极地航行船舶材料低温环境摩擦碰撞性能测试装置
专利汇可以提供极地航行船舶材料低温环境摩擦碰撞性能测试装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 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。，下面是极地航行船舶材料低温环境摩擦碰撞性能测试装置专利的具体信息内容。
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境箱（5）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。
7.如权利要求5或6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，
所述低温制冷模块（3）包含：
用于存储海水并作为制冰开展空间的低温水槽（301），设置在所述极地低温环境箱（5）内；所述低温水槽（301）内部安装有冷媒交换器（302）和曝气装置（304）；其中，所述曝气装置（304）对低温水槽（301）内的海水进行曝气，对海水进行搅拌混合，对低温水槽（301）内海水的温度控制；
低温制冷压缩模块机组（311），通过若干个阀门与所述冷媒交换器（302）连接，利用冷媒交换器（302）中的制冷剂流动，对低温水槽（301）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（311）通过若干个与液氮接入口（315）连接，对极地低温环境箱（5）内温度的降温和控制；
设置在极地低温环境箱（5）内的喷雾装置（303），设置在低温水槽（301）上部，在低温环境下在低温水槽（301）内均匀喷雾，通过极地低温环境箱（5）内的低温在低温水槽（301）中均匀制冰；
海水混合装置（305），与所述低温水槽（301）连接；所述海水混合装置（305）通过阀门与排水口（312）连接；
循环水泵（307），与所述海水混合装置（305）连接；
过滤装置（308），分别与所述循环水泵（307）、天然海水口（313）/淡水口（314）连接；
加药装置（306），通过阀门与所述海水混合装置（305）连接；
冷风循环系统（309），设置在所述极地低温环境箱（5）内，对极地低温环境箱（5）内气氛进行循环和控制；所述冷风循环系统（309）与所述低温制冷压缩模块机组（311）连接；
冷风气氛交换器（310），设置在所述极地低温环境箱（5）内；所述冷风气氛交换器（310）与所述低温制冷压缩模块机组（311）连接。
8.如权利要求7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，
当低温制冷系统（4）开始降温时，包含以下过程：
S1、启动电源，控制系统（6）及低温制冷模块（3）、极地低温环境箱（5）启动；
S2、在控制系统（6）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（311）并预热，若需液氮进行辅助降温，则将液氮接入口（315）与外接液氮冷却源连接，进行快速降温；
S4、在控制系统（6）中设定海水和淡水的进水速度和盐度要求，将天然海水口（314）和淡水接入口（313）打开，混合的水经过过滤装置（308）、循环水泵（307）后进入海水混合装置（305），在加药装置（306）中设定拟加入海水中的药剂及设定剂量，将药剂混入海水混合装置（305），将配置好的海水注入低温水槽（301），利用低温水槽（301）内的冷媒交换器（302）将海水进行降温；
S5、打开曝气装置（304），对海水进行搅拌混合，打开喷雾装置（303）进行喷雾；
S6、利用冷风气氛交换器（310）和冷风循环系统（309）对极地低温环境箱（5）内的空气进行降温；
S7、当低温水槽（301）内的海水或海冰达到测试要求后，停止喷雾装置（303）和曝气装置（304）。
9.如权利要求8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，
当进行低温碰撞测试试验时，包含以下过程：
T1、在控制系统（6）的控制软件界面中选择极地航行船舶材料低温碰撞测试模块控制程序，确保低温水槽（301）中的海水或者海冰达到测试要求；
T2、将待测工件或者测试船体（195）安装至拖拽传感器（190）上，在超低温环境测试时需要打开加热器（160），以确保隔热层（145）内各电气元件的正常工作；
T3、反转拖拽步进电机（115），带动拖拽变速箱（120）和缠绕筒（140）反转，将拖拽绳（135）沿导向滚轮（185）移动至设定位置；
T4、在控制系统（6）中设定拖拽步进电机（115）的加速度和转动圈数，启动拖拽步进电机（115）带动拖拽绳（135）、拖拽传感器（190）和测试船体（195）移动，当测试船体（195）达到设定的加速度后，拖拽传感器（190）与拖拽船体（195）自动分离，测试船体（195）在惯性作用下与冰层、冰川或者设置的障碍物产生摩擦碰撞。
10.如权利要求8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，
当进行低温摩擦加载试验时，包含以下过程：
P1、在控制系统（6）的控制软件界面中选择极地航行船舶材料低温摩擦加载模块控制程序，确保低温水槽（301）中的海水或者海冰达到测试要求；
P2、将待测工件安装至往复摩擦加载单元（208）上的测试件固定法兰（236）上，在超低温环境测试时打开加热装置，确保隔热层（222）内各电气元件的正常工作；
P3、在控制系统（6）中设定往复摩擦加载单元（208）往复移动的行程、移动速度和往复摩擦加载单元（208）的轴向加载力；
P4、加载步进电机（230）启动，带动加载丝杆（223）、加载同步带（226）、加载同步带轮（227）、加载横梁（224）移动；
P5、加载压力传感器（231）将测得加载压力反馈至控制系统（6），直至加载力达到设定要求；
P6、控制系统（6）监测往复移动位移传感器（232）的测量数值，获取往复摩擦加载单元（208）的位置，控制往复移动步进电机（229）的转速和正反转，往复移动步进电机（229）带动往复移动变速箱（233）、往复移动齿轮轴（234）、传动齿轮（206）沿着齿条（204）进行往复移动，进而带动待测工件在加载压力的作用下在海冰表面进行往复摩擦；
P7、控制系统（6）对待测工件与海冰往复摩擦的时间、载荷、速度进行监控，当测试的参数达到设定要求后，停止移动，并将所有测试参数进行记录存储。
极地航行船舶材料低温环境摩擦碰撞性能测试装置
技术领域
背景技术
发明内容
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。
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。
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。
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。
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。
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、循环水泵后进入海水混合装置，在加药装置中设定拟加入海水中的药剂及设定剂量，将药剂混入海水混合装置，将配置好的海水注入低温水槽，利用低温水槽内的冷媒交换器将海水进行降温；
S5、打开曝气装置，对海水进行搅拌混合，打开喷雾装置进行喷雾；
S6、利用冷风气氛交换器和冷风循环系统对极地低温环境箱内的空气进行降温；
S7、当低温水槽内的海水或海冰达到测试要求后，停止喷雾装置和曝气装置。
T2、将待测工件或者测试船体安装至拖拽传感器上，在超低温环境测试时需要打开加热器，以确保隔热层内各电气元件的正常工作；
T3、反转拖拽步进电机，带动拖拽变速箱和缠绕筒反转，将拖拽绳沿导向滚轮移动至设定位置；
T4、在控制系统中设定拖拽步进电机的加速度和转动圈数，启动拖拽步进电机带动拖拽绳、拖拽传感器和测试船体移动，当测试船体达到设定的加速度后，拖拽传感器与拖拽船体自动分离，测试船体在惯性作用下与冰层、冰川或者设置的障碍物产生摩擦碰撞。
P2、将待测工件安装至往复摩擦加载单元上的测试件固定法兰上，在超低温环境测试时打开加热装置，确保隔热层内各电气元件的正常工作；
P3、在控制系统中设定往复摩擦加载单元往复移动的行程、移动速度和往复摩擦加载单元的轴向加载力；
P4、加载步进电机启动，带动加载丝杆、加载同步带、加载同步带轮、加载横梁移动；
P5、加载压力传感器将测得加载压力反馈至控制系统，直至加载力达到设定要求；
P6、控制系统监测往复移动位移传感器的测量数值，获取往复摩擦加载单元的位置，控制往复移动步进电机的转速和正反转，往复移动步进电机带动往复移动变速箱、往复移动齿轮轴、传动齿轮沿着齿条进行往复移动，进而带动待测工件在加载压力的作用下在海冰表面进行往复摩擦；
P7、控制系统对待测工件与海冰往复摩擦的时间、载荷、速度进行监控，当测试的参数达到设定要求后，停止移动，并将所有测试参数进行记录存储。
图3本发明的低温摩擦加载模块示意图；
图4本发明的往复摩擦加载单元示意图；
图5本发明的低温制冷模块示意图；
图6本发明的控制系统功能模块示意图。
具体实施方式
~ ~
所制取的海冰厚度包含但不局限于0 2.5m。
~
S1.、首先启动测试装置的电源，控制系统6及低温制冷模块3、极地低温环境箱5启动。
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