申请/专利权人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院

申请日：2019-05-06

公开（公告）日：2024-06-25

公开（公告）号：CN110274718B

主分类号：G01L5/00

分类号：G01L5/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.25#授权;2019.10.22#实质审查的生效;2019.09.24#公开

摘要：本发明公开了一种基于系揽墩间的系揽力测量装置，在数个并排布置的系缆墩上均布置系缆钩或系缆柱，用揽绳圈住两个及以上系缆钩或系揽柱，该测量装置位于揽绳上，包括面板，所述面板上设有上测量单元和下测量单元，缆绳与上测量单元连接，下测量单元通过连接绳与船舶连接。本发明的一种基于系揽墩间的系揽力测量装置及测量方法，充分利用并排布置的数个系揽墩监测系揽力，具有减少单个系揽墩上的受力的优点，且可以在揽绳无损伤的情况下，直接测量揽绳的拉力。

主权项：1.一种基于系缆墩间的系缆力测量装置，在数个并排布置的系缆墩上均布置系缆钩或系缆柱，用缆绳圈住两个及以上系缆钩或系缆柱，该测量装置位于缆绳上，其特征在于：包括面板，所述面板上设有上测量单元和下测量单元，缆绳与上测量单元连接，下测量单元通过连接绳与船舶连接；所述上测量单元包含第一上滑轮和第二上滑轮，在第一上滑轮和第二上滑轮的下方分别设有边铆孔，在两个边铆孔之间设有正铆孔，在正铆孔上面安装有角钢，角钢上插入第一螺栓，在边铆孔中插入第二螺栓，在正铆孔中插入第三螺栓，第三螺栓端部设有第一力传感器，缆绳依次穿过第一上滑轮和第二上滑轮；旋转第三螺栓，第一力传感器顶住缆绳，通过第一力传感器读取缆绳系缆力；所述下测量单元包含下滑轮和弧形滑块，下滑轮安装在安装板上，弧形滑块通过直杆插入在方形护木的凹槽内，凹槽正对下滑轮中心，方形护木与下滑轮固定连接，跟随下滑轮转动，所述下滑轮和安装板通过下滑轮轴安装在面板上，直杆与压缩材料连接，压缩材料与第二力传感器连接，连接绳套在弧形滑块上，连接绳通过挤压弧形滑块，从而将压力传递给压缩材料，通过第二力传感器测得连接绳的系缆力；所述第一力传感器和第二力传感器均与无线发射模块连接，无线发射模块与无线接收模块连接，无线接收模块与中控室连接，将第一力传感器和第二力传感器的数值传输给中控室。

全文数据：基于系揽墩间的系揽力测量装置及测量方法技术领域本发明涉及基于系揽墩间的系揽力测量装置及测量方法，属于测量领域。背景技术调查资料表明，进入2011年后，关于系缆的安全事故数目不断增加，年平均发生数目在20起以上，且随着船舶货运的发展和传播航行量的增加，事故发生的概率在逐年增加。因此可以看出，在经济和贸易发展的同时，船舶系缆工作的安全形势日益严峻。在这样的大环境下，需要对系缆设施的各项指标进行精确的实时监控，提高安全系数和强化预警能力。系揽力作为系缆设施受力的评价的重要参数，其数值的高低和变化快慢程度都与船舶系缆安全直接相关，是安全工作的重点之一。现有系揽力的测量方式，主要针对单个系揽柱上的单根揽绳，使用所发明设计的夹具，以通过横向挤压紧绷的系揽索，使其产生横向位移并由力传感器记录所需的挤压力，最后经过一系列换算得到揽绳的拉力。这样的测量方法和装置的设计思路虽然可以测量系揽力，但却存在自动化程度较低、实施难度较大和测量对象单一等缺点。首先，在船舶停靠时，通常会使用多条揽绳同时系住船只，这就需要工作人员使用装置逐条进行测量，或者使用具有实时监测功能的装置在每一条揽绳上进行布置，这样的做法缺乏经济考虑且不方便。其次，多个现有装置功能单一，港工建筑物的系揽柱或系缆沟通常为并排布置，其设置间距多为7～12m间，有可能从相隔较近的一组系缆点牵引出多条揽绳，而现有装置缺少对多股揽绳的集束能力，不能有效的执行系缆任务。最后，揽绳承受的系揽力可能随着周围极端环境的突然变化而急剧增加，如巨浪、飓风等，因此当系揽力超过阈值时，装置需具有报警功能。发明内容发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于系揽墩间的系揽力测量装置及测量方法，充分利用并排布置的数个系揽墩监测系揽力，具有减少单个系揽墩上的受力的优点，且可以在揽绳无损伤的情况下，直接测量揽绳的拉力。技术方案：为解决上述技术问题，本发明的基于系揽墩间的系揽力测量装置，在数个并排布置的系缆墩上均布置系缆钩或系缆柱，用揽绳圈住两个及以上系缆钩或系揽柱，该测量装置位于揽绳上，包括面板，所述面板上设有上测量单元和下测量单元，缆绳与上测量单元连接，下测量单元通过连接绳与船舶连接。作为优选，所述上测量单元包含第一上滑轮和第二上滑轮，在第一上滑轮和第二上滑轮的下方分别设有边铆孔，在两个边铆孔之间设有正铆孔，在正铆孔上面安装有角钢，角钢上插入第一螺栓，在边铆孔中插入第二螺栓，在正铆孔中插入第三螺栓，第三螺栓端部设有第一力传感器，缆绳依次穿过第一上滑轮和第二上滑轮；旋转第三螺栓，第一力传感器顶住缆绳，通过第一力传感器读取缆绳系缆力。边铆孔的上部高度与第一上滑轮和第二上滑轮的轮槽凹槽底部高度相差为单根揽绳的直径，可在揽绳紧绷状态时不会对滑轮造成额外的挤压力，且在揽绳较为松弛的时候揽绳不会掉出轮槽。作为优选，第三螺栓包含套筒和内螺杆，所述套筒设有外螺纹和内螺纹，第一力传感器安装在内螺杆端部，在内螺杆和套筒的端部均设有可插入钢制杆的通孔，通过钢制杆带动套筒和内螺杆旋转。相比单独采用螺栓，由于该部分有将装置固定在揽绳的某个位置以避免晃动的功能，采用套筒与内螺杆相结合的结构，可以避免长期使用单螺杆固定而对末端装配的力传感器的损耗。且该结构形式空间布置紧凑，易更换部件，方便模块化生产组装。作为优选，所述下测量单元包含下滑轮和弧形滑块，下滑轮和弧形滑块安装在安装板上，所述下滑轮和安装板通过下滑轮轴安装在面板上，弧形滑块与压缩材料连接，压缩材料与第二力传感器连接，连接绳套在弧形滑块上，连接绳通过挤压弧形滑块，从而将压力传递给压缩材料，通过第二力传感器测得连接绳的系缆力。弧形滑块是半曲凹槽式构件，底部有直杆直接插入方形护木，并于下滑轮刚接，可以整体跟随下滑轮转动，这样可以保证力传感器始终正对揽绳方向。第二力传感器埋入方形护木，揽绳的拉力通过绳槽弧形滑块底部的直杆，经过同样埋入护木的压缩材料传递至力传感器。作为优选，所述安装板的端部安装有夹具，连接绳穿过弧形滑块后在夹具处收束。作为优选，所述弧形滑块与电路上接触点连接，在安装板上安装有电路下接触点，电路上接触点和电路下接触点分别与报警器连接。作为优选，所述第一力传感器和第二力传感器均与无线发射模块连接，无线发射模块与无线接收模块连接，无线接收模块与中控室连接，将第一力传感器和第二力传感器的数值传输给中控室。作为优选，所述无线发射模块与手机信号连接，将第一力传感器和第二力传感器的数值传送给监控人。一种基于系揽墩间的系揽力测量装置的测量方法，包括以下步骤：1缆绳穿过第一上滑轮和第二上滑轮，两端分别与系缆柱连接，旋转第三螺栓，第一力传感器顶住缆绳；2安装第二力传感器，连接绳穿过弧形滑块，通过夹具处收束，连接绳的两端与船舶连接；3读取第一力传感器和第二力传感器的数值；4若电路上接触点和电路下接触点接触，报警器报警，连接绳或缆绳所受的力超过阈值。在本发明中，一种用于监测系揽墩所受系揽力的方法，包括所设计的监测装置，所述监测方法为使用所设计的装置，对环绕在多个系揽墩上的揽绳进行实时监测，并在系揽力达到阈值时进行预警，同时可以通过装置的滑轮调整最佳受力状态；所述装置由两个滑轮组、两个测力装置、一个预警装置和一个束绳装置。充分利用并排布置的数个系揽墩监测系揽力，具有减少单个系揽墩上的受力的优点，且可以在揽绳无损伤的情况下，直接测量揽绳的拉力，两个测力装置的数据可以互相校对，由此提高了监测精度，并能在系揽力超过阈值时报警，因此具有安全性高、实效性强的优势。本发明的原理是：按照本发明的方案将监测设备设置好之后，可以在揽绳上发生横向运动，这个时候揽绳是紧绷的，通过旋转钢制杆，将内螺栓向揽绳方向推进，力传感器受到挤压测出这一段揽绳的张力，换算出其系揽力。当船舶拉扯揽绳，系揽力通过弧形滑块传递至压缩材料上产生变形，电路上接触点和电路下接触点距离缩短，力达到阈值时电路上接触点和电路下接触点接触，电路连通，报警器发出警报。这样，就可以及时掌握揽绳的受力情况，当应力达到警戒值时，工作人员得到警报，提前采取措施，消除隐患，保障安全。在本发明中，两个测力装置的数据计算方法：当揽绳处于紧绷状态，且装置可以在揽绳上做横向运动时，读取第一力传感器和第二力传感器数据，分别记为ɑ，b。则系于系揽墩上的揽绳拉力为：则标定时，改变系揽墩的揽绳与系船揽绳的夹角，若上式恒成立，则装置的精度达到要求。有益效果：本发明的基于系揽墩间的系揽力测量装置，充分利用并排布置的数个系揽墩监测系揽力，具有减少单个系揽墩上的受力的优点，且可以在揽绳无损伤的情况下，直接测量揽绳的拉力，保障了测量精度。且由于有两个测力装置的数据，可以互相校对，由此提高了监测精度，同时测量系揽墩上揽绳的拉力、船体上揽绳的拉力，并能在系揽力超过阈值时报警，因此具有安全性高、实效性强的优势。附图说明图1为本发明的测试方法示意图。图2为本发明的正面实装图。图3为本发明背面实装图。图4为本发明的装置使用状态示意图。图5为本发明的上部测力系统的分解示意图。图6为本发明的上部测力系统的使用状态示意图。图7为本发明的下部测力与预警系统的使用状态示意图。图1中各个标记所对应的名称分别为：系揽墩1-1、系缆钩或系揽柱1-2、揽绳1-3、装置1-4、船舶1-5；图2中各个标记所对应的名称分别为：角钢2-1、面板2-2、上滑轮2-3、上滑轮轮轴2-4、边铆孔2-5、力传感器引线2-6、力传感器显示器2-7、报警器2-8、报警器引线2-9、下滑轮2-10、正铆孔2-11、弧形滑块2-12、力传感器2-13、下滑轮轮轴2-14、底铆孔2-15、夹具2-16、螺栓2-17、力传感器显示器2-18、螺帽2-19；图3中各个标记所对应的名称分别为：揽绳1-3；图5中各个标记所对应的名称分别为：力传感器引线4-1、角钢铆孔4-2、外螺栓旋动插孔4-3、外螺栓4-4、力传感器4-5、内螺栓4-6、钢制杆4-7；图7中各个标记所对应的名称分别为：压缩材料6-1、电路上接触点6-2、电路下接触点6-3。具体实施方式下面结合附图对本发明作更进一步的说明。如图1至图6所示，本发明的基于系揽墩间的系揽力测量装置，在数个并排布置的系缆墩上均布置系缆钩或系缆柱，用揽绳1-3圈住两个及以上系缆钩或系揽柱1-2，该测量装置位于揽绳1-3上，包括面板2-2，所述面板2-2上设有上测量单元和下测量单元，缆绳与上测量单元连接，下测量单元通过连接绳与船舶1-5连接，可通过两个测量单元读取系揽力，并互相校对，提高监测精度。在本发明中，所述上测量单元包含第一上滑轮2-3和第二上滑轮2-3，在第一上滑轮2-3和第二上滑轮2-3的下方分别设有边铆孔2-5，在两个边铆孔2-5之间设有正铆孔2-11，在正铆孔2-11上面安装有角钢2-1，角钢2-1上插入第一螺栓，在边铆孔2-5中插入第二螺栓，在正铆孔2-11中插入第三螺栓，第三螺栓端部设有第一力传感器，缆绳依次穿过第一上滑轮2-3和第二上滑轮2-3；旋转第三螺栓，第一力传感器顶住缆绳，通过第一力传感器读取缆绳系缆力。揽绳1-3通过上滑轮2-3组与其相连，并在边铆孔2-5中插入螺栓，用螺母固定。旋转螺栓，对揽绳1-3造成微小的横向位移，并通过力传感器显示器读取系揽力。第三螺栓包含套筒和内螺杆，所述套筒设有外螺纹和内螺纹，第一力传感器安装在内螺杆端部，在内螺杆和套筒的端部均设有可插入钢制杆的通孔，通过钢制杆带动套筒和内螺杆旋转。旋转钢制杆，将内螺杆向揽绳1-3方向推进，第一力传感器受到挤压测出这一段揽绳1-3的张力，换算出其系揽力。存在两个滑轮组，可通过第一滑轮组改变系揽力监测装置的横向位置，通过第二滑轮组改变揽绳1-3的角度，从而自行寻找合适的受力方式。在本发明中，所述下测量单元包含下滑轮2-10和弧形滑块2-12，下滑轮2-10和弧形滑块2-12安装在安装板上，所述下滑轮2-10和安装板通过下滑轮2-10轴安装在面板2-2上，弧形滑块2-12与压缩材料6-1连接，压缩材料6-1与第二力传感器连接，连接绳套在弧形滑块2-12上，连接绳通过挤压弧形滑块2-12，从而将压力传递给压缩材料6-1，通过第二力传感器测得连接绳的系缆力。所述安装板的端部安装有夹具2-16，连接绳穿过弧形滑块2-12后在夹具2-16处收束。存在一个束绳装置，连接绳通过弧形滑块2-12，其端部穿过夹具2-16，下滑轮2-10轴随连接绳的方向改变而转动，系揽力方向始终正对第二力传感器。所述弧形滑块2-12与电路上接触点6-2连接，在安装板上安装有电路下接触点，电路上接触点6-2和电路下接触点分别与报警器2-8连接。在本发明中，所述第一力传感器和第二力传感器均与无线发射模块连接，无线发射模块与无线接收模块连接，无线接收模块与中控室连接，将第一力传感器和第二力传感器的数值传输给中控室。所述无线发射模块与手机信号连接，将第一力传感器和第二力传感器的数值传送给监控人。一种基于系揽墩1-1间的系揽力测量装置的测量方法，包括以下步骤：1缆绳穿过第一上滑轮2-3和第二上滑轮2-3，两端分别与系缆柱连接，旋转第三螺栓，第一力传感器顶住缆绳；2安装第二力传感器，连接绳穿过弧形滑块2-12，通过夹具2-16处收束，连接绳的两端与船舶1-5连接；3读取第一力传感器和第二力传感器的数值；4若电路上接触点6-2和电路下接触点接触，报警器2-8报警，连接绳或缆绳所受的力超过阈值。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

权利要求：1.一种基于系揽墩间的系揽力测量装置，在数个并排布置的系缆墩上均布置系缆钩或系缆柱，用揽绳圈住两个及以上系缆钩或系揽柱，该测量装置位于揽绳上，其特征在于：包括面板，所述面板上设有上测量单元和下测量单元，缆绳与上测量单元连接，下测量单元通过连接绳与船舶连接。2.根据权利要求1所述的基于系揽墩间的系揽力测量装置，其特征在于：所述上测量单元包含第一上滑轮和第二上滑轮，在第一上滑轮和第二上滑轮的下方分别设有边铆孔，在两个边铆孔之间设有正铆孔，在正铆孔上面安装有角钢，角钢上插入第一螺栓，在边铆孔中插入第二螺栓，在正铆孔中插入第三螺栓，第三螺栓端部设有第一力传感器，缆绳依次穿过第一上滑轮和第二上滑轮；旋转第三螺栓，第一力传感器顶住缆绳，通过第一力传感器读取缆绳系缆力。3.根据权利要求2所述的基于系揽墩间的系揽力测量装置，其特征在于：第三螺栓包含套筒和内螺杆，所述套筒设有外螺纹和内螺纹，第一力传感器安装在内螺杆端部，在内螺杆和套筒的端部均设有可插入钢制杆的通孔，通过钢制杆带动套筒和内螺杆旋转。4.根据权利要求1所述的基于系揽墩间的系揽力测量装置，其特征在于：所述下测量单元包含下滑轮和弧形滑块，下滑轮安装在安装板上，弧形滑块通过直杆插入在方形护木的凹槽内，凹槽正对下滑轮中心，方形护木与下滑轮固定连接，跟随下滑轮转动，所述下滑轮和安装板通过下滑轮轴安装在面板上，直杆与压缩材料连接，压缩材料与第二力传感器连接，连接绳套在弧形滑块上，连接绳通过挤压弧形滑块，从而将压力传递给压缩材料，通过第二力传感器测得连接绳的系缆力。5.根据权利要求4所述的基于系揽墩间的系揽力测量装置，其特征在于：所述安装板的端部安装有夹具，连接绳穿过弧形滑块后在夹具处收束。所述夹具可约束多根揽绳，从而可以在相隔较近的一组系缆点处，在弧形滑块上牵引出多条揽绳对单个多个目标进行约束，与缺少对多股揽绳集束能力的现有装置相比更适用。6.根据权利要求4所述的基于系揽墩间的系揽力测量装置，其特征在于：所述弧形滑块与电路上接触点连接，在安装板上安装有电路下接触点，电路上接触点和电路下接触点分别与报警器连接。7.根据权利要求1所述的基于系揽墩间的系揽力测量装置，其特征在于：所述第一力传感器和第二力传感器均与无线发射模块连接，无线发射模块与无线接收模块连接，无线接收模块与中控室连接，将第一力传感器和第二力传感器的数值传输给中控室。8.根据权利要求7所述的基于系揽墩间的系揽力测量装置，其特征在于：所述无线发射模块与手机信号连接，将第一力传感器和第二力传感器的数值传送给监控人。9.一种如权利要求1至8任一项所述的基于系揽墩间的系揽力测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1缆绳穿过第一上滑轮和第二上滑轮，两端分别与系缆柱连接，旋转第三螺栓，第一力传感器顶住缆绳；2安装第二力传感器，连接绳穿过弧形滑块，通过夹具处收束，连接绳的两端与船舶连接；3读取第一力传感器和第二力传感器的数值，分别记为ɑ，b，则系于系揽墩上的揽绳拉力为：4若电路上接触点和电路下接触点接触，报警器报警，连接绳或缆绳所受的力超过阈值。

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