本發(fā)明涉及深海采礦技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種深水環(huán)境模擬試驗臺及深水環(huán)境模擬試驗方法。

背景技術(shù)：

隨著陸地礦產(chǎn)資源的日益枯竭，海洋資源越來越受到各國的重視，占地球表面71％的海洋蘊藏著豐富的礦產(chǎn)資源，是世界礦產(chǎn)資源的重要儲備，現(xiàn)已探明具有商業(yè)開采價值的海洋礦產(chǎn)資源主要有多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼和多金屬硫化物等，這些礦產(chǎn)資源大多存在深海底2000米到6000米的深海海底，在這樣的水深下水下壓力均大于等于20mpa。在這種高壓裝備下，用于勘探與開采深海資源的裝備都需要能夠承來自海水壓力，在高水壓環(huán)境下正常運行。這就需要深海裝備的每個零部件都必須要有耐高壓的能力。在深海設(shè)備研制生產(chǎn)的過程中，不可避免地要對設(shè)備零部件的耐壓能力進行檢測，以達到深海環(huán)境的要求。深水環(huán)境模擬試驗臺就是用于檢測設(shè)備零部件耐壓能力的試驗平臺。

現(xiàn)有高壓模擬試驗平臺常常智能化與自動化水平都很低，現(xiàn)有的試驗艙對試驗零部件進行打壓的過程通常為：將試驗對象放置于試驗艙內(nèi)，然后用艙蓋蓋緊試驗艙，通過高壓泵向試驗艙內(nèi)注入水，直至艙內(nèi)形成試驗所需要的水壓力，模擬深海底高壓環(huán)境。試驗完成后，泄壓，開艙蓋，取出試驗對象，判斷試驗對象的耐壓能力。但由于高壓艙需要建立高壓環(huán)境，艙壁厚，整個試驗平臺相當重，在試驗艙合艙時艙蓋很難對中，合艙相當困難，耗費的人力和時間都相當多。同時無法對試驗零部件在受壓過程中的變化過程進行實時監(jiān)測，也不能對運動部件在高壓環(huán)境下的動力學(xué)特性進行實時的采集分析。

綜上所述，現(xiàn)有大型高壓試驗艙艙蓋對中合蓋困難，無法對試驗零部件在受壓過程中的變化過程進行實時監(jiān)測，也不能對運動部件在高壓環(huán)境下的動力學(xué)特性進行實時的采集分析，成了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種深水環(huán)境模擬試驗臺及深水環(huán)境模擬試驗方法，旨在解決現(xiàn)有大型高壓試驗艙艙蓋對中合蓋困難的問題，并實現(xiàn)對試驗零部件在受壓過程中的變化過程進行實時監(jiān)測。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種深水環(huán)境模擬試驗臺，所述深水環(huán)境模擬試驗臺包括試驗艙主體、試驗艙蓋、艙蓋對中裝置、艙蓋鎖緊環(huán)、加壓裝置、艙內(nèi)試驗部件搭載裝置、試驗臺控制柜、試驗臺架和伺服電機驅(qū)動裝置，其中，

所述試驗艙主體為呈臥式放置的圓柱體空腔并安裝在試驗臺架上，其一端開口以與所述試驗艙蓋相配合，其另一端封閉且安裝有高壓水密插座，所述試驗艙主體內(nèi)部設(shè)置有艙內(nèi)滑道以用于安裝所述艙內(nèi)試驗部件搭載裝置，所述試驗艙主體靠近其開口端設(shè)有排氣閥，所述艙蓋鎖緊環(huán)安裝在試驗艙主體的開口邊緣，所述艙蓋鎖緊環(huán)的外周裝有激光接收器，所述試驗艙蓋的外周對應(yīng)設(shè)有激光發(fā)射器；

所述試驗艙蓋通過所述艙蓋對中裝置安裝在試驗臺架上，所述艙蓋對中裝置包括第一伺服電機、第二伺服電機、第三伺服電機、第四伺服電機、齒輪、第一絲杠滑軌、第二絲杠滑軌及第三絲杠滑軌，所述第一伺服電機與所述第一絲杠滑軌配合以驅(qū)動所述試驗艙蓋沿x方向左右滑動，所述第二伺服電機與所述第二絲杠滑軌配合以驅(qū)動所述試驗艙蓋沿z方向上下滑動，所述第三伺服電機與所述第三絲杠滑軌配合以驅(qū)動所述試驗艙蓋沿y方向前后滑動；

所述艙蓋鎖緊環(huán)的下部有鎖緊環(huán)齒，用于與所述艙蓋對中裝置的齒輪嚙合，所述第四伺服電機與齒輪連接以驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動，進而帶動艙蓋鎖緊環(huán)旋轉(zhuǎn)以打開或鎖緊試驗艙蓋；

所述加壓裝置安裝在試驗艙主體的側(cè)部；

所述艙內(nèi)試驗部件搭載裝置包括耐高壓燈、攝像頭、傳感器、帶壓力補償?shù)挠拖?、液壓泵、深水電機以及試驗部件安裝架，各個部件安裝在所述艙內(nèi)試驗部件搭載裝置的艙臺滑軌上；

所述伺服電機驅(qū)動裝置設(shè)于所述試驗艙臺架的底座上，并與所述第一伺服電機、第二伺服電機、第三伺服電機、第四伺服電機、加壓裝置以及試驗臺控制柜電連接。

優(yōu)選地，所述第一絲杠滑軌安裝在試驗臺架上并可沿x方向左右滑動，所述第一伺服電機與第一絲杠滑軌的絲杠連接，所述第二絲杠滑軌架設(shè)在第一絲杠滑軌的滑塊上并可沿z方向上下滑動，所述第二伺服電機安裝在第一絲杠滑軌的滑塊的下側(cè)，并與第二絲杠滑軌的絲杠連接，所述第二絲杠滑軌的滑塊位于第一絲杠滑軌的滑塊上側(cè)，所述第三絲杠滑軌架設(shè)在第二絲杠滑軌的滑塊上并可沿y方向前后滑動，所述第三伺服電機安裝在第二絲杠滑軌的滑塊的一側(cè)，并與第三絲杠滑軌的絲杠連接，所述試驗艙蓋連接與第三絲杠滑軌的滑塊上。

優(yōu)選地，所述加壓裝置包括加壓電機、高壓水泵、排水閥和壓力表，所述高壓水泵安裝在加壓電機的一端，所述高壓水泵上設(shè)有溢流閥，所述溢流閥與所述試驗艙主體連通，所述排水閥設(shè)在所述試驗艙主體下部。

優(yōu)選地，所述艙蓋鎖緊環(huán)的內(nèi)環(huán)上有齒扣，所述試驗艙蓋上對應(yīng)齒扣設(shè)有公凸起，通過所述齒扣與公凸起相配合鎖緊試驗艙蓋。

優(yōu)選地，所述第一伺服電機、第二伺服電機、第三伺服電機和第四伺服電機均配有減速器。

優(yōu)選地，所述試驗艙蓋的內(nèi)側(cè)設(shè)有密封圈。

優(yōu)選地，所述激光接收器為一個接收盤，激光發(fā)射器的激光信號打在所述激光接收器的接收盤上時可以定位偏移角度和位移。

優(yōu)選地，所述試驗臺控制柜包括智能控制器、視頻顯示器、工控機和遠程操縱接口，各個部件通過電纜連接安裝在所述試驗臺控制柜上。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種深水環(huán)境模擬試驗臺的深水環(huán)境模擬試驗方法，包括如下步驟：

在深水環(huán)境模擬試驗臺對零部件進行高壓試驗之前，將零部件安裝在艙內(nèi)試驗部件搭載裝置上，并將試驗部件搭載裝置通過試驗艙主體的滑軌滑入試驗艙主體內(nèi)部加以固定；

通過激光接收器和激光發(fā)射器的引導(dǎo)，啟動試驗艙蓋對中控制程序完成試驗艙蓋對中并合閉試驗艙蓋；

控制艙蓋鎖緊環(huán)旋轉(zhuǎn)，鎖緊試驗艙蓋；

打開排氣閥，關(guān)閉排水閥，啟動高壓水泵，往試驗艙主體內(nèi)部注水，待排氣閥有水冒出之后，關(guān)閉排氣閥，繼續(xù)往試驗艙主體內(nèi)部注水，觀測壓力表上的壓力，并調(diào)節(jié)高壓水泵的溢流閥調(diào)整到所需要的試驗艙內(nèi)部壓力；

達到所需要的試驗壓力后，保持艙內(nèi)壓力并持續(xù)預(yù)定實驗時間后，關(guān)閉高壓水泵，將溢流閥壓力調(diào)至趨近于零，打開排水閥，排出試驗艙內(nèi)的水，控制艙蓋鎖緊環(huán)旋轉(zhuǎn)，松開試驗艙蓋；

將試驗艙蓋與試驗艙主體分離，取出艙內(nèi)試驗部件搭載裝置，觀測試驗部件狀態(tài)，試驗完成。

本發(fā)明的深水環(huán)境模擬試驗臺及深水環(huán)境模擬試驗方法中，艙內(nèi)試驗部件搭載裝置設(shè)于試驗艙主體內(nèi)，其試驗部件安裝架用于安裝試驗零部件，其帶壓力補償?shù)挠拖浜鸵簤罕媚軌驅(qū)恿\動部件進行打壓試驗，其耐高壓燈、攝像頭及傳感器能對試驗零部件在受壓過程中的變化過程進行實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，并能檢測運動部件在高壓環(huán)境下運行的動力學(xué)特性，為運行部件的優(yōu)化設(shè)計提供參考，艙蓋對中裝置在試驗臺控制柜的控制下，實現(xiàn)自動化的試驗艙蓋對中合蓋操作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明深水環(huán)境模擬試驗臺一實施例的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為圖1所示深水環(huán)境模擬試驗臺內(nèi)的艙內(nèi)試驗架的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為圖1中a處的放大圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

為便于描述部件之間的相對位置，參照圖1中的o-xyz直角坐標系，定義以下方向：x方向為左右方向；y方向為前后方向；z方向為上下方向。

如圖1至圖3所示，在本發(fā)明的一實施例中，深水環(huán)境模擬試驗臺包括試驗艙主體10、試驗艙蓋14、艙蓋對中裝置20、艙蓋鎖緊環(huán)33、加壓裝置40、艙內(nèi)試驗部件搭載裝置13、試驗臺控制柜50、試驗臺架60和伺服電機驅(qū)動裝置70。試驗艙主體10為呈臥式放置的圓柱體空腔并安裝在試驗臺架60上，試驗艙主體10的一端開口以與試驗艙蓋14相配合，試驗艙主體10的另一端封閉且安裝有高壓水密插座11，以用于艙內(nèi)外的電連通。試驗艙主體10內(nèi)部設(shè)置有艙內(nèi)滑道12，艙內(nèi)試驗部件搭載裝置13安裝在艙內(nèi)滑道12上并可沿艙內(nèi)滑道12滑動，以便于試驗部件進出試驗艙主體10內(nèi)部。

艙蓋鎖緊環(huán)33安裝在試驗艙主體10的開口邊緣，以用于與試驗艙蓋14的配合關(guān)閉試驗艙主體10，試驗艙主體10靠近其開口端設(shè)有排氣閥44，排氣閥44可安裝在試驗艙主體10上部的任意位置，用于艙內(nèi)加壓時進行排氣使用。艙蓋鎖緊環(huán)33的內(nèi)環(huán)上設(shè)有齒扣34，試驗艙蓋14上對應(yīng)齒扣34設(shè)有公凸起15，通過齒扣34與公凸起15相配合鎖緊試驗艙蓋14。艙蓋鎖緊環(huán)33的外周裝有激光接收器31，激光接收器31為一個接收盤，可以根據(jù)試驗艙蓋14上所設(shè)的激光發(fā)射器16打在其上的信號進行角度偏轉(zhuǎn)和位移偏差的定位。

試驗艙蓋14通過艙蓋對中裝置20安裝在試驗臺架60上。艙蓋對中裝置20包括第一伺服電機21、第二伺服電機22、第三伺服電機23、第四伺服電機24、齒輪25、第一絲杠滑軌、第二絲杠滑軌及第三絲杠滑軌，所述第一伺服電機21、第二伺服電機22、第三伺服電機23和第四伺服電機24均配有減速器(圖中未標號)。

所述第一伺服電機21與所述第一絲杠滑軌配合以驅(qū)動所述試驗艙蓋14沿x方向左右滑動，所述第二伺服電機22與所述第二絲杠滑軌配合以驅(qū)動所述試驗艙蓋14沿z方向上下滑動，所述第三伺服電機23與所述第三絲杠滑軌配合以驅(qū)動所述試驗艙蓋14沿y方向前后滑動，從而實現(xiàn)將試驗艙蓋14與試驗艙主體10的開口精準對位。

具體地，在本實施例中，第一絲杠滑軌安裝在試驗臺架60上并可沿x方向左右滑動，第一伺服電機21與第一絲杠滑軌的絲杠261連接。第二絲杠滑軌架設(shè)在第一絲杠滑軌的滑塊262上并可沿z方向上下滑動，第二伺服電機22安裝在第一絲杠滑軌的滑塊262的下側(cè)，并與第二絲杠滑軌的絲杠(圖中未標號)連接，第二絲杠滑軌的滑塊272位于第一絲杠滑軌的滑塊262上側(cè)。第三絲杠滑軌架設(shè)在第二絲杠滑軌的滑塊272上并可沿y方向前后滑動，第三伺服電機23安裝在第二絲杠滑軌的滑塊272的一側(cè)，并與第三絲杠滑軌的絲杠(圖中未標號)連接，試驗艙蓋14連接在第三絲杠滑軌的滑塊282上。

通過第一伺服電機21驅(qū)動第一絲杠滑軌的絲杠261旋轉(zhuǎn)，可帶動第一絲杠滑軌的滑塊262以及其上的第二絲杠滑軌、第三絲杠滑軌及試驗艙蓋14一起沿x方向左右移動，通過第二伺服電機22驅(qū)動第二絲杠滑軌的絲杠旋轉(zhuǎn)，可帶動第二絲杠滑軌的滑塊272及其上的第三絲杠滑軌及試驗艙蓋14一起沿z方向上下移動，通過第三伺服電機23驅(qū)動第三絲杠滑軌的絲杠旋轉(zhuǎn)，可帶動第三絲杠滑軌的滑塊282及其上的試驗艙蓋14一起沿y方向前后移動，這樣試驗艙蓋14在艙蓋對中裝置20作用下，可以在前后、左右、上下三個方向上進行移動，從而實現(xiàn)將試驗艙蓋14與試驗艙主體10的開口精準對位。

艙蓋鎖緊環(huán)33的下部有鎖緊環(huán)齒331，用于與所述艙蓋對中裝置20的齒輪25嚙合，第四伺服電機24與齒輪25連接以驅(qū)動齒輪25轉(zhuǎn)動，進而帶動艙蓋鎖緊環(huán)33旋轉(zhuǎn)以打開或鎖緊試驗艙蓋14。打開鎖緊試驗艙蓋14時，第四伺服電機24控制艙蓋鎖緊環(huán)33的旋轉(zhuǎn)角度，使艙蓋鎖緊環(huán)33的齒扣34與試驗艙蓋14的公凸起15對準，再通過第一伺服電機21驅(qū)動試驗艙蓋14朝向試驗艙主體10移動以蓋住試驗艙主體10的開口，然后再通過第四伺服電機24控制艙蓋鎖緊環(huán)33的旋轉(zhuǎn)一定角度，將艙蓋鎖緊環(huán)33與試驗艙蓋14鎖緊。打開試驗艙蓋14時的操作則與鎖緊操作相反。試驗艙蓋14的內(nèi)側(cè)設(shè)有密封圈32，以提高艙蓋鎖緊環(huán)33與試驗艙蓋14之間的密封性。

試驗艙蓋14的外周對應(yīng)設(shè)有激光發(fā)射器16。通過激光發(fā)射器16向激光接收器31發(fā)射激光信號，在激光接收器31的接收盤上測算出偏轉(zhuǎn)角度和偏移位移，再反饋給艙蓋對中裝置20，來調(diào)整艙蓋鎖緊環(huán)33的角度和調(diào)整試驗艙蓋14的位移使試驗艙蓋14與試驗艙主體10順利對中蓋合。

加壓裝置40安裝在試驗艙主體10的側(cè)部，包括加壓電機42、高壓水泵41、排水閥43和壓力表(圖中示標示)，高壓水泵41安裝在加壓電機42的一端，高壓水泵41上還設(shè)有溢流閥46，所述溢流閥46與所述試驗艙主體10連通，所述排水閥43設(shè)在所述試驗艙主體10下部，伺服電機驅(qū)動裝置70設(shè)于所述試驗艙臺架60的底座上，并與所述第一伺服電機21、第二伺服電機22、第三伺服電機23、第四伺服電機24、加壓電機42以及試驗臺控制柜50電連接。

本實施例中，深水環(huán)境模擬試驗臺的深水環(huán)境模擬試驗方法如下：

在深水環(huán)境模擬試驗臺對零部件進行高壓試驗之前，將零部件安裝在艙內(nèi)試驗部件搭載裝置13上，并將試驗部件搭載裝置13通過試驗艙主體10的艙內(nèi)滑道12滑入試驗艙主體10內(nèi)部加以固定；

通過激光接收器31和激光發(fā)射器16的引導(dǎo)，啟動試驗艙蓋對中控制程序完成試驗艙蓋14對中并合閉試驗艙蓋14；

啟動第四伺服電機24，控制艙蓋鎖緊環(huán)33旋轉(zhuǎn)，鎖緊試驗艙蓋14；

打開排氣閥44，關(guān)閉排水閥43，啟動高壓水泵41，往試驗艙主體10內(nèi)部注水，待排氣閥44有水冒出之后，關(guān)閉排氣閥44，繼續(xù)往試驗艙主體10內(nèi)部注水，觀測壓力表上的壓力，并調(diào)節(jié)高壓水泵41的溢流閥46調(diào)整到所需要的試驗艙內(nèi)部壓力；

達到所需要的試驗壓力后，保持艙內(nèi)壓力并持續(xù)預(yù)定實驗時間后，關(guān)閉高壓水泵41，將溢流閥46壓力調(diào)至趨近于零，打開排水閥43，排出試驗艙內(nèi)的水，啟動第四伺服電機24控制艙蓋鎖緊環(huán)33旋轉(zhuǎn)，松開試驗艙蓋14；

啟動第一伺服電機21，將試驗艙蓋14與試驗艙主體10分離，取出艙內(nèi)試驗部件搭載裝置13，觀測試驗部件狀態(tài)，試驗完成。

參照圖2，在一具體實施例中，艙內(nèi)試驗部件搭載裝置13包括耐高壓燈132、攝像頭133、傳感器134、帶壓力補償?shù)挠拖?35、液壓泵136、深水電機137以及試驗部件安裝架138，各個部件安裝在所述艙內(nèi)試驗部件搭載裝置13的艙臺滑軌131上。艙臺滑軌131承載在試驗艙主體10內(nèi)的艙內(nèi)滑道12上。

此種實施方式的試驗部件不僅為結(jié)構(gòu)部件還可以為運動部件，當試驗部件為運動部件時，帶壓力補償?shù)挠拖?35、液壓泵136、深水電機137等可以為試驗運動部件提供模擬深水環(huán)境的動力源，而耐高壓燈132提供照明，攝像頭133和傳感器134則進行試驗運動部件的實時測控，打開試驗艙主體10內(nèi)部用于視頻監(jiān)控的耐高壓燈132和攝像頭以及與實驗部件相關(guān)的數(shù)據(jù)采集傳感器134，對于需要動力源的試驗部件需要啟動液壓泵136，利用液壓管將零部件和艙內(nèi)試驗部件搭載裝置13上的液壓泵136相連接以掌握試驗狀態(tài)。

艙內(nèi)試驗部件搭載裝置13設(shè)于試驗艙主體10內(nèi)，其試驗部件安裝架138用于安裝試驗零部件，其帶壓力補償?shù)挠拖?35和液壓泵136能夠?qū)恿\動部件進行打壓試驗，其耐高壓燈132、攝像頭133及傳感器134能對試驗零部件在受壓過程中的變化過程進行實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，艙蓋對中裝置20在試驗臺控制柜50的控制下，實現(xiàn)自動化的試驗艙蓋14對中合蓋操作。

本發(fā)明還提供一種優(yōu)選地實施例，上述試驗臺控制柜50包括智能控制器、視頻顯示器、工控機和遠程操縱接口，各個部件通過電連接安裝在所述試驗臺控制柜上，便于操作人員的遠程控制。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。