用于缆线的不同弯曲半径疲劳测试的试验机的制作方法

本发明涉及一种用于缆线不同弯曲半径疲劳测试的试验机，属于海洋工程技术领域。

背景技术：

线缆不同弯曲半径疲劳试验机是指用于线缆不同弯曲半径下疲劳性能的测试设备。利用该疲劳测试设备，可以测试线缆在不同弯曲半径情况下的抗疲劳性能。线缆设备，尤其是脐带缆设备是海洋工程水下生产系统的重要组件，为水下生产系统提供液压动力和电力，是水下生产系统的神经中枢。脐带缆在水中长期受到风浪流的相互作用，耐疲劳是脐带缆的重要考核指标，通过不同弯曲半径疲劳试验机，可以检测脐带缆的抗疲劳性能，为脐带缆的使用提供试验数据支持，验证脐带缆的性能，保障脐带缆的使用安全。现有的测试机通常仅能对一种半径进行测试，当需要变换测试参数时，需要更换测试设备，操作复杂，功能单一，不能满足脐带缆的测试需要。

技术实现要素：

本发明的发明目的是提供一种用于线缆不同弯曲半径疲劳测试的试验机，以解决上述至少一个问题。

本发明提供的一种用于缆线不同弯曲半径疲劳测试的试验机，包括主加载装置1和弯曲半径模块3，其中主加载装置1用于与第一缆线试样5连接，并通过向所述第一缆线试样5施加张力使得第一缆线试样5围绕所述弯曲半径模块3发生弯曲；所述弯曲半径模块3包括第一基座6、变径主轴25和至少两个半径不同的转盘21、22、23，所述变径主轴与所述第一基座6连接，所述变径主轴具有渐变的直径，其中所述变径主轴的靠近所述第一基座6的直径大于远离所述第一基座6的直径，所述至少两个半径不同的转盘安装在所述变径主轴的不同的直径上。

进一步地，所述主加载装置1包括支架12、主加载液压缸13、托架14、能横向移动的液压缸15、能竖向移动的液压缸16，其中，所述支架与所述能竖向移动的液压缸连接，所述能竖向移动的液压缸与所述能横向移动的液压缸连接，所述能横向移动的液压缸与所述托架连接，所述托架与所述主加载液压缸连接，所述主加载液压缸用于与所述第一缆线试样连接。

进一步地，所述主加载液压缸通过测力传感器与滑轮连接，所述第一电缆试样与围绕所述滑轮的连接线连接。

进一步地，所述试验机还包括固定装置2，所述固定装置被布置在所述主加载装置1和弯曲半径模块3之间，所述固定装置用于固定第二缆线试样的一端，第二缆线试样的另一端与所述主加载装置1连接。

进一步地，所述固定装置2包括夹具19和高度能调节的支座18，所述夹具19能拆卸地安装在所述高度能调节的支座18上。

进一步地，所述试验机还包括至少一个辅助加载装置4，所述至少一个辅助加载装置用于向所述第二缆线试样施加能使所述第二缆线试样弯曲的力。

进一步地，所述至少一个辅助加载装置4包括第二基座20和液压顶进装置28，其中，所述液压顶进装置的一端固定在所述第二基座20上，所述液压顶进装置的另一端具有顶接部29，所述顶接部的前表面能够与第二电缆的试样的表面贴合。

进一步地，所述顶接部29的前表面为弧形。

进一步地，所述弯曲半径模块3还包括端帽24，所述端帽24位于所述变径主轴25的顶端。

进一步地，所述弯曲半径模块3还包括底板32，所述底板位于所述第一基座6上，所述底板分别与所述第一基座6和所述变径主轴25连接。

与现有技术相比，本发明所述的线缆不同弯曲半径疲劳试验机采用多功能设计，具有更好的可靠性，将不同半径的测试功能集成在一个系统中，不需要频繁更换测试部件，能够提供多种海况的测试功能，又保证了模块的稳定性。本发明可以在同一台试验机上测试不同弯曲半径的疲劳工况，节约设备的投入成本，三种转盘采用塔式结构固定在同一个基座上，节约占地空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明提供的缆线不同弯曲半径疲劳试验机的一个实施方案的三维示意图；

图2是本发明提供的缆线不同弯曲半径疲劳试验机的另一个实施方案的立体图；

图3是本发明提供的缆线不同弯曲半径疲劳试验机的另一个实施方案的立体图；

图4是本发明提供的缆线不同弯曲半径疲劳试验机的弯曲半径模块的转盘机座的一个实施方案的立体图；

图5是本发明提供的缆线不同弯曲半径疲劳试验机的弯曲半径模块的一个实施方案的示意图；

图6是本发明提供的缆线不同弯曲半径疲劳试验机的辅助加载装置的一个实施方案的立体图；

图7是本发明提供的缆线不同弯曲半径疲劳试验机的主加载装置的一个实施方案的立体图；

图8是本发明提供的缆线不同弯曲半径疲劳试验机的固定装置的一个实施方案的立体图。

附图标记：1、主加载装置；2、固定装置；3、弯曲半径模块；4、辅助加载装置；5、第一缆线试样；6、第一基座；7、夹具；8、连接线；9、滑轮；10、测力传感器；11、固定基础；12、支架；13、主加载液压缸；14、托架；15、能横向移动的液压缸；16、能竖向移动的液压缸；17、固定基础；18、支座；19、夹具；20、第二基座；21、22、23、转盘；24、端帽；25、变径主轴；26、基础底板；27、垫块；28、液压顶进装置；29、顶接部；30、第三基座；31、地脚螺栓；、32、底板；33、立壁；34、v型凹槽。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部件实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相同的符图标记表示相同的部件。因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。下面结合附图详细说明本发明。

本发明提供了一种用于线缆不同弯曲半径疲劳测试的试验机，如图1、图4和图5所示，试验机包括主加载装置1和弯曲半径模块3，其中主加载装置1用于与第一缆线试样5连接，并通过向第一缆线试样5施加张力使得第一缆线试样5围绕弯曲半径模块3发生弯曲；弯曲半径模块3包括第一基座6、变径主轴25和至少两个半径不同的转盘，变径主轴与25与第一基座6连接，变径主轴25具有渐变的直径，其中变径主轴的靠近第一基座的直径大于远离第一基座的直径，所述至少两个半径不同的转盘安装在变径主轴的不同直径上。

优选地，线缆包括但不限于脐带缆、电缆、光缆、液压管、化学药剂管。

优选地，如图4所示，弯曲半径模块3还包括底板32，底板32位于第一基座6上，所述底板32分别与第一基座6和变径主轴25连接。

优选地，底板32的数量为两块，其中靠近第一基座的底板的直径大于或等于位于该底板上的其他底板的直径。可以理解地是，底板32可以为一块，也可以为两块以上，当底板为两块以上时，这些底板的直径由下至上依次减少。变径主轴25可以先与底板32连接，再一起连接到第一基座6上。这种设计可以增大接触面积，提高稳定度。第一基座6可以通过地脚螺栓31连接到基础上，也可以采用其他方式固定，或者固定在其他部件上。优选地，第一基座为方形，底板为圆形，底板的直径大于变径主轴的直径。底板上设置有通孔，地脚螺栓31通过通孔连接到基础上。通孔围绕底板布置，数量优选为12个，从而将基座与固定基础或者地面固定，这种设计可以提高基座的稳定性。

变径主轴25具有渐变的直径，其中变径主轴的靠近第一基座的直径大于远离第一基座的直径。在一个优选的实施例中，变径主轴25包括至少两段直径不同的主轴区段，优选为三段。其中，靠近第一基座的主轴区段的直径大于远离第一基座的主轴区段的直径。主轴区段为柱体，柱体的轴线重合，并且它们的直径自下而上依次减小。可以理解的是，主轴区段的个数可以根据需要调整，例如，主轴区段的个数可以为2至5个。这样的设计可以降低弯曲半径模块的重心，提高系统的稳定性。主轴区段的形状设计成柱体，安装在主轴区段上的转盘可以围绕其旋转。可以理解的是，如果不需要转盘旋转，主轴区段也可以设计成其他形状，例如，方形、三角形等。

如图5所示，弯曲半径模块3包括转盘，优选地，转盘的数目为3个。在一个优选的实施例中，转盘21，转盘22以及转盘23由下向上依次被组装在与转盘基座20连接的变径主轴25上。转盘22、23、24的半径依次减少，例如，可以依次为4米、3米、2米。

本发明设置的塔式转盘，将不同半径的转盘安装在同一个基座上，将多种弯曲半径疲劳测试环境集成为一体，为脐带缆疲劳测试提供多种工况。这样的结构形式可以降低整个系统的重心，提高系统的稳定性。

参见图3和图5，每个转盘为圆形，中间具有主通孔，用于将变径主轴插入转盘中。主通孔周围还布置有若干通孔，可以用于减轻转盘重量并且便于转盘的搬运。转盘的侧壁具有周向的开口向外的v型凹槽34，第一电缆试样可以放置在v型凹槽中，从而防止在试验的过程中，第一电缆试样上下滑动，与转盘脱离。转盘可以围绕变径主轴旋转，从而使得第一电缆试样受力均匀，并且可以减小第一电缆试样与转盘之间的摩擦。转盘的厚度小于变径主轴的主轴区段的高度，从而使得各个转盘之间具有间隔，防止接触而发生摩擦，并且便于移动和更换。转盘与变径主轴的区段之间布置有垫圈，防止二者之间的直接接触而产生摩擦。变径主轴的顶部布置有端帽24，以防止转盘在旋转过程中出现脱落现象。该弯曲半径模块可以实现不同半径转盘的安装需求，从而实现不同电缆弯曲半径的测试。

如图7所示，主加载装置1包括支架12、主加载液压缸13、托架14、能横向移动的液压缸15和能竖向移动的液压缸16，其中，支架与能竖向移动的液压缸16连接，能竖向移动的液压缸16与能横向移动的液压缸15连接，能横向移动的液压缸15与托架14连接，托架14与主加载液压缸13连接，主加载液压缸13用于与第一缆线试样5连接。可以理解地是，主加载装置1也可以不包括主加载液压缸13，通过能横向移动的液压缸15与第一缆线试样5连接，对第一缆线试样5施加力。

竖向移动的液压缸16和能横向移动的液压缸15使用塔式结构布置,二者可以相对运动，竖向运动和横向运动互不干扰。通过两个液压缸15和16的配合，可以满足支架不同高度、不同位置的需求。

能竖向移动的液压缸16连接可以实现竖直方向的无级调节，配合不同高度的转盘进行弯曲疲劳试验。能横向移动的液压缸15可以实现水平方向的无级调节以及实现对施加给电缆的力的设定和调节。二者相互配合完成脐带缆安装过程中的张紧工作，不需要再借助其他辅助设备,简化了试验的准备工作。液压缸设置成无级调节模式，可以根据不同高度进行连续调整，操作简便、快捷。

优选地，支架12包括构成门形结构的两个侧壁和一个顶壁。支架12的顶壁与能竖向移动的液压缸16连接。能竖向移动的液压缸16与能横向移动的液压缸15连接。能横向移动的液压缸15具有两个伸缩臂，两个伸缩臂能够实现同步地伸缩。托架14呈l状，包括相互连接的和支撑部。托架优选为2个。每个伸缩臂与一个托架14的侧壁连接。主加载液压缸13放置在托架14的支撑部上。

在另一个优选的实施例中，能横向移动的液压缸具有一个伸缩臂，伸缩臂与一个托架连接。该托架包括相互连接的侧壁和支撑部。主加载液压缸放置在托架的支撑部上。

主加载装置可以通过支架12安置在固定基础11上，从而提高整个装置的稳定性。

优选地，主加载液压缸可以与第一缆线试样5直接连接，也可以通过其他部件间接与第一缆线试样5连接。

在一个优选的实施例中，主加载液压缸通过连接线8与第一缆线试样连接。如图3所示，连接线8可以是一个，也可以是两个。以两个连接线为例，第一缆线试样5的一端通过夹具7与一个连接线的一端连接，该连接线的另一端与主加载液压缸连接。第一缆线试样5的另一端通过夹具7与另一个连接线的一端连接，该另一个连接线的另一端与主加载液压缸连接。优选地，连接线8可以为钢丝绳。

在一个优选的实施例中，主加载液压缸13通过测力传感器10与滑轮9连接，第一电缆试样与围绕滑轮9的连接线8连接。其中，连接线8的两端分别通过夹具7与第一缆线试样的两端连接。通过测力传感器可以更加精确地测量施加给第一缆线试样的力。通过滑轮可以使第一缆线试样的受力在滑轮两端实现平衡，提高测量结果的准确度。

通过本发明提供的试验机，可以对脐带缆的不同弯曲半径的疲劳测试，可以实现脐带缆拉弯载荷的复合加载，更真实的模拟各种海况。利用加载装置基础模块可以连续调整加载装置的高度，适应不同高度转盘的测试需求。利用本发明的塔式转盘结构，将半径为2米、3米和4米的转盘有机组合在一台测试设备上，有利于脐带缆不同弯曲半径工况的测试，节约了测试资源。

在一个优选的实施方案中，如图2所示，本发明提供的试验机还包括固定装置2，该固定装置2被布置在主加载装置1和弯曲半径模块3之间，该固定装置用于固定第二缆线试样（未示出）的一端，第二缆线试样的另一端与主加载装置1连接。

优选地，第二缆线试样的另一端可以与主加载装置1的主加载液压缸13连接。通过能竖向移动的液压缸16进行竖直方向的调节，从而将第二缆线试样调节到水平方向。能横向移动的液压缸15进行水平方向的调节，使第二缆线试样在固定装置和加载液压缸之间，而不发生方向的偏转。通过主加载液压缸13向第二缆线试样施加拉力，进而对第二缆线试样进行拉伸测试。

优选地，主加载液压缸13通过测力传感器10与第二缆线试样的一端连接，第二缆线试样的另一端与夹具19连接。

优选地，如图8所示，固定装置2包括夹具19和高度能调节的支座18，夹具19能拆卸地安装在高度能调节的支座18上。

在一个优选的实施例中，夹具19包括两个夹持头部，两个夹持头部相对的内侧表面呈弧形。两个夹持头部之间的距离和内侧表面弧形的弯曲程度有关，以保证第二缆线试样与两个夹持头部内侧表面的贴合。

在一个优选的实施例中，夹具19能拆卸地安装在高度能调节的支座18上。可以理解的是，支座18也可以与夹具19一体成型。支座18固定在固定基础17上。可以理解的是，固定方式可以采用各种方法，既可以永久固定，也可以通过螺钉等方式固定。固定基础17上可以设置有多个支座安装位置，支座18可以被安装在不同的安装位置，以满足对不同长度的电缆试样的测试需要。

可以借助工具方便地安装和拆卸夹具19，针对不同外径的脐带缆可以实现快速更换，简化了试验操作流程。优选地,该工具采用半圆结构，可以实现对夹具19的拧紧和放松操作，其中,对于外径小的脐带缆,则利用该工具拧紧夹具19，对于外径大的脐带缆,则利用该工具放松夹具19。夹具19的高度可以通过支座18进行调整，满足不同的试验高度需求。固定装置2与主加载装置1配合使用能实现脐带缆的拉伸试验。

通过本发明的试验机，加载装置设计拉伸、弯曲两种加载形式，形成对脐带缆的复合加载，真实模拟脐带缆的拉伸、弯曲海况。该设计科学合理，节约占地空间，能满足各种试验的要求。

在一个优选的实施方案中，如图3和图6所示，本发明提供的试验机还包括至少一个辅助加载装置4，至少一个辅助加载装置用于向第二缆线试样施加能使第二缆线试样弯曲的力。至少一个辅助加载装置4包括第三基座30和液压顶进装置28，其中，液压顶进装置的一端固定在第三基座上，液压顶进装置的另一端具有顶接部，顶接部的表面能够与第二电缆试样的表面贴合。

本发明的主加载装置和辅助加载装置均可以设置成无级调节模式，可以适应不同的测试高度，方便不同高度转盘的测试，并且采用模块化设计，方便拆卸和连接，提高了测试的效率。

辅助加载装置4的数量可以根据需要设定，优选为1-3个。优选地，在有一个辅助加载装置4的实施例中，辅助加载装置4设置在主加载装置1和固定装置2之间连线的一侧。当固定装置与主加载系统将第二缆线试样加紧时，辅助加载装置4的液压顶进装置向前推进，与电缆试样表面接触后，继续给电缆试样施加推力，使电缆试样弯曲，辅助加载装置4、固定装置2与主加载装置1配合能实现脐带缆的三点弯曲试验。

优选地，在有多个辅助加载装置4时，这些辅助加载装置4可以位于主加载装置1和固定装置2之间连线的同一侧，也可以位于主加载装置1和固定装置2之间连线的两侧。它们之间的距离以及放置的位置可以根据试验需求而布置，从而实现对脐带缆的多点弯曲试验。

优选地，第三基座30成l型，包括底座和立壁33，底座和立壁33可以一体成型，可以分别制作后进行连接。顶接部能拆卸地与液压顶进装置连接。所述顶接部的表面呈弧形，用于与电缆试样的表面贴合。由于顶接部能拆卸，因此可以根据电缆试样的半径选择合适的顶接部。优选地，顶接部29为顶铁。

液压顶进装置28可以先与第三基座30连接，第三基座30通过螺栓与垫块27连接后再安装在基础底板26上。该辅助加载装置使用模块化设计，配合不同厚度的垫块27可以调整液压顶进装置28的高度，满足不同外径脐带缆的多点弯曲试验要求，液压顶进装置28的端部的顶接部，能与脐带缆外护套紧密贴合，防止在试验过程中由于受力面积过于集中而破坏脐带缆的外护套。多个辅助加载装置4、固定装置2与主加载装置1配合能实现脐带缆的多点弯曲试验。

主加载装置1和/或辅助加载装置4可以由控制装置控制。优选地，控制装置可以控制能竖向移动的液压缸16、能横向移动的液压缸15、主加载液压缸13和/或液压顶进装置28，从而调整电缆试样的位置，并且对施加给电缆试样的力进行控制。测力传感器的数据可以传输到该控制装置，该控制装置通过该数据调整和/或记录主加载装置1和/或辅助加载装置4对电缆试样施加的力。控制装置与各个部件之间可以通过有线连接，也可以通过无线连接。控制装置的实现方式有多种形式，可由网络设备、移动设备或网络设备与移动设备通过网络相集成所构成的设备实现。在此，所述网络设备包括但不限于如网络主机、单个网络服务器、多个网络服务器集或基于云计算的计算机集合等实现；或者由移动设备实现。在此，云由基于云计算(cloudcomputing)的大量主机或网络服务器构成，其中，云计算是分布式计算的一种，由一群松散耦合的计算机集组成的一个超级虚拟计算机。在此，所述移动设备可以是任何一种可与用户通过键盘、鼠标、触摸屏、声控设备或手写设备等方式进行人机交互的电子产品，例如手机、智能手机、pda、可穿戴设备、掌上电脑ppc或平板电脑等。所述网络包括但不限于互联网、广域网、城域网、局域网、vpn网络、无线自组织网络(adhoc网络)等。本领域技术人员应能理解上述控制装置仅为举例，其他现有的或今后可能出现的可以作为控制装置的网络设备或移动设备如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。在此，网络设备及移动设备均包括一种能够按照事先设定或存储的指令，自动进行数值计算和信息处理的电子设备，其硬件包括但不限于微处理器、专用集成电路(asic)、可编程门阵列(fpga)、数字处理器(dsp)、嵌入式设备等。

与现有技术相比，本发明所述的脐带缆不同弯曲半径疲劳试验机采用多功能设计，具有更好的可靠性，设置的多种加载装置，能够提供多种海况的测试功能，同时通过各种固定方式保证了模块的稳定性；塔式转盘和无级调节装置简化了试验准备工作,方便对脐带缆进行测试。所述脐带缆不同弯曲半径疲劳试验机，其设计合理，结构紧凑，节约成本，减小占地空间，便于组装操作,使用寿命长。其中，加载系统可以实现脐带缆的拉伸、弯曲加载，模拟真实海况；弯曲半径模块将不同半径的转盘进行塔式组装，既节约了占地空间，又方便了脐带缆不同工况的测试；固定装置和另一套加载装置对疲劳试验机的功能进行了增强，可以实现脐带缆试验机的多种测试功能。本发明的复合加载模块设计拉弯复合加载，拉伸载荷300吨，弯曲100吨，基本覆盖3000米水深脐带缆的拉弯载荷，测试范围广。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语。

以上结合附图详细说明了本发明，但是本领域普通技术人员应当知道，说明书仅是用于解释权利要求书。但本发明的保护范围并不局限于说明书。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明批露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。