整垫片8的尺寸与大铰链支座44底部尺寸相同，通过改变调整高度调整垫片8的数量调节可以改变竖直加载液压缸45轴心高度，使得竖直加载液压缸45摆动中心与柔性连接件3的摆动轴心相同。

结合图1及图6所示，柔性连接件3由柔性连接件外壳31、柔性元件外壳32、柔性元件33及筋腱34组成。柔性连接件外壳31与底座法兰板2通过螺栓实现稳固连接；筋腱34与复合连接架5的底部螺栓孔通过螺栓稳固连接；柔性元件33为提供柔性的橡胶元件，外部有柔性元件外壳32，柔性元件外壳32通过卡槽与柔性连接件外壳31固定。通过复合连接架5施加的载荷会通过筋腱34施加到柔性元件33上，以实现对柔性连接件3的测试。

本发明可以通过改变竖直加载液压缸45或水平加载液压缸96之间的间距，复合连接架5及底座法兰板2的法兰大小，可以容纳更多种类的柔性连接件进行测试，提高了试验装置的互换性。

本发明的测试过程包括：

1、拉力测试：通过控制系统控制两只竖直加载液压缸45的向上同步推动，使复合连接架5受到两侧相等的推力而上升，复合连接架5与柔性连接件3相连，使作用力最终作用于柔性元件33上，从而实现拉力测试，并测量柔性元件33的竖直刚度，如图7所示。

2、摆动测试：侧板7上两只水平加载液压缸9，与复合连接架5通过水平加载液压缸铰链支座95相连，液压系统控制两水平加载液压缸9同时伸缩运动，从而对复合连接架5产生相等的推(拉)力，复合连接架5带动柔性连接件3来回摆动，拉力在柔性连接件3内会转化为力矩，力臂为柔性元件33回转中心至水平加载液压缸铰链支座95回转中心的距离。实现对柔性连接件3的弯矩测试，并测量柔性元件33的扭转刚度，如图8所示。

3、复合测试：竖直加载液压缸4和水平加载液压缸9同时运行，即在拉力和摆动测试同时进行，以实现综合工况的模拟，如图9所示。

综上，本发明一种用于测试柔性连接件的测试台，安装在底座上的液压缸用于对柔性连接件进行拉压载荷加载，安装在侧板上的液压缸与复合连接架相连，用于对柔性连接件进行弯矩加载，从而实现对柔性连接件的拉、弯及复合测试为方便调整测试台旋转轴心，提高测试精准度，在竖直液压缸下方安装有若干高度调整垫片。本发明可以实现柔性连接件的大负荷大角度的拉、弯及复合测试，模拟不同工况对柔性连接件的影响，并且精度高、结构紧凑、操作简单、加载范围大。