一种模拟风帆受力的加载试验台制造技术

本发明专利技术公开一种模拟风帆受力的加载试验台，其机械硬件包括底座、油箱、电动机、低速大扭矩马达、小齿轮、大齿轮、齿轮轴、轴承及轴承座、减速机、联轴器、磁粉制动器、编码器和扭矩传感器，利用大齿轮转动的角度来模拟风帆转动的角度，利用磁粉制动器和减速机相结合的方式来模拟船舶航行中所受阻力；其液压系统包括油箱、电动机、齿轮泵、调速换向阀、马达、单向阀、溢流阀、压力传感器和流量传感器，用于驱动模拟风帆回转机构的大齿轮；本发明专利技术提供了一种能够实时模拟多变风场条件下风帆受力的加载试验装置，结构简单，工作可靠，功能完备，稳定性好，响应速度快。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟风帆受力的加载试验台
本专利技术涉及一种力学实验
的加载试验设备，尤其涉及一种模拟风帆受力的加载试验台。
技术介绍
海上风力资源丰富，而且风能具有清洁、可再生、储量丰富等诸多优点。利用风能作为动力来助航，不仅可以达到节约燃料能源的目的，而且能减少温室气体的排放。因此，研究船舶风帆加装技术对节能减排和环境保护具有重要的现实意义。 然而，海上风向和风速具有多变性，并且不是任何风向都有利于船舶的航行。当航向确定时，需要根据不同风向将风帆调整到最佳的迎风角度以便于助航，因而需要设计一套能够实时调整风帆迎风角度的自适应控制系统。目前，该项技术还正处于试验开发阶段，并且随船试验和风洞试验均存在实验周期长、成本高、实时性差的问题。因此，为了缩短自适应控制系统的开发周期、节约研究成本，亟需设计一种能够实时模拟多变风场条件下风帆受力的加载试验装置。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术旨在提供一种能够缩短控制系统开发周期、节约研究成本且能够实时模拟多变风场条件下风帆受力的加载试验台。 为了解决上述存在的技术问题，本专利技术目的通过下述技术方案来实现的: 一种模拟风帆受力的加载试验台，包括机械硬件和液压系统； 其机械硬件构成包括试验台底座、油箱、电动机、低速大扭矩马达、小齿轮、大齿轮、第一齿轮轴、第二齿轮轴、第一轴承及轴承座、第二轴承及轴承座、第三轴承及轴承座、第四轴承及轴承座、减速机、第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器、第四联轴器、磁粉制动器、编码器和扭矩传感器；油箱和电动机均安装在试验台底座上，低速大扭矩马达通过马达支架安装在试验台底座上，小齿轮套装在第一轴承及轴承座和第二轴承及轴承座支撑的第一齿轮轴上，大齿轮套装在第三轴承及轴承座和第四轴承及轴承座支撑的第二齿轮轴上，大齿轮和小齿轮之间啮合传动，第一——第四轴承及轴承座均安装在试验台底座上；低速大扭矩马达输出轴通过第一联轴器连接第一齿轮轴一端，编码器安装在第一齿轮轴的另一端；减速机安装在减速机支架上，减速机支架安装在试验台底座上，减速机输入轴与大齿轮之间通过第二联轴器连接，减速机输出轴连接第三联轴器；磁粉制动器安装在磁粉制动器支架上，磁粉制动器支架安装在试验台底座上，磁粉制动器与第四联轴器连接；扭矩传感器安放在第三联轴器和第四联轴器之间； 其液压系统包括油箱、电动机、齿轮泵、调速换向阀、低速大扭矩马达、第一单向阀、第二单向阀、第一溢流阀、第二溢流阀、第一压力传感器、第二压力传感器和流量传感器；电动机与齿轮泵之间通过钟形罩连接，齿轮泵的吸油口与油箱之间通过液压油管连接，齿轮泵的排油口与调速换向阀之间通过液压油管连接；低速大扭矩马达与调速换向阀之间通过液压油管连接；第一压力传感器和第二压力传感器分别安装在低速大扭矩马达进、出口油路上；第一单向阀和第二单向阀连接并跨接在低速大扭矩马达进、出口间，第一溢流阀和第二溢流阀相连接并跨接在低速大扭矩马达进、出口间，两个接点与油箱连接；流量传感器连接在低速大扭矩马达和第一单向阀之间。 为了方便试验台的移动，在试验台底座上安装有脚轮。 试验时，利用大齿轮转动的角度来模拟风帆转动的角度，所以试验中通过测量或计算大齿轮的转动角度来确定风帆的回转角度。磁粉制动器用于产生负载扭矩，来模拟实际船舶航行中所受到的风阻等阻力，磁粉制动器所产生的阻力值由电控系统给出的电流信号进行控制。磁粉制动器和大齿轮之间安放一个减速机，用于成比例地放大磁粉制动器所产生的扭矩值，进而更加真实地反应实际风帆所受风阻。 对于液压系统，齿轮泵作为液压动力源为系统提供液压能。调速换向阀是在换向阀上集成了一个调速阀，它有两个功能:一是换向，改变液压油的流向，实现马达的正反转；二是调节系统的流量，控制马达的转速。低速大扭矩马达用来驱动小齿轮，进而驱动模拟风帆回转机构的大齿轮。两个单向阀和两个溢流阀分别安装在马达的两个工作油口与油箱之间，组成制动阀组，即可缓解急停和反向运动时产生的液压冲击，又可起到补油的作用，防止了马达吸空损坏。试验时，电动机带动齿轮泵旋转为系统提供液压能驱动低速大扭矩马达旋转，进而由马达带动小齿轮驱动模拟风帆回转机构的大齿轮旋转。调速换向阀通过电控系统给定的电流信号来改变液压油的流向并调节系统的流量，以便控制低速大扭矩马达的旋转角度，进而使模拟风帆回转机构的大齿轮按照一定规律转到最有利于船舶航行的位置。 编码器用来测量小齿轮的转动角度，进而可以通过计算得出大齿轮的转动角度；扭矩传感器用于实时检测磁粉制动器输出的扭矩值；压力传感器和流量传感器用于实时监测液压系统的压力及流量。试验时，在上位机中预先根据实验需求编制控制程序，通过控制器发出信号控制磁粉制动器和调速换向阀。上位机中开发的控制系统通过压力传感器和流量传感器实时监测系统的压力和流量，以确保系统工作正常；通过扭矩传感器监测磁粉制动器输出的扭矩值，通过编码器监测小齿轮所旋转的角度，实时反馈信号，并与给定信号进行比较，形成闭环控制，进而使磁粉制动器实时输出控制系统给定的扭矩、使模拟风帆回转机构的大齿轮快速精确地到达指定的位置。对于多变风场条件下，如果适合使用风帆辅助航行，那么对于不同的风向和风速，则一定存在不同的最佳帆位角。此时，上位机中开发的控制程序根据编码器测得的数据进行计算并得到当前的帆位角，继而通过编制的控制程序得出位置偏差，发出控制信号控制调速换向阀和磁粉制动器，进而使大齿轮按照最佳的操帆规律转到最佳帆位角。 本专利技术的有益效果如下: 本专利技术使用机械传动和液压传动相结合的方式模拟实际船舶上风帆受力情况，为在实验室条件下开发和调试风帆自适应控制系统提供了良好的试验条件，能够大大缩短控制系统的开发周期、节约研究成本。 本专利技术利用大齿轮转动的角度来模拟风帆的回转角度，利用磁粉制动器和减速机相结合的方式产生负载扭矩来模拟实际船舶航行中所受到的阻力，能够实时模拟多变风场条件下风帆受力情况。 本专利技术利用低速大扭矩马达来驱动齿轮回转机构，这种驱动方式具有结构简单，便于布置的特点。同时液压控制系统采用了电液比例技术，系统响应速度快。 本专利技术试验台上装有各种传感器，可以实时监测试验系统的各种参数，使试验台功能更加完备。同时可形成闭环控制，使系统控制精度更高。 综上可见，本专利技术有效地提供了一种能够缩短控制系统开发周期、节约研究成本且能够实时模拟多变风场条件下风帆受力的加载试验台，结构简单，工作可靠，功能完备，控制精度高，稳定性好，响应速度快，是一种应用范围更加广泛的风帆受力加载试验装置。 【附图说明】 图1是本专利技术结构示意图。 图2是图1的匕向视图。 图3是本专利技术的液压系统原理图。 图4是本专利技术的试验系统原理图。 图中:1-电动机；2-低速大扭矩马达；3-马达支架；4-第一联轴器；5-第一轴承及轴承座；6-第一齿轮轴；7-小齿轮；8-第二轴承及轴承座；9-编码器；10-底座；11-磁粉制动器支架；12-磁粉制动器；13-第四联轴器；14-扭矩传感器；15-第三联轴器；16-减速机；17-减速机支架；18-第二联轴器；19-第三轴承及轴承座；20-大齿轮；21-第二齿轮轴；22-第四轴承及轴承座；23-油箱；24-齿轮泵；2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟风帆受力的加载试验台，其特征在于：它包括机械硬件和液压系统；其机械硬件构成包括试验台底座、油箱、电动机、低速大扭矩马达、小齿轮、大齿轮、第一齿轮轴、第二齿轮轴、第一轴承及轴承座、第二轴承及轴承座、第三轴承及轴承座、第四轴承及轴承座、减速机、第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器、第四联轴器、磁粉制动器、编码器和扭矩传感器；油箱和电动机均安装在试验台底座上，低速大扭矩马达通过马达支架安装在试验台底座上，小齿轮套装在第一轴承及轴承座和第二轴承及轴承座支撑的第一齿轮轴上，大齿轮套装在第三轴承及轴承座和第四轴承及轴承座支撑的第二齿轮轴上，大齿轮和小齿轮之间啮合传动，第一——第四轴承及轴承座均安装在试验台底座上；低速大扭矩马达输出轴通过第一联轴器连接第一齿轮轴一端，编码器安装在第一齿轮轴的另一端；减速机安装在减速机支架上，减速机支架安装在试验台底座上，减速机输入轴与大齿轮之间通过第二联轴器连接，减速机输出轴连接第三联轴器；磁粉制动器安装在磁粉制动器支架上，磁粉制动器支架安装在试验台底座上，磁粉制动器与第四联轴器连接；扭矩传感器安放在第三联轴器和第四联轴器之间；其液压系统包括油箱、电动机、齿轮泵、调速换向阀、低速大扭矩马达、第一单向阀、第二单向阀、第一溢流阀、第二溢流阀、第一压力传感器、第二压力传感器和流量传感器；电动机与齿轮泵之间通过钟形罩连接，齿轮泵的吸油口与油箱之间通过液压油管连接，齿轮泵的排油口与调速换向阀之间通过液压油管连接；低速大扭矩马达与调速换向阀之间通过液压油管连接；第一压力传感器和第二压力传感器分别安装在低速大扭矩马达进、出口油路上；第一单向阀和第二单向阀连接并跨接在低速大扭矩马达进、出口间，第一溢流阀和第二溢流阀相连接并跨接在低速大扭矩马达进、出口间，两个接点与油箱连接；流量传感器连接在低速大扭矩马达和第一单向阀之间。...

【技术特征摘要】
1.一种模拟风帆受力的加载试验台，其特征在于:它包括机械硬件和液压系统； 其机械硬件构成包括试验台底座、油箱、电动机、低速大扭矩马达、小齿轮、大齿轮、第一齿轮轴、第二齿轮轴、第一轴承及轴承座、第二轴承及轴承座、第三轴承及轴承座、第四轴承及轴承座、减速机、第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器、第四联轴器、磁粉制动器、编码器和扭矩传感器；油箱和电动机均安装在试验台底座上，低速大扭矩马达通过马达支架安装在试验台底座上，小齿轮套装在第一轴承及轴承座和第二轴承及轴承座支撑的第一齿轮轴上，大齿轮套装在第三轴承及轴承座和第四轴承及轴承座支撑的第二齿轮轴上，大齿轮和小齿轮之间啮合传动，第一一第四轴承及轴承座均安装在试验台底座上；低速大扭矩马达输出轴通过第一联轴器连接第一齿轮轴一端，编码器安装在第一齿轮轴的另一端；减速机安装在减速机支架上，减速机支架安装在试验台底座上，减速机输入轴与大齿轮之间通过第二联轴器连接，减速机输出轴连接第三联轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜万录，杨超，朱勇，张林，胡浩松，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13