本發(fā)明涉及一種模擬實驗裝置，特別涉及一種海洋裝備表層涂料防銹防污能力動態(tài)模擬實驗裝置。

背景技術(shù)：

隨著海洋事業(yè)的不斷發(fā)展，船舶技術(shù)的不斷進(jìn)步，海洋資源開發(fā)技術(shù)逐漸趨于成熟，但是海洋生物的污損成為海洋資源開發(fā)利用的一個重要阻礙。海生物在船舶水下部位的附著不但會使船舶的船速下降、燃料消耗增加，而且還會使船舶水下設(shè)施的腐蝕破壞加劇、使用壽命明顯縮短。

船舶長期處于海洋環(huán)境中，腐蝕極為嚴(yán)重，而腐蝕速度與海水的流動速度、氣泡、溫度、沖擊性以及海水所含微生物等因素都有有極為密切的關(guān)系。船體在海水中的腐蝕主要有電化學(xué)腐蝕、機(jī)械作用腐蝕、生物腐蝕和化學(xué)腐蝕幾種，其中最主要的是電化學(xué)腐蝕，即在腐蝕過程中有微電流產(chǎn)生。

1、發(fā)生在船體鋼結(jié)構(gòu)上的電化學(xué)腐蝕主要有以下幾種：

(1)氧的濃差電池作用。由于氧有奪取電子的能力，且水面的氧較水下的氧多，故近水面部分的金屬得到電子成為陰極，而水中部分的金屬失去電子成為陽極而發(fā)生腐蝕。腐蝕發(fā)生后，縫隙或缺口處的氧多，而底部氧少，從而底部繼續(xù)腐蝕，最后成為銹坑或銹穿。

(2)兩種不同金屬或鋼種的腐蝕。在海水中，兩種不同成分的金屬接觸時，電勢較低的金屬成為陽極發(fā)生腐蝕，例如鉚釘和焊縫處容易銹蝕，原因即于此。

(3)氧化皮引起的腐蝕。由于氧化皮的電極電位比鋼鐵的高0.26v，所以成為陰極，而鋼鐵本身成為陽極發(fā)生腐蝕。

(4)涂膜下的腐蝕。由于實際上涂膜表央有微孔存在，所以海水仍可緩慢穿過涂膜產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。此時，含涂膜的部分成為陰極，不含涂膜的部分成為陽極而發(fā)生腐蝕，生成feo和h2氣，進(jìn)一步變成fe3o4和fe2o3，由于fe3o4和fe2o3的體積比fe大得多，所以使涂膜鼓起破壞。在涂膜未損壞或失效時，這一過程是緩慢的。

涂漆前未除盡的氧化皮、銹蝕物、污物、水分、鹽類等，在涂膜下加速進(jìn)程，破壞涂膜。涂裝時漏涂等施工缺陷也會加速腐蝕進(jìn)程，從而過早破壞涂膜。涂膜損壞后，將產(chǎn)生前述各種腐蝕，這種腐蝕速度比未涂漆時更快。

(5)雜散電流引起的腐蝕。由于供電或電焊時，違反操作規(guī)程，產(chǎn)生漏電，從而使船體變成一個巨大的陽極，產(chǎn)生大規(guī)模的腐蝕。這種腐蝕是非常驚人的，例如某廠建造的4艘登陸艇，出廠1年，6mm的鋼板幾乎全部爛穿。

2、機(jī)械作用腐蝕

機(jī)械作用的腐蝕包括腐蝕作用和機(jī)械磨損，二者相互加速。其中包括沖擊腐蝕，這是由于液體湍流或沖擊所造成；空泡腐蝕，高速流動的液體，因不規(guī)則流動，產(chǎn)生空泡，形成“水錘作用”，常常破壞金屬表面的保護(hù)膜，加速腐蝕作用，如螺旋漿、泵軸等處易發(fā)生；微振磨捐腐蝕，兩個緊接著的表面相互振動而引起的磨捐；應(yīng)力腐蝕開裂，是在拉伸應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)作用下的金屬金屬腐蝕破壞，金屬內(nèi)會產(chǎn)生沿晶或穿晶的裂紋。

3、生物腐蝕

生物腐蝕是由海洋生物的船底附著引起的，這種腐蝕包括化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種。由于海洋生物在船底的附著，破壞了漆膜，造成鋼板局部電化學(xué)腐蝕；由于微生物的新陳代謝作用，分泌出具有侵蝕性的產(chǎn)物如co2、nh4oh、h2s等以及其他有機(jī)酸和無機(jī)酸引起鋼板的腐蝕作用等。

4、化學(xué)腐蝕

化學(xué)腐蝕的特點是：腐蝕反應(yīng)產(chǎn)物是直接地參與反應(yīng)的金屬，在表面區(qū)域生成，無電流產(chǎn)生。一般分為氣體腐蝕和在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕兩大類。例如鋼鐵在高溫蒸汽中產(chǎn)生的氧化皮，在有機(jī)液體中浸泡的破壞等。

在人類使用過的所有防污、防腐技術(shù)中，涂裝防污、防腐涂料是唯一可以廣泛應(yīng)用的解決污損問題的重要途徑。但是有些涂料如有機(jī)錫防污涂料對某些海生物具有毒性，能引起生物發(fā)生遺傳變異，導(dǎo)致畸形，甚至通過海洋貝類、魚類進(jìn)入人的食物鏈，直接危害人體的健康。

可是現(xiàn)如今國內(nèi)海洋裝備表層涂料防銹防污能力動態(tài)模擬實驗裝置運動方式簡單，只能完成簡單的旋轉(zhuǎn)等一些動作，難以模擬各種船舶在海下的服役環(huán)境，進(jìn)而不能完整的檢測涂料在海底的情況和各種性能，使用效果不理想，影響判斷船舶涂漆是否具有防污、防腐的功能，進(jìn)而影響海洋資源的開發(fā)和利用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種海洋裝備表層涂料防銹防污能力動態(tài)模擬實驗裝置，以達(dá)到可模擬船舶在水下復(fù)雜的運動狀態(tài)，達(dá)到最大限度的自動化的目的。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

海洋裝備表層涂料防銹防污能力動態(tài)模擬實驗裝置，包括固定與支撐裝置、動力裝置、伸縮裝置和傳感裝置，所述固定與支撐裝置包括底座和位于底座上的主支撐桿，所述主支撐桿上方設(shè)有水平的上支撐板和下支撐板；所述動力裝置包括設(shè)置于上支撐板上方的主電機(jī)和設(shè)置于上支撐板下方的輔助電機(jī)，所述主電機(jī)通過電機(jī)軸與安裝于下支撐板上的帶輪一相連，所述帶輪一通過皮帶一與安裝于下支撐板上的花鍵帶輪相連，所述輔助電機(jī)的輸出軸與安裝于上支撐板上方的帶輪二相連，所述帶輪二通過皮帶二與安裝于上支撐板上方的端面凸輪相連；所述伸縮裝置包括連接于端面凸輪和花鍵帶輪之間的花鍵軸，所述花鍵軸上部通過滾動銷與端面凸輪的波形凸輪面接觸，所述花鍵軸下部連接伸縮桿，所述伸縮桿下端連接有檢測盤，檢測盤上用于放置涂有涂料的海洋裝備樣板。

上述方案中，所述固定與支撐裝置還包括設(shè)置于上支撐板與花鍵帶輪之間的輔助支撐架、設(shè)置于上支撐板和下支撐板之間以及下支撐板與主支撐桿之間的斜支撐。固定與支撐裝置是整個裝置的結(jié)構(gòu)架，位于整個裝置的中間和左下側(cè)，處于動力裝置的下側(cè)。上下支撐板通過主支撐桿連接，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，主支撐桿和底座通過軸承一連接，底座位于主支撐桿的下方，支承起整個裝置。

上述方案中，所述傳感裝置位于輔助支撐架上，傳感裝置位于整個裝置的右側(cè)，處于兩支撐板之間，集中安裝在輔助支撐架中，節(jié)省空間，同時可直接檢測花鍵軸的相關(guān)參數(shù)。

上述方案中，所述端面凸輪通過軸承二與上支撐板相連，所述端面凸輪底部設(shè)有帶輪槽，所述皮帶二位于帶輪槽內(nèi)。端面凸輪有四個波峰，端面凸輪轉(zhuǎn)動一個周期可以帶動檢測盤上下運動四次，從而降低了對電機(jī)轉(zhuǎn)速的要求。通過端面凸輪能夠?qū)崿F(xiàn)檢測盤的上下運動，通過對兩個電機(jī)的速度調(diào)節(jié)來帶動端面凸輪和花鍵帶輪旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)檢測盤的上下和旋轉(zhuǎn)的復(fù)合運動。

上述方案中，所述傳感裝置包括扭矩傳感器、速度傳感器、水質(zhì)傳感器和溫度傳感器。其中，扭矩傳感器精度高、頻響快、可靠性好，壽命長。檢測水流對檢測盤的沖擊作用，將物理信號轉(zhuǎn)變成電信號。從而可以將水流對檢測盤的沖擊作用這個變量確定為常數(shù)，可以通過長時間的實驗來檢測出在一定的水流沖擊作用下檢測盤上的涂料的防污防銹能力。其中，速度傳感器為角速度傳感器，通過對端面凸輪和花鍵帶輪轉(zhuǎn)速的測量將物理信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，可以更方便地實現(xiàn)對兩個電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速的控制，從而可以實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)，進(jìn)而實現(xiàn)對檢測盤運動狀態(tài)的調(diào)節(jié)。水質(zhì)傳感器是將化學(xué)信號轉(zhuǎn)化為電信號，可以檢測所測涂料對海水的污染情況，測試涂料的各項性能，進(jìn)而判斷船舶涂料是否具有防污、防腐的功能，是否影響海洋資源的開發(fā)和利用。我們也可以通過測量海水的成分，進(jìn)而通過實驗分析測定海水的成分對防銹防污涂料的影響。水溫傳感器，可以測量水中的溫度，進(jìn)而通過實驗分析測定溫度對防銹防污涂料的影響，從而采取相應(yīng)的措施。

通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的海洋裝備表層涂料防銹防污能力動態(tài)模擬實驗裝置利用兩個電機(jī)單獨工作時可使檢測盤單獨上下運動，也可實現(xiàn)其上下和旋轉(zhuǎn)復(fù)合運動；兩電機(jī)同時運動時，通過調(diào)速可實現(xiàn)其單獨旋轉(zhuǎn)；從而避免了只能夠?qū)崿F(xiàn)單方向的旋轉(zhuǎn)或上下運動進(jìn)而導(dǎo)致的模擬不接近真實情況。經(jīng)過一定時間的旋轉(zhuǎn)之后，將樣板取出，檢測樣板上涂料的情況。傳感裝置主要用于檢測樣板上防銹防污涂料的定時性能，同時也可檢測檢測盤的不同運動狀態(tài)下的運動速度、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)，以及相同時刻水下的環(huán)境，最后通過計算分析得出結(jié)果。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，實用性強(qiáng)，大部分零部件都可經(jīng)過簡單加工得到，各個零部件均可做到可控，對于海洋裝備表層涂料的性能檢測領(lǐng)域的現(xiàn)狀有較大的改進(jìn)。

2、本發(fā)明裝置通過對主電動機(jī)和輔助電動機(jī)轉(zhuǎn)速的控制來帶動端面凸輪和花鍵帶輪的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)檢測盤的各種復(fù)雜運動，檢測盤有螺孔用來固定待檢測的樣品。

3、本發(fā)明裝置采用帶有四個波峰的端面凸輪，通過輔助電動機(jī)的轉(zhuǎn)動帶動端面凸輪，使?jié)L子在端面凸輪的輪廓上發(fā)生相對移動，當(dāng)滾動銷處于端面凸輪的波峰時，伸縮桿處于最高點，當(dāng)滾動銷處于端面凸輪的波谷時，伸縮桿處于最低點，以此來實現(xiàn)伸縮桿的上下運動。

4、本發(fā)明裝置采用花鍵帶輪和花鍵軸的配合來避免因端面凸輪運動對伸縮桿產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力，通過其配合和輔助電動機(jī)的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)伸縮桿的旋轉(zhuǎn)運動。

5、本發(fā)明裝置設(shè)置了傳感裝置，通過扭矩傳感器、速度傳感器、水質(zhì)傳感器和溫度傳感器對各項監(jiān)測參數(shù)進(jìn)行測量，用于分析涂料的防銹防污性能。

6、本發(fā)明裝置易于組裝，既可以在實驗室內(nèi)使用，也可以在室外航洋中使用。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。

圖1為本發(fā)明所公開的海洋裝備表層涂料防銹防污能力動態(tài)模擬實驗裝置主視圖；

圖2為本發(fā)明所公開的海洋裝備表層涂料防銹防污能力動態(tài)模擬實驗裝置立體圖；

圖3為本發(fā)明實施例所公開的伸縮裝置示意圖；

圖4a為本發(fā)明實施例所公開的端面凸輪主視圖；

圖4b為圖4a的a-a剖面示意圖；

圖4c為圖4a的俯視圖；

圖5a為本發(fā)明實施例所公開的花鍵帶輪的主視圖；

圖5b為圖5a的左視圖；

圖5c為圖5a的b-b剖面示意圖；

圖6a為本發(fā)明實施例所公開的花鍵軸示意圖；

圖6b為圖6a的俯視圖。

圖中，1、底座；2、軸承一；3、主支撐桿；4、下支撐板；5、皮帶一；6、帶輪一；7、電機(jī)軸；8、上支撐板；9、主電動機(jī)；10、帶輪二；11、滾動銷；12、軸承二；13、端面凸輪；14、皮帶二；15、輔助支撐架；16、花鍵軸；17、花鍵帶輪；18、輔助電動機(jī)；19、伸縮桿；20、檢測盤；21、斜支撐；22、帶輪槽。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

本發(fā)明提供了一種海洋裝備表層涂料防銹防污能力動態(tài)模擬實驗裝置，如圖1所示的結(jié)構(gòu)，該裝置體積小，靈活性高，易于固定和操作，同時精度高、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)靈活、占用空間小，制作成本低，可實現(xiàn)大范圍推廣。

如圖1和圖2所示的海洋裝備表層涂料防銹防污能力動態(tài)模擬實驗裝置，包括固定與支撐裝置、動力裝置、伸縮裝置和傳感裝置。

固定與支撐裝置包括底座1和通過軸承一2固定于底座1上的主支撐桿3，主支撐桿3上方設(shè)有水平的上支撐板8和下支撐板4，上支撐板8與花鍵帶輪17之間設(shè)有輔助支撐架15，輔助支撐架15可以使花鍵軸16運動更加穩(wěn)定，易于檢測，上支撐板8和下支撐板4之間以及下支撐板4與主支撐桿3之間設(shè)有斜支撐21。

動力裝置包括設(shè)置于上支撐板8上方的主電機(jī)9和設(shè)置于上支撐板8下方的輔助電機(jī)18，主電機(jī)9通過電機(jī)軸7與安裝于下支撐板4上的帶輪一6相連，帶輪一6通過皮帶一5與安裝于下支撐板4上的花鍵帶輪17相連；輔助電機(jī)18的輸出軸與安裝于上支撐板上8方的帶輪二10相連，帶輪二10通過皮帶二14與安裝于上支撐板8上方的端面凸輪13相連；端面凸輪13通過軸承二12與上支撐板8相連，端面凸輪13底部設(shè)有帶輪槽22，皮帶二14位于帶輪槽22內(nèi)。

如圖4a、4b、4c所示，端面凸輪有四個波峰，端面凸輪轉(zhuǎn)動一個周期可以帶動檢測盤上下運動四次，從而降低了對電機(jī)轉(zhuǎn)速的要求。通過端面凸輪能夠?qū)崿F(xiàn)檢測盤的上下運動，通過對兩個電機(jī)的速度調(diào)節(jié)來帶動端面凸輪和花鍵帶輪旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)檢測盤的上下和旋轉(zhuǎn)的復(fù)合運動。

端面凸輪的設(shè)計：為了實現(xiàn)伸縮桿的上下運動需要設(shè)計端面凸輪機(jī)構(gòu)。假設(shè)此時只用主電動機(jī)帶動端面凸輪轉(zhuǎn)動，主電動機(jī)帶動端面凸輪勻速轉(zhuǎn)動的角速度為a，端面凸輪波峰與波谷之間垂直的距離為h，假設(shè)滾動銷從波谷處開始運動，運動的時間為t，在t時刻，滾動銷的相對位移為h

則h＝-h/2cos(4at)，

可根據(jù)海洋裝備在水中的豎直運動情況來設(shè)計該端面凸輪。

如圖3所示，伸縮裝置包括連接于端面凸輪13和花鍵帶輪17之間的花鍵軸16，花鍵軸16依靠自重通過上部的滾動銷11與端面凸輪13的波形凸輪面接觸，中間通過花鍵與花鍵帶輪17相連，花鍵帶輪17結(jié)構(gòu)見圖5a、5b和5c，花鍵軸16結(jié)構(gòu)見圖6a和6b?；ㄦI軸16下部連接伸縮桿，伸縮桿19可伸縮控制高度，也可旋轉(zhuǎn)傳遞扭矩，伸縮桿19下端連接有檢測盤20，檢測盤20上設(shè)有螺紋孔，用于固定安裝涂有涂料的海洋裝備樣板。首先利用伸縮桿19實現(xiàn)樣板上下輸送，便于安裝和下水。伸縮桿19將樣板送到海水后，然后靠主電機(jī)9和輔助電機(jī)18運動實現(xiàn)伸縮桿19整體的上下運動，用來模擬水下復(fù)雜運動情況。

傳感裝置包括扭矩傳感器、速度傳感器、水質(zhì)傳感器和溫度傳感器，集中安裝于輔助支撐架15內(nèi)部，可以最大限度的利用空間。

檢測盤的運動狀態(tài)如下：

主電機(jī)工作，經(jīng)電機(jī)軸、帶輪一6和皮帶一5的傳動，可以帶動花鍵帶輪17轉(zhuǎn)動，在花鍵的作用下，帶動花鍵軸16轉(zhuǎn)動。輔助電機(jī)18工作，經(jīng)帶輪二10和皮帶二14的傳動，可以帶動端面凸輪13的旋轉(zhuǎn)。

如果主電機(jī)9單獨工作，輔助電機(jī)18停止工作，花鍵軸16上部在滾動銷11的作用下與端面凸輪13的波形凸輪面接觸。此時，端面凸輪13靜止不動，花鍵軸16在端面凸輪13和花鍵帶輪17的同時作用下做既旋轉(zhuǎn)又作上下抖動的運動；如果主電機(jī)9停止工作，輔助電機(jī)18單獨工作，花鍵帶輪17不動，花鍵軸16在端面凸輪13和花鍵帶輪17的同時作用下只做上下抖動的運動；如果主電機(jī)9和輔助電機(jī)18同時工作，通過調(diào)速可使端面凸輪13和花鍵帶輪17旋轉(zhuǎn)速度相同，此時花鍵軸16在端面凸輪13和花鍵帶輪17的同時作用下只做旋轉(zhuǎn)運動?；ㄦI軸16通過伸縮桿19與檢測盤20相連，花鍵軸16與檢測盤20的運轉(zhuǎn)狀態(tài)完全相同。

主電機(jī)9以及輔助電機(jī)18都是可調(diào)速電機(jī)，可同時工作也可單獨工作，控制兩電機(jī)的工作狀態(tài)就可控制檢測盤20的不同運動狀態(tài)，即可模擬水下不同的復(fù)雜運動狀況。該裝置可用于實驗室海水池邊進(jìn)行模擬實驗，也可以將其固定于真實海水邊的固定架上，通過一定時間的測試，可以檢測涂覆于樣板上的涂料的防腐防污性能。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。