本發(fā)明專利技術(shù)公開一種模擬風(fēng)帆受力的加載試驗(yàn)臺(tái)，其機(jī)械硬件包括底座、油箱、電動(dòng)機(jī)、低速大扭矩馬達(dá)、小齒輪、大齒輪、齒輪軸、軸承及軸承座、減速機(jī)、聯(lián)軸器、磁粉制動(dòng)器、編碼器和扭矩傳感器，利用大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角度來模擬風(fēng)帆轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，利用磁粉制動(dòng)器和減速機(jī)相結(jié)合的方式來模擬船舶航行中所受阻力；其液壓系統(tǒng)包括油箱、電動(dòng)機(jī)、齒輪泵、調(diào)速換向閥、馬達(dá)、單向閥、溢流閥、壓力傳感器和流量傳感器，用于驅(qū)動(dòng)模擬風(fēng)帆回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的大齒輪；本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種能夠?qū)崟r(shí)模擬多變風(fēng)場條件下風(fēng)帆受力的加載試驗(yàn)裝置，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，功能完備，穩(wěn)定性好，響應(yīng)速度快。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種模擬風(fēng)帆受力的加載試驗(yàn)臺(tái)
本專利技術(shù)涉及一種力學(xué)實(shí)驗(yàn)
的加載試驗(yàn)設(shè)備，尤其涉及一種模擬風(fēng)帆受力的加載試驗(yàn)臺(tái)。
技術(shù)介紹
海上風(fēng)力資源豐富，而且風(fēng)能具有清潔、可再生、儲(chǔ)量豐富等諸多優(yōu)點(diǎn)。利用風(fēng)能作為動(dòng)力來助航，不僅可以達(dá)到節(jié)約燃料能源的目的，而且能減少溫室氣體的排放。因此，研究船舶風(fēng)帆加裝技術(shù)對節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 然而，海上風(fēng)向和風(fēng)速具有多變性，并且不是任何風(fēng)向都有利于船舶的航行。當(dāng)航向確定時(shí)，需要根據(jù)不同風(fēng)向?qū)L(fēng)帆調(diào)整到最佳的迎風(fēng)角度以便于助航，因而需要設(shè)計(jì)一套能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整風(fēng)帆迎風(fēng)角度的自適應(yīng)控制系統(tǒng)。目前，該項(xiàng)技術(shù)還正處于試驗(yàn)開發(fā)階段，并且隨船試驗(yàn)和風(fēng)洞試驗(yàn)均存在實(shí)驗(yàn)周期長、成本高、實(shí)時(shí)性差的問題。因此，為了縮短自適應(yīng)控制系統(tǒng)的開發(fā)周期、節(jié)約研究成本，亟需設(shè)計(jì)一種能夠?qū)崟r(shí)模擬多變風(fēng)場條件下風(fēng)帆受力的加載試驗(yàn)裝置。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對上述存在的問題，本專利技術(shù)旨在提供一種能夠縮短控制系統(tǒng)開發(fā)周期、節(jié)約研究成本且能夠?qū)崟r(shí)模擬多變風(fēng)場條件下風(fēng)帆受力的加載試驗(yàn)臺(tái)。 為了解決上述存在的技術(shù)問題，本專利技術(shù)目的通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的: 一種模擬風(fēng)帆受力的加載試驗(yàn)臺(tái)，包括機(jī)械硬件和液壓系統(tǒng)； 其機(jī)械硬件構(gòu)成包括試驗(yàn)臺(tái)底座、油箱、電動(dòng)機(jī)、低速大扭矩馬達(dá)、小齒輪、大齒輪、第一齒輪軸、第二齒輪軸、第一軸承及軸承座、第二軸承及軸承座、第三軸承及軸承座、第四軸承及軸承座、減速機(jī)、第一聯(lián)軸器、第二聯(lián)軸器、第三聯(lián)軸器、第四聯(lián)軸器、磁粉制動(dòng)器、編碼器和扭矩傳感器；油箱和電動(dòng)機(jī)均安裝在試驗(yàn)臺(tái)底座上，低速大扭矩馬達(dá)通過馬達(dá)支架安裝在試驗(yàn)臺(tái)底座上，小齒輪套裝在第一軸承及軸承座和第二軸承及軸承座支撐的第一齒輪軸上，大齒輪套裝在第三軸承及軸承座和第四軸承及軸承座支撐的第二齒輪軸上，大齒輪和小齒輪之間嚙合傳動(dòng)，第一——第四軸承及軸承座均安裝在試驗(yàn)臺(tái)底座上；低速大扭矩馬達(dá)輸出軸通過第一聯(lián)軸器連接第一齒輪軸一端，編碼器安裝在第一齒輪軸的另一端；減速機(jī)安裝在減速機(jī)支架上，減速機(jī)支架安裝在試驗(yàn)臺(tái)底座上，減速機(jī)輸入軸與大齒輪之間通過第二聯(lián)軸器連接，減速機(jī)輸出軸連接第三聯(lián)軸器；磁粉制動(dòng)器安裝在磁粉制動(dòng)器支架上，磁粉制動(dòng)器支架安裝在試驗(yàn)臺(tái)底座上，磁粉制動(dòng)器與第四聯(lián)軸器連接；扭矩傳感器安放在第三聯(lián)軸器和第四聯(lián)軸器之間； 其液壓系統(tǒng)包括油箱、電動(dòng)機(jī)、齒輪泵、調(diào)速換向閥、低速大扭矩馬達(dá)、第一單向閥、第二單向閥、第一溢流閥、第二溢流閥、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器和流量傳感器；電動(dòng)機(jī)與齒輪泵之間通過鐘形罩連接，齒輪泵的吸油口與油箱之間通過液壓油管連接，齒輪泵的排油口與調(diào)速換向閥之間通過液壓油管連接；低速大扭矩馬達(dá)與調(diào)速換向閥之間通過液壓油管連接；第一壓力傳感器和第二壓力傳感器分別安裝在低速大扭矩馬達(dá)進(jìn)、出口油路上；第一單向閥和第二單向閥連接并跨接在低速大扭矩馬達(dá)進(jìn)、出口間，第一溢流閥和第二溢流閥相連接并跨接在低速大扭矩馬達(dá)進(jìn)、出口間，兩個(gè)接點(diǎn)與油箱連接；流量傳感器連接在低速大扭矩馬達(dá)和第一單向閥之間。 為了方便試驗(yàn)臺(tái)的移動(dòng)，在試驗(yàn)臺(tái)底座上安裝有腳輪。 試驗(yàn)時(shí)，利用大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角度來模擬風(fēng)帆轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，所以試驗(yàn)中通過測量或計(jì)算大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度來確定風(fēng)帆的回轉(zhuǎn)角度。磁粉制動(dòng)器用于產(chǎn)生負(fù)載扭矩，來模擬實(shí)際船舶航行中所受到的風(fēng)阻等阻力，磁粉制動(dòng)器所產(chǎn)生的阻力值由電控系統(tǒng)給出的電流信號進(jìn)行控制。磁粉制動(dòng)器和大齒輪之間安放一個(gè)減速機(jī)，用于成比例地放大磁粉制動(dòng)器所產(chǎn)生的扭矩值，進(jìn)而更加真實(shí)地反應(yīng)實(shí)際風(fēng)帆所受風(fēng)阻。 對于液壓系統(tǒng)，齒輪泵作為液壓動(dòng)力源為系統(tǒng)提供液壓能。調(diào)速換向閥是在換向閥上集成了一個(gè)調(diào)速閥，它有兩個(gè)功能:一是換向，改變液壓油的流向，實(shí)現(xiàn)馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)；二是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的流量，控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。低速大扭矩馬達(dá)用來驅(qū)動(dòng)小齒輪，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)模擬風(fēng)帆回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的大齒輪。兩個(gè)單向閥和兩個(gè)溢流閥分別安裝在馬達(dá)的兩個(gè)工作油口與油箱之間，組成制動(dòng)閥組，即可緩解急停和反向運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的液壓沖擊，又可起到補(bǔ)油的作用，防止了馬達(dá)吸空損壞。試驗(yàn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪泵旋轉(zhuǎn)為系統(tǒng)提供液壓能驅(qū)動(dòng)低速大扭矩馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而由馬達(dá)帶動(dòng)小齒輪驅(qū)動(dòng)模擬風(fēng)帆回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的大齒輪旋轉(zhuǎn)。調(diào)速換向閥通過電控系統(tǒng)給定的電流信號來改變液壓油的流向并調(diào)節(jié)系統(tǒng)的流量，以便控制低速大扭矩馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)角度，進(jìn)而使模擬風(fēng)帆回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的大齒輪按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)到最有利于船舶航行的位置。 編碼器用來測量小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，進(jìn)而可以通過計(jì)算得出大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；扭矩傳感器用于實(shí)時(shí)檢測磁粉制動(dòng)器輸出的扭矩值；壓力傳感器和流量傳感器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測液壓系統(tǒng)的壓力及流量。試驗(yàn)時(shí)，在上位機(jī)中預(yù)先根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求編制控制程序，通過控制器發(fā)出信號控制磁粉制動(dòng)器和調(diào)速換向閥。上位機(jī)中開發(fā)的控制系統(tǒng)通過壓力傳感器和流量傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的壓力和流量，以確保系統(tǒng)工作正常；通過扭矩傳感器監(jiān)測磁粉制動(dòng)器輸出的扭矩值，通過編碼器監(jiān)測小齒輪所旋轉(zhuǎn)的角度，實(shí)時(shí)反饋信號，并與給定信號進(jìn)行比較，形成閉環(huán)控制，進(jìn)而使磁粉制動(dòng)器實(shí)時(shí)輸出控制系統(tǒng)給定的扭矩、使模擬風(fēng)帆回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的大齒輪快速精確地到達(dá)指定的位置。對于多變風(fēng)場條件下，如果適合使用風(fēng)帆輔助航行，那么對于不同的風(fēng)向和風(fēng)速，則一定存在不同的最佳帆位角。此時(shí)，上位機(jī)中開發(fā)的控制程序根據(jù)編碼器測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算并得到當(dāng)前的帆位角，繼而通過編制的控制程序得出位置偏差，發(fā)出控制信號控制調(diào)速換向閥和磁粉制動(dòng)器，進(jìn)而使大齒輪按照最佳的操帆規(guī)律轉(zhuǎn)到最佳帆位角。 本專利技術(shù)的有益效果如下: 本專利技術(shù)使用機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)相結(jié)合的方式模擬實(shí)際船舶上風(fēng)帆受力情況，為在實(shí)驗(yàn)室條件下開發(fā)和調(diào)試風(fēng)帆自適應(yīng)控制系統(tǒng)提供了良好的試驗(yàn)條件，能夠大大縮短控制系統(tǒng)的開發(fā)周期、節(jié)約研究成本。 本專利技術(shù)利用大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角度來模擬風(fēng)帆的回轉(zhuǎn)角度，利用磁粉制動(dòng)器和減速機(jī)相結(jié)合的方式產(chǎn)生負(fù)載扭矩來模擬實(shí)際船舶航行中所受到的阻力，能夠?qū)崟r(shí)模擬多變風(fēng)場條件下風(fēng)帆受力情況。 本專利技術(shù)利用低速大扭矩馬達(dá)來驅(qū)動(dòng)齒輪回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，這種驅(qū)動(dòng)方式具有結(jié)構(gòu)簡單，便于布置的特點(diǎn)。同時(shí)液壓控制系統(tǒng)采用了電液比例技術(shù)，系統(tǒng)響應(yīng)速度快。 本專利技術(shù)試驗(yàn)臺(tái)上裝有各種傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測試驗(yàn)系統(tǒng)的各種參數(shù)，使試驗(yàn)臺(tái)功能更加完備。同時(shí)可形成閉環(huán)控制，使系統(tǒng)控制精度更高。 綜上可見，本專利技術(shù)有效地提供了一種能夠縮短控制系統(tǒng)開發(fā)周期、節(jié)約研究成本且能夠?qū)崟r(shí)模擬多變風(fēng)場條件下風(fēng)帆受力的加載試驗(yàn)臺(tái)，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，功能完備，控制精度高，穩(wěn)定性好，響應(yīng)速度快，是一種應(yīng)用范圍更加廣泛的風(fēng)帆受力加載試驗(yàn)裝置。 【附圖說明】 圖1是本專利技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是圖1的匕向視圖。 圖3是本專利技術(shù)的液壓系統(tǒng)原理圖。 圖4是本專利技術(shù)的試驗(yàn)系統(tǒng)原理圖。 圖中:1-電動(dòng)機(jī)；2-低速大扭矩馬達(dá)；3-馬達(dá)支架；4-第一聯(lián)軸器；5-第一軸承及軸承座；6-第一齒輪軸；7-小齒輪；8-第二軸承及軸承座；9-編碼器；10-底座；11-磁粉制動(dòng)器支架；12-磁粉制動(dòng)器；13-第四聯(lián)軸器；14-扭矩傳感器；15-第三聯(lián)軸器；16-減速機(jī)；17-減速機(jī)支架；18-第二聯(lián)軸器；19-第三軸承及軸承座；20-大齒輪；21-第二齒輪軸；22-第四軸承及軸承座；23-油箱；24-齒輪泵；2本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種模擬風(fēng)帆受力的加載試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于：它包括機(jī)械硬件和液壓系統(tǒng)；其機(jī)械硬件構(gòu)成包括試驗(yàn)臺(tái)底座、油箱、電動(dòng)機(jī)、低速大扭矩馬達(dá)、小齒輪、大齒輪、第一齒輪軸、第二齒輪軸、第一軸承及軸承座、第二軸承及軸承座、第三軸承及軸承座、第四軸承及軸承座、減速機(jī)、第一聯(lián)軸器、第二聯(lián)軸器、第三聯(lián)軸器、第四聯(lián)軸器、磁粉制動(dòng)器、編碼器和扭矩傳感器；油箱和電動(dòng)機(jī)均安裝在試驗(yàn)臺(tái)底座上，低速大扭矩馬達(dá)通過馬達(dá)支架安裝在試驗(yàn)臺(tái)底座上，小齒輪套裝在第一軸承及軸承座和第二軸承及軸承座支撐的第一齒輪軸上，大齒輪套裝在第三軸承及軸承座和第四軸承及軸承座支撐的第二齒輪軸上，大齒輪和小齒輪之間嚙合傳動(dòng)，第一——第四軸承及軸承座均安裝在試驗(yàn)臺(tái)底座上；低速大扭矩馬達(dá)輸出軸通過第一聯(lián)軸器連接第一齒輪軸一端，編碼器安裝在第一齒輪軸的另一端；減速機(jī)安裝在減速機(jī)支架上，減速機(jī)支架安裝在試驗(yàn)臺(tái)底座上，減速機(jī)輸入軸與大齒輪之間通過第二聯(lián)軸器連接，減速機(jī)輸出軸連接第三聯(lián)軸器；磁粉制動(dòng)器安裝在磁粉制動(dòng)器支架上，磁粉制動(dòng)器支架安裝在試驗(yàn)臺(tái)底座上，磁粉制動(dòng)器與第四聯(lián)軸器連接；扭矩傳感器安放在第三聯(lián)軸器和第四聯(lián)軸器之間；其液壓系統(tǒng)包括油箱、電動(dòng)機(jī)、齒輪泵、調(diào)速換向閥、低速大扭矩馬達(dá)、第一單向閥、第二單向閥、第一溢流閥、第二溢流閥、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器和流量傳感器；電動(dòng)機(jī)與齒輪泵之間通過鐘形罩連接，齒輪泵的吸油口與油箱之間通過液壓油管連接，齒輪泵的排油口與調(diào)速換向閥之間通過液壓油管連接；低速大扭矩馬達(dá)與調(diào)速換向閥之間通過液壓油管連接；第一壓力傳感器和第二壓力傳感器分別安裝在低速大扭矩馬達(dá)進(jìn)、出口油路上；第一單向閥和第二單向閥連接并跨接在低速大扭矩馬達(dá)進(jìn)、出口間，第一溢流閥和第二溢流閥相連接并跨接在低速大扭矩馬達(dá)進(jìn)、出口間，兩個(gè)接點(diǎn)與油箱連接；流量傳感器連接在低速大扭矩馬達(dá)和第一單向閥之間。...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種模擬風(fēng)帆受力的加載試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于:它包括機(jī)械硬件和液壓系統(tǒng)； 其機(jī)械硬件構(gòu)成包括試驗(yàn)臺(tái)底座、油箱、電動(dòng)機(jī)、低速大扭矩馬達(dá)、小齒輪、大齒輪、第一齒輪軸、第二齒輪軸、第一軸承及軸承座、第二軸承及軸承座、第三軸承及軸承座、第四軸承及軸承座、減速機(jī)、第一聯(lián)軸器、第二聯(lián)軸器、第三聯(lián)軸器、第四聯(lián)軸器、磁粉制動(dòng)器、編碼器和扭矩傳感器；油箱和電動(dòng)機(jī)均安裝在試驗(yàn)臺(tái)底座上，低速大扭矩馬達(dá)通過馬達(dá)支架安裝在試驗(yàn)臺(tái)底座上，小齒輪套裝在第一軸承及軸承座和第二軸承及軸承座支撐的第一齒輪軸上，大齒輪套裝在第三軸承及軸承座和第四軸承及軸承座支撐的第二齒輪軸上，大齒輪和小齒輪之間嚙合傳動(dòng)，第一一第四軸承及軸承座均安裝在試驗(yàn)臺(tái)底座上；低速大扭矩馬達(dá)輸出軸通過第一聯(lián)軸器連接第一齒輪軸一端，編碼器安裝在第一齒輪軸的另一端；減速機(jī)安裝在減速機(jī)支架上，減速機(jī)支架安裝在試驗(yàn)臺(tái)底座上，減速機(jī)輸入軸與大齒輪之間通過第二聯(lián)軸器連接，減速機(jī)輸出軸連接第三聯(lián)軸...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：姜萬錄，楊超，朱勇，張林，胡浩松，
申請(專利權(quán))人：燕山大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：河北;13
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