Стенд для имитации горизонтальных ударных и колебательных движений ледяного покрова Российский патент 2023 года по МПК G01M7/02 G01M7/08 G01M10/00 

Стенд для имитации горизонтальных ударных и колебательных движений ледяного покрова относится к ледоведению и ледотехнике и предназначен для физического моделирования (имитации) ударных и колебательных процессов, протекающих в естественном ледяном покрове и при воздействии отдельных ледяных полей на гидротехнические сооружения, а также для тестирования сейсмометров, предназначенных для выявления предикторов разрушения льда при сжатиях, торошениях и волновых воздействиях на дрейфующие ледяные поля и припай. Такие данные необходимы для обеспечения безопасного нахождения людей и материальных ценностей на льду и, кроме того, при проектировании и эксплуатации нефтедобывающих платформ в ледовых условиях, а также при разгрузке судов на ледяной покров.

Известна специальная гидравлическая платформа, предназначенная для калибровки сейсмометров и наклономеров, которая представляет собой консоль с закрепленным краем. При этом под свободным краем платформы располагаются сильфоны, заполненные гидравлической жидкостью и связанные рукавом с задающим сильфоном, который соединен шатунным механизмом с маховиком, насаженным на вал электродвигателя постоянного тока. Вращательное движение вала электродвигателя стабилизируется маховиком, преобразуется в возвратно-поступательное движение шатунного механизма и передается на задающий сильфон, который воздействует на рабочие сильфоны. При изменении скорости вращения электродвигателя меняется частота колебаний платформы [1].

Недостатком специальной гидравлической платформы является невозможность задания горизонтальных колебаний необходимого размаха с частотой ниже 0,1 Гц, а также невозможность моделировать ударные взаимодействия ледяных образований между собой и удары льдин о сооружения и суда. Кроме того, на такой платформе сложно избавиться от паразитных поперечных колебаний консоли, которые снижают точность тестирования датчиков.

Известно устройство для калибровки и метрологической поверки цифровых сейсмических регистраторов, которое представляет собой платформу в виде тележки, установленную на гибкой пластине. На тележке размещают сейсмометр, а горизонтальные движения тележке периодического характера задают при помощи электромагнитного устройства [2].

Недостатком указанного устройства для калибровки и метрологической поверки цифровых сейсмических регистраторов является то, что платформа предназначена исключительно для метрологического обеспечения сейсмических регистраторов в рамках присущих им амплитудно-частотных диапазонах работы. Устройство не предназначено для физического моделирования (имитации) волновых, колебательных и ударных процессов, протекающих в ледяном покрове. Кроме того, задающее электромагнитное устройство вызывает значительные электромагнитные помехи, которые могут влиять на точность работы сейсмической аппаратуры.

Известен, принятый за прототип, стенд для имитации колебательных процессов ледяного покрова, который состоит из платформы в виде консоли с зажатым винтом краем, которая опирается на поплавок, погруженный в жидкость, налитую в бак, а для устранения поперечных колебаний к нижней поверхности платформы крепится киль в виде пластины. Свободный конец платформы связан тросиком с задающим колебательные движения электромеханическим рычажным устройством [3].

Недостатком указанного стенда является то, что с его помощью можно задавать колебательные движения только в виде наклонов, а также нельзя имитировать горизонтальные ударные нагрузки.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении физических возможностей обеспечения имитации (моделирования), колебательных и ударных процессов в ледяном покрове, происходящих в горизонтальной плоскости, а также для повышения точности тестирования сейсмометров. Указанный технический результат достигается тем, что платформа включает плиту, подвешенную на четырех жестких тягах через шарикоподшипники к основанию стенда. При этом к нижней поверхности плиты крепится демпфер (киль), опущенный в бак с жидкостью и обеспечивающий устранение паразитной поперечной составляющей колебаний платформы. Продольные колебательные движения платформе задаются при помощи электромеханического рычажного устройства, рычаг которого одним концом опирается на эксцентрик, насаженный на вал электродвигателя постоянного тока, а другой конец рычага соединен с качающимся барабаном, который при помощи троса связан с одним краем платформы. Таким образом, колебания рычажного устройства через качающийся барабан и трос передаются краю платформы с установленными на ней сейсмометрами. Измерение перемещений края платформы осуществляется при помощи электронного или механического датчика, соединенного с регистрирующим устройством. Размах колебаний регулируется при помощи смещения электродвигателя с эксцентриком по основанию устройства и его фиксации в необходимом месте, а частота колебаний задается изменением скорости вращения электродвигателя постоянного тока. Кроме того, размах и вид колебаний можно менять за счет съемных эксцентриков с разным эксцентриситетом и формой. Имитация разового ударного воздействия на платформу с тестируемыми сейсмометрами осуществляется следующим образом. Для этого отсоединяется трос, связывающий задающее механическое рычажное устройство с краем качающейся платформы, платформа отводится на заданную величину от положения равновесия и отпускается, происходит колебательное движение платформы с ударом ее противоположным краем о буфер, жестко закрепленный на основании устройства. При этом наконечник буфера изготавливается съемным, а длина выноса буфера может регулироваться, что обеспечивает возможность изменять жесткость удара платформы о буфер. Для получения серии ударов платформа подсоединяется тросом к задающему электромеханическому рычажному устройству, а вылет буфера настраивается необходимым образом. Конструкция платформы позволяет тестировать несколько сейсмометров одновременно.

Устройство стенда для имитации горизонтальных ударных и колебательных движений ледяного покрова представлено на фиг. 1. Стенд состоит из следующих элементов:

I - платформа,

II - задающее колебательные движения электромеханическое рычажное устройство,

1 - плита платформы,

2 - жесткие тяги,

3 - основание стенда,

4 - киль в виде пластины,

5 - бак с жидкостью,

6 - рычаг,

7 - эксцентрик,

8 - электродвигатель постоянного тока,

9 - качающийся барабан,

10 - тросик соединительный,

11 - пружина с регулируемым натяжением,

12 - наконечник съемный,

13 - буфер с регулируемой длиной,

14 - сейсмометр,

А - равновесное положение платформы,

Б - платформа, выведенная из равновесного положения.

Предлагаемый стенд для имитации горизонтальных ударных и колебательных движений ледяного покрова работает следующим образом. Платформа I, включающая плиту 1, подвешенную на жестких тягах к основанию стенда 3 и электромеханическое устройство II, задающее колебательные движения, располагаются на основании стенда 3. На плите платформы 1 устанавливаются один или несколько сейсмометров 14. При этом плита 1 платформы подвешена при помощи четырех жестких тяг 2 через шарикоподшипники (на фиг. 1 не указаны) к основанию стенда 3, на котором установлен бак 5, заполненный жидкостью. К нижней поверхности плиты 1 платформы крепится пластина (киль) 4 и погружается в бак 5 с жидкостью. Киль 4 позволяет устранить поперечные паразитные вибрации плиты 1 платформы при ее продольных колебательных движениях. Колебательные движения платформе 1 задаются при помощи электромеханического рычажного устройства, рычаг 6 которого одним концом опирается на эксцентрик 7, насаженный на вал электродвигателя постоянного тока 8, а другой конец рычага соединен с качающимся барабаном 9, который при помощи троса 10 связан с одним краем плиты 1 платформы. Пружина 11 с регулируемым натяжением обеспечивает компенсацию веса рычага 6, опирающегося на эксцентрик 7. Предварительно размах колебаний плиты 1 платформы настраивается за счет передвижения электродвигателя 8 с эксцентриком 7 вдоль основания стенда 3 и его закреплению в необходимом месте, а частота колебаний платформы обеспечивается регулировкой скорости вращения электродвигателя 8. Кроме того, размах и вид колебаний можно регулировать за счет съемных эксцентриков 7 с разными эксцентриситетами и формой. При этом измерение перемещений края платформы осуществляется при помощи электронного или механического датчика, соединенного с регистрирующим устройством (на фиг. 1 датчик и регистрирующее устройство не указаны).

Для разового ударного воздействия плита 1 отсоединяется от троса 10. Далее платформа отводится из равновесного положения А на заданную величину в положение Б и отпускается, происходит возвратное движение платформы с ударом противоположным краем плиты 1 о съемный наконечник 12 буфера 13, закрепленного на основании 3 стенда. Для получения серии ударов плита 1 подсоединяется тросом 10 к качающемуся барабану 9 задающего электромеханического рычажного устройства. При запуске электродвигателя 8 осуществляются периодические удары плиты 1 о наконечник 12 буфера 13. Жесткость ударов регулируется при смене наконечников 12, и настраиваемой длиной вылета буфера 13. На платформе можно устанавливать один или несколько сейсмометров 14.

Использованные источники

1. Смирнов В.Н., Шушлебин А.И, Ковалев С.М., Шейкин И.Б. Методическое пособие по изучению физико-механических характеристик ледяных образований как исходных данных для расчета ледовых нагрузок на берега, дно и морские сооружения. СПб. ААНИИ. 2011. С. 178.

2. Щербина С.В. Устройство для калибровки и метрологической поверки цифровых сейсмических регистраторов. Геофизический журнал №2, Т. 36, 2014. С. 161-170.

3. Павлов А.Н., Шушлебин А.И., Ковалев С.М. Стенд для имитации колебательных процессов ледяного покрова. Патент на изобретение №2759421. 2021.

Изобретение относится к средствам для имитации горизонтальных ударных и колебательных движений ледяного покрова. Сущность: стенд состоит из размещенных на основании (3) платформы (I) и электромеханического устройства (II) для задания колебательных движений платформе (I). Платформа (I) включает плиту (1), подвешенную на жестких тягах (2) к основанию стенда (3). К нижней поверхности плиты (1) крепится демпфер (4) в виде киля, расположенный в баке (5) с жидкостью. Ударное взаимодействие осуществляется о закрепленный на основании (1) стенда буфер (13) с регулируемым выносом и сменными наконечниками (12) разной жесткости. Технический результат: имитация горизонтальных ударных и колебательных движений ледяного покрова. 1 ил.

Стенд для имитации горизонтальных ударных и колебательных движений ледяного покрова, включающий платформу, снабженную демпфером в виде киля, расположенного в баке с жидкостью, установленном на основании стенда, и электромеханическое устройство для задания колебательных движений платформе, размещенное на основании стенда, а также датчик перемещений для измерения перемещения края платформы, отличающийся тем, что платформа включает плиту, подвешенную на жестких тягах к основанию стенда, а ударное взаимодействие осуществляется о буфер с регулируемым выносом и сменными наконечниками разной жесткости, закрепленный на основании стенда.