CN113607591B - 一种海水养殖用金属网衣接触磨损试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海洋养殖工程技术领域，具体涉及海水养殖用金属网衣接触磨损试验装置及方法。一种海水养殖用金属网衣接触磨损试验装置，该装置主要包括水箱、设置在所述水箱内的夹持模块、与所述夹持模块连接的振动激励模块；所述夹持模块连接预紧力模块。本发明提供的一种海水养殖用金属网衣接触磨损试验装置及方法，可对小尺寸的网衣试件在海水或淡水环境下进行网目交错点处滑动磨损性能的比对、定性、定量试验测量，操作简便，易于实现。
Description
技术领域
本发明属于海洋养殖工程技术领域，具体涉及海水养殖用金属网衣接触磨损试验装置及方法。
背景技术
在海水养殖设备中，金属网衣具有良好的耐腐蚀、耐附着和抗菌特性，同时金属材料的高硬度又可减小网箱的形变，变相增大了养殖体积，因此具有非常广阔的应用前景。但在已有的养殖应用过程发现，金属网箱存在明显的磨损缺点，主要原因是网目金属丝的交错方式是活动的，因此在海流作用下，网箱随流运动引起了网衣的形变，网目交错点处的两根金属丝始终处于滑动磨损状态，最终造成金属丝表面的氧化保护膜受到磨损腐蚀，引起网衣的破损。
日本、挪威、美国等渔业发达国家已经于20世纪80年代开始在海水养殖中使用金属网衣，并且取得了良好的效益。但我国至今未在海洋养殖领域进行大范围应用，其中一个原因是我国海域南北分布较广，近海海况相比上述几个国家更为复杂，因此金属网衣的磨损更为严重。金属网衣的这种不抗磨损的缺点严重制约了其在我国海水养殖中的应用。
在金属网衣研制阶段，如果能够对网衣的磨损性能进行测量，从纵向研发和横向对比两个角度来衡量金属网衣不同阶段试件间和不同产品间的抗磨损性能，将有助于克服金属网衣难以抗磨损的缺点，促进金属网衣在海水养殖中的大范围应用。而现有技术中，尚未见有用于测量网衣磨损性能的相关设备及方法的报道。
发明内容
本发明的目的是为了弥补现有技术的不足，提供一种海水养殖用金属网衣接触磨损试验装置及方法，用于模拟金属网衣在使用过程中网目交错点处滑动接触磨损，并对其磨损性能进行测量，有助于后续研究相应的措施，降低磨损带来的不良影响。
为了实现上述目的，本发明首先提供一种海水养殖用金属网衣接触磨损试验装置，该装置主要包括水箱、设置在所述水箱内的夹持模块、与所述夹持模块连接的振动激励模块；所述夹持模块连接预紧力模块。
作为本发明的一种优选方式，所述的夹持模块包括滑台，固定在所述滑台上的下夹持杆、与所述预紧力模块连接的上夹持杆；所述上夹持杆和所述下夹持杆用于固定网衣试件；所述滑台固定在所述水箱的底部。
进一步优选地，所述的预紧力模块包括上固定板、下固定板和螺栓安装板；所述下固定板的下端面与所述上夹持杆固定连接；所述螺栓安装板和上固定板通过夹紧螺栓连接；所述下固定板的上端面与所述螺栓安装板的下端面之间固定有力传感器。
进一步优选地，所述的上固定板固定在落地支架上；所述落地支架固定在地面上。
进一步优选地，所述的振动激励模块包括一个直线电机滑台、驱动轴，所述直线电机滑台固定在水箱外部的地面上；所述驱动轴一端与直线电机滑台连接，另一端与夹持模块的滑台连接，中间通过动密封装置与水箱连接。
进一步优选地，所述的振动激励模块还包括中心固定支架；所述中心固定支架一端与驱动轴连接，另一端用于连接网衣试件中心。
为了实现上述目的，本发明还提供一种海水养殖用金属网衣接触磨损定量测试方法，该方法采用上述试验装置，包括以下步骤：
（1）量取网衣试件每个交错点处两根金属丝的丝径D 0（i，j）；i，j表示第i行第j列的交错点；
（2）对网衣试件进行接触磨损试验；
（3）量取试验后每个交错点处两根金属丝的丝径D 1（i，j）；
（4）计算得到每个网目交错点处的磨损量M （i，j） ：
（5）计算整个网衣试件的磨损量M N ：
其中，N为网衣试件上的交错点个数。
进一步地，所述的接触磨损试验具体为采用所述的试验装置，模拟网衣试件在顺流方向上和/或迎流方向上产生的随流振动。
进一步地，模拟网衣试件在顺流方向上的随流振动时，网衣试件采用上侧固定不动、下侧水平振动方式，网衣试件夹持方向与水箱内滑台位移方向一致，并且网衣试件在夹持状态下处于垂直面内；网衣试件下侧随滑台的位移而振动。
进一步地，模拟网衣试件在迎流方向上的随流振动时，网衣试件采用上侧和下侧均固定不动、中心位置振动的方式，网衣试件夹持方向与水箱内滑台位移方向垂直，并且网衣试件在夹持状态下处于垂直面内；网衣试件的中心随中心固定支架的位移而振动。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、提供了一种实验室条件下的金属网衣接触磨损试验装置，可对小尺寸的网衣试件在海水或淡水环境下进行网目交错点处滑动磨损性能的比对、定性、定量试验测量，操作简便，易于实现；
2、通过将水箱及其内部滑台的尺寸加长，可以实现对多个金属网衣试件的同时磨损试验，便于对不同试件间的磨损性能比对；
3、该装置也可用于实时观测查看网衣在海流作用下的摆动姿态；
4、提供了一种金属网衣接触磨损试验方法，可对海水网箱养殖用金属网衣在迎流和顺流方向上随流振动引起的磨损情况进行定量测量；
5、该试验装置和方法也可用于复合纤维等其他材料网衣的磨损性能试验。
附图说明
图1为本发明实施例中网衣接触磨损试验装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中预紧力模块和夹持模块的结构示意图；
图3为本发明实施例中网衣试件编结固定方式示意图；
图4为网箱中与海流流向平行面内的网衣网目受流变形情况；
图5为网箱中与海流流向垂直面内的网衣网目受流变形情况；
图6为本发明实施例中网衣试件沿顺流方向夹持与振动方式示意图；
图7为本发明实施例中网衣试件沿迎流方向夹持与振动方式示意图；
图8为本发明实施例中网衣接触磨损试验装置在顺流方向的试验示意图（水箱内部）；
图9为本发明实施例中网衣接触磨损试验装置在迎流方向的试验示意图（水箱内部）；
图10为网衣磨损定量计算方法示意图；
图中：1.水箱；2.预紧力模块；3.夹持模块；4.振动激励模块；21.水密力传感器；22.上固定板；23.下固定板；24.螺栓安装板；25.夹紧螺栓；31.滑台；32.上夹持杆；33.下夹持杆；34.支座；35.落地支架；36.网衣试件；41.直线电机滑台；42.驱动轴；43.中心固定支架；44.动密封装置。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
本发明提供的一种海水养殖用金属网衣接触磨损试验装置，如图1所示，主要包括水箱1，预紧力模块2，夹持模块3，振动激励模块4。夹持模块3设置在水箱1内部，用于夹持固定网衣试件36。预紧力模块2连接在夹持模块3上，用于提供预紧力。振动激励模块4设置在水箱1外部，与夹持模块3连接，用于为网衣试件提供振动激励。
其中，水箱1固定在地面上，箱体采用透明材质，可以在磨损试验过程中实时查看其内部网衣在水中的变化姿态和磨损情况，可根据试验要求在水箱内部填充海水或淡水。
如图2所示，在预紧力模块2中，上固定板22和螺栓安装板24之间通过夹紧螺栓25来连接，通过调节夹紧螺栓25可以调整上固定板22和螺栓安装板24的间距，以此来实现预紧力的加载。上固定板22通过螺栓连接的方式固定在落地支架35上。水密力传感器21通过螺栓与上方的螺栓安装板24和下方的下固定板23进行连接，可以实时显示预紧力的数值；上固定板22通过螺栓固定在落地支架35上，落地支架35固定在水箱1外部的地面上。
夹持模块3中，上夹持杆32通过支座34与下固定板23进行螺栓固定，下夹持杆33通过支座34与滑台31进行螺栓固定，滑台31的底座固定在水箱1的底部，滑台31的活动台面与驱动轴42连接。网衣试件36在顺流时与滑台31的夹持方向按照图8所示，网衣试件36在迎流时与滑台31的夹持方向按照图9所示。
网衣试件36用纤维绳编结在上夹持杆32和下夹持杆33上，振动激励模块4中，直线电机滑台41固定在水箱1外部的地面上，驱动轴42的一端通过支座34与直线电机滑台41进行连接，其另一端与水箱1内部的滑台31连接，中间穿过动密封装置44实现直线运动过程中的干湿环境密封。动密封装置44粘结固定在水箱1的壁面上。中心固定支架43主要用于进行网衣中心激励模式下的激励传递，使用过程中，中心固定支架43的一端与驱动轴42固定，另一端与网衣试件36的中心点采用螺栓夹片固定。
在加载预紧力时，应先保证网衣试件36已经通过上夹持杆32和下夹持杆33固定在预紧力模块2和滑台31上，并且预紧力模块2已经固定在落地支架35上，滑台31已经固定在水箱1中，然后通过夹紧螺栓25调整上固定板22与螺栓安装板24间的距离来改变预紧力的大小。在这里，扩大上固定板22与螺栓安装板24间的距离时，预紧力相应变小；缩小上固定板22与螺栓安装板24间的距离时，预紧力相应变大。
在将网衣试件36与上夹持杆32和下夹持杆33进行编结固定时，如图3所示，选用细纤维绳先依次穿过网衣试件36待固定一侧的各个网孔，然后缠绕并绑扎在上夹持杆32或下夹持杆33上。
本发明还提供了一种海水养殖用金属网衣接触磨损试验方法，该方法包括对网衣在顺流方向上和迎流方向上产生的随流振动的模拟，及磨损量的定量计算。
由于网衣在受到海流作用时，沿顺流方向上和迎流方向上的网衣变化情况不同，如图4、图5所示。在图4中，网衣呈现出网孔由正方形变为平行四边形的特征，在图5中，网衣呈现出中心位置凸出变形，变形量从中心位置向上下固定边界处逐渐减小的特征。因此，需要分别对网衣试件36的固定方式按照顺流和迎流两种受力情况来进行设置，顺流作用时，网衣试件36的固定及振动方式如图6所示，迎流作用时，网衣试件36的固定及振动方式如图7所示。
在进行顺流方向随流振动试验时，整个试验装置内部如图8所示，采用网衣试件36上侧固定不动、下侧水平振动的方式，网衣试件36的夹持方向与水箱1内滑台31位移方向一致，并且保证网衣试件36在夹持状态下处于垂直面内。网衣试件36下侧的水平振动由水箱1外部的直线电机滑台41通过驱动轴42带动水箱1内滑台31产生位移来实现。该试验方法主要用于模拟海水养殖网箱中与海流流向平行面内的网衣磨损情况。
在进行迎流方向随流振动试验时，整个试验装置内部如图9所示，采用网衣试件36上侧和下侧均固定不动、中心位置振动的方式，网衣试件36夹持方向与水箱1内滑台31位移方向垂直，并且保证网衣试件36在夹持状态下处于垂直面内。水箱1内滑台31在该测量过程中固定不动，以提供对网衣试件36下侧的固定夹持，网衣中心的水平振动由水箱1外部的直线电机滑台41通过驱动轴42带动水箱1内网衣中心处的中心固定支架43产生位移来实现。该试验方法主要用于模拟海水养殖网箱中与海流流向垂直面内的网衣磨损情况。
在经过磨损试验后，网衣网目交错点处的两根金属丝会由于相互间的滑动接触磨损产生线径减小的现象，可通过对各个交错点处金属丝的直径变化进行测量和统计计算后来衡定不同磨损时长、不同试件间的磨损程度差异。
本实施例中，网衣试件36上的网目交错点的数量记为N，每个交错点的位置记为（i，j），如图10所示。从网衣试件36一角处往里数第二个交错点记为（1,1），相应同一行的最后一个点记为（1，j），同一列最后一个交错点记为（i，1）。
试验前需要量取每个交错点处两根金属丝的丝径D 0（i，j），这里D 0（i，j）取为两根金属丝丝径的平均数，进行完磨损试验后，再量取每个交错点处两根金属丝的丝径D 1（i，j），通过式（1）可以计算得到每个网目交错点处的磨损量M （i，j）：
通过该磨损量M （i，j）可以分析网衣试件36上不同位置处的磨损分布情况。
通过式（2）可以统计计算整个网衣试件36的磨损量M N ：
通过该磨损量M N 可以得到网衣试件36的整体磨损情况，以便于在不同磨损时长、不同试件间进行磨损性能比较。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (4)
1.一种海水养殖用金属网衣接触磨损试验装置，其特征在于：该装置主要包括水箱、设置在所述水箱内的夹持模块、与所述夹持模块连接的振动激励模块；所述夹持模块连接预紧力模块；所述的夹持模块包括滑台，固定在所述滑台上的下夹持杆、与所述预紧力模块连接的上夹持杆；所述上夹持杆和所述下夹持杆用于固定网衣试件；所述滑台固定在所述水箱的底部；所述的振动激励模块包括直线电机滑台、驱动轴，所述直线电机滑台固定在水箱外部的地面上；所述驱动轴一端与直线电机滑台连接，另一端与夹持模块的滑台连接，中间通过动密封装置与水箱连接；所述的振动激励模块还包括中心固定支架；中心固定支架一端与驱动轴连接，另一端用于连接网衣试件中心；模拟网衣试件在顺流方向上的随流振动时，网衣试件采用上侧固定不动、下侧水平振动方式，网衣试件夹持方向与水箱内滑台位移方向一致，并且网衣试件在夹持状态下处于垂直面内；网衣试件下侧随滑台的位移而振动；或者，模拟网衣试件在迎流方向上的随流振动时，网衣试件采用上侧和下侧均固定不动、中心位置振动的方式，网衣试件夹持方向与水箱内滑台位移方向垂直，并且网衣试件在夹持状态下处于垂直面内；网衣试件的中心随中心固定支架的位移而振动。
2.根据权利要求1所述的海水养殖用金属网衣接触磨损试验装置，其特征在于：所述的预紧力模块包括上固定板、下固定板和螺栓安装板；所述下固定板的下端面与所述上夹持杆固定连接；所述螺栓安装板和上固定板通过夹紧螺栓连接；所述下固定板的上端面与所述螺栓安装板的下端面之间固定有力传感器。
3.根据权利要求2所述的海水养殖用金属网衣接触磨损试验装置，其特征在于：所述的上固定板固定在落地支架上；所述落地支架固定在地面上。
4.一种海水养殖用金属网衣接触磨损定量测试方法，该方法采用如权利要求1-3任一项所述的试验装置，其特征在于，包括以下步骤：
（1）量取网衣试件每个交错点处两根金属丝的丝径D 0（i，j）；i，j表示第i行第j列的交错点；
（2）对网衣试件进行接触磨损试验；
（3）量取试验后每个交错点处两根金属丝的丝径D 1（i，j）；
（4）计算得到每个网目交错点处的磨损量M （i，j） ：
（5）计算整个网衣试件的磨损量M N ：
其中，N为网衣试件上的交错点个数；
所述的接触磨损试验具体为采用所述的试验装置，模拟网衣试件在顺流方向上和/或迎流方向上产生的随流振动；
模拟网衣试件在顺流方向上的随流振动时，网衣试件采用上侧固定不动、下侧水平振动方式，网衣试件夹持方向与水箱内滑台位移方向一致，并且网衣试件在夹持状态下处于垂直面内；网衣试件下侧随滑台的位移而振动；或者，
模拟网衣试件在迎流方向上的随流振动时，网衣试件采用上侧和下侧均固定不动、中心位置振动的方式，网衣试件夹持方向与水箱内滑台位移方向垂直，并且网衣试件在夹持状态下处于垂直面内；网衣试件的中心随中心固定支架的位移而振动。
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