轴系扭转振动信号模拟实验台架系统及其应用技术方案

本发明专利技术公开了一种轴系扭转振动信号模拟实验台架系统及其应用，该台架系统包括台架底座、伺服电机、轴承、液压振动执行器、液压伺服系统和中央控制系统；液压振动执行器包括连接轴、配油轴、轴上配油器和振动壳体；配油轴上设置有两个环形油道，轴上配油器上设置有与之对应的两根液压油管；配油轴的后段包括空心轴心和两个油腔滑块；振动壳体包括外壳体、内轴套和两个油腔分隔部；两个油腔分隔部将外壳体和内轴套之间的环形空间分隔为相互对称的两个活动腔，两个活动腔再被两个油腔滑块分割成四个液压油腔，配油轴的内部设置有与之对应的四个轴内油道；所述外壳体上设置有测振齿盘，所述振动壳体与配油轴之间设置有角位移传感器。

Simulation experiment system and application of shafting torsional vibration signal

The invention discloses a torsional vibration signal simulation platform frame system and application of a shaft, the table system includes a table base, a servo motor, bearing, hydraulic vibration, hydraulic servo actuator system and central control system; hydraulic vibration actuator comprises a connecting shaft and oil distribution shaft, shaft vibration and oil distributor shell; with setting oil shaft is provided with two annular oil, oil distributor shaft is provided with two hydraulic tubing and the corresponding oil distribution shaft; the rear section comprises a hollow axle and two oil chamber slide; vibration shell comprises a shell, inner sleeve and two oil cavity of the annular space; between the two oil chamber will separate the outer shell and the inner sleeve is divided into two symmetrical cavity activities, two activities will be two cavity oil cavity block is divided into four hydraulic oil chamber, with the internal oil shaft is provided with the corresponding A vibration measuring gear disc is arranged on the outer shell body, and an angular displacement sensor is arranged between the vibration shell and the oil distributing shaft, and a vibration measuring device is arranged between the vibration shell and the oil distributing shaft. The angle displacement sensor is arranged between the vibration shell and the oil distribution shaft. The angle displacement sensor is arranged between the vibration shell and the oil distributing shaft.

【技术实现步骤摘要】
轴系扭转振动信号模拟实验台架系统及其应用
本专利技术涉及一种轴系扭转振动实验装置，特别是指一种轴系扭转振动信号模拟实验台架系统及其应用。
技术介绍
扭转振动是轴系常见的振动形式之一，其可能成为引发船舶发动机结构和动力装置剧烈振动以及噪声，甚至导致船舶推进系统破坏。现有的扭转振动模拟试验装置采用激振电机和万向节模拟扭转振动，如中国专利文献CN104596714B中公开的扭转振动模拟实验装置，其只针对现象进行了模拟，对于振动幅值以及振动频率并不能较好的进行控制。另一方面，基于脉冲计数法测量轴系扭转振动的试验仪器一般借助万向节旋转过程中扭转二次激励信号进行校准。万向联轴器在旋转过程中，由于输入轴和输出轴之间存在折角，单万向节主从动轴的瞬时角速度比是变化的。当输入轴旋转一圈，输出轴同样旋转一圈，但输出轴经历先减速后加速的过程，从而引起输出轴角速度和角加速度波动，在带有万向节的轴系稳定运转过程中会表现出扭转振动2谐次振动特征，利用带有万向节轴系旋转过程中这一特征来模拟轴系在旋转过程中的扭转振动现象。该方法的不足之处在于：对万向轴旋转过程中扭转二次激励目前研究还极为不成熟，且万向节结构相对复杂，受加工水平的影响，其特征信号中还可能混杂其他未知频率信号等，在不同转动速度下的转速波动角度以及角加速度特征目前并没有比较精确的研究结果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够精确控制振动幅值和振动频率的轴系扭转振动信号模拟实验台架系统及其应用。为实现上述目的，本专利技术所设计的轴系扭转振动信号模拟实验台架系统，包括台架底座、伺服电机、轴承、液压振动执行器、液压伺服系统和中央控制系统；所述伺服电机、轴承分别固定安装在台架底座上；所述液压振动执行器包括连接轴、配油轴、轴上配油器和振动壳体；所述连接轴活动安装在轴承内，其一端与伺服电机的输出轴相连，另一端与配油轴固定相连；所述振动壳体轴向固定、周向可旋转地设置在配油轴上；所述配油轴的前段可旋转地套设在轴上配油器内，所述配油轴的外侧设置有第一环形油道和第二环形油道，所述轴上配油器上设置有第一液压油管和第二液压油管；当配油轴旋转时，所述第一环形油道始终与第一液压油管相连通，所述第二环形油道始终与第二液压油管相连通；所述配油轴的后段包括空心轴心和对称设置在空心轴心两侧的第一油腔滑块与第二油腔滑块；所述振动壳体包括外壳体、内轴套以及设置在二者之间的两个油腔分隔部；两个所述油腔分隔部将外壳体和内轴套之间的环形空间分隔为相互对称的第一活动腔与第二活动腔；所述振动壳体的内轴套可旋转地套设在配油轴的空心轴心外；所述第一油腔滑块插设在第一活动腔内，将第一活动腔分割成第一液压油腔和第二液压油腔；所述第二油腔滑块插设在第二活动腔内，将第二活动腔分割成第三液压油腔和第四液压油腔；所述配油轴的内部设置有第一轴内油道、第二轴内油道、第三轴内油道和第四轴内油道；所述第一轴内油道的一端与第一环形油道相连通，另一端穿过第一油腔滑块的一侧与第一液压油腔相连通；所述第二轴内油道的一端与第二环形油道相连通，另一端穿过第一油腔滑块的一侧与第二液压油腔相连通；所述第三轴内油道的一端与第一环形油道相连通，另一端穿过第二油腔滑块的一侧与第三液压油腔相连通；所述第四轴内油道的一端与第二环形油道相连通，另一端穿过第二油腔滑块的一侧与第四液压油腔相连通；所述外壳体上设置有测振齿盘；所述振动壳体与配油轴之间设置有用于测量二者相对转角的角位移传感器；所述伺服电机、液压伺服系统的控制信号，以及角位移传感器的测量信号分别接入中央控制系统。优选地，所述空心轴心内固定设置有轴内传感器支架，所述振动壳体的一端设置有轴外传感器支架，所述角位移传感器可相对活动的两个部分分别固定设置在轴内传感器支架和轴外传感器支架上，优选地，所述液压伺服系统包括液压泵站和液压伺服阀，所述液压伺服阀的两个液压油进出口分别与所述第一液压油管、所述第二液压油管相连通。优选地，所述配油轴的轴肩处套设有轴向固定端盖，所述外壳体可拆卸地连接在轴向固定端盖上。优选地，该台架系统还包括用于将产生的扭转振动信号以电信号对外界输出的振动信号输出装置，所述振动信号输出装置由光电编码器和霍尔传感器组成，所述光电编码器的活动部分固定连接在所述振动壳体上；所述霍尔传感器固定在所述台架底座上，且其测量部分正对测振齿盘。本专利技术同时提供了将前述轴系扭转振动信号模拟实验台架系统用于模拟产生轴系扭转振动的方法，包括如下步骤：1)伺服电机驱动液压振动执行器整体按设定转速运转，实现对轴系运转转速的模拟；2)控制液压伺服系统对各液压油腔进行充油与泄油，使得各液压油腔的液压油体积按照设定规律变化，从而驱动液压振动执行器的振动壳体相对于配油轴的运动按照所设定的振动波形变化，实现对轴系扭转振动的精确模拟。优选地，步骤2)中，通过控制每个充油与泄油周期内充入和泄出的液压油体积来实现对扭转振动模拟扭转幅值的控制，通过控制液压油腔充油、泄油的频率实现对扭转振动模拟扭转频率的控制。优选地，步骤2)中，若需要模拟如下式所示正弦波形的扭转振动：n＝A·sin(2πf·t+φ)式中，n为振动壳体相对于配油轴的转动角度(单位：°)，A为振幅(单位：°)，f为频率(单位：Hz)，t为时间(单位：s)，φ为信号初始相位角(单位：°)；则需控制液压伺服系统向第一液压油管充入的液压油体积为：式中，R1、R2和h分别为单个液压油腔的内径、外径和沿轴向的厚度(单位：mm)。优选地，所述中央控制系统根据液压伺服系统、伺服电机以及液压振动执行器的反馈数据对相关控制参数进行闭环控制，提高模拟精度。优选地，将该台架系统所模拟的轴系扭转振动信号通过振动信号输出装置以电信号形式输出，作为对轴系扭振测试仪器进行标定的标准信号源；所述振动信号输出装置由光电编码器和霍尔传感器组成。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过液压原理将轴系扭振信号分解为两个独立的参量传递至转轴外部，在相对于转轴静止的状态下对各参量进行精确控制，有效的解决了轴系以一定转速运转过程中的扭转振动参数控制精度问题，为基于脉冲计数法测量轴系扭转振动试验仪器的标定提供了精确可控的的信号源，也为轴系扭转振动的进一步研究提供了可靠和有效的试验平台。附图说明图1为本专利技术所设计的轴系扭转振动信号模拟实验台架系统的总体组成关系图。图2为图1中实验台架系统的台架部分的立体结构示意图。图3为图2中液压振动执行器的立体结构示意图。图4为图3中液压振动执行器的分解结构示意图。图5为图3中液压振动执行器的沿轴线所在竖直面的剖视图。图6为图5中A-A向的剖视图。图7为图4中振动壳体的立体结构示意图。图8、图9分别为图4中配油轴的前视和后视结构示意图。其中：台架底座1、伺服电机2、轴承3、液压振动执行器4、连接轴5、配油轴6、第一环形油道6.1a、第二环形油道6.1b、第一油腔滑块6.2a、第二油腔滑块6.2b、第一轴内油道6.3a、第二轴内油道6.3b、第三轴内油道6.3c、第四轴内油道6.3d、空心轴心6.4、轴上配油器7、第一液压油管7.1a、第二液压油管7.1b、O型密封圈7.2、油管螺塞7.3、振动壳体8、第一活动腔8.1a、第二活动腔8.1b、第一液压油腔8.2a、第二液压油腔8.2b、第三液压油腔8.2c、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轴系扭转振动信号模拟实验台架系统，其特征在于：包括台架底座(1)、伺服电机(2)、轴承(3)、液压振动执行器(4)、液压伺服系统(9)和中央控制系统(10)；所述伺服电机(2)、轴承(3)分别固定安装在台架底座(1)上；所述液压振动执行器(4)包括连接轴(5)、配油轴(6)、轴上配油器(7)和振动壳体(8)；所述连接轴(5)活动安装在轴承(3)内，其一端与伺服电机(2)的输出轴相连，另一端与配油轴(6)固定相连；所述振动壳体(8)轴向固定、周向可旋转地设置在配油轴(6)上；所述配油轴(6)的前段可旋转地套设在轴上配油器(7)内，所述配油轴(6)的外侧设置有第一环形油道(6.1a)和第二环形油道(6.1b)，所述轴上配油器(7)上设置有第一液压油管(7.1a)和第二液压油管(7.1b)；当配油轴(6)旋转时，所述第一环形油道(6.1a)始终与第一液压油管(7.1a)相连通，所述第二环形油道(6.1b)始终与第二液压油管(7.1b)相连通；所述配油轴(6)的后段包括空心轴心(6.4)和对称设置在空心轴心(6.4)两侧的第一油腔滑块(6.2a)与第二油腔滑块(6.2b)；所述振动壳体(8)包括外壳体(8.3)、内轴套(8.4)以及设置在二者之间的两个油腔分隔部(8.5)；两个所述油腔分隔部(8.5)将外壳体(8.3)与内轴套(8.4)之间的环形空间分隔为相互对称的第一活动腔(8.1a)和第二活动腔(8.1b)；所述振动壳体(8)的内轴套(8.4)可旋转地套设在配油轴(6)的空心轴心(6.4)外；所述第一油腔滑块(6.2a)插设在第一活动腔(8.1a)内，将第一活动腔(8.1a)分割成第一液压油腔(8.2a)和第二液压油腔(8.2b)；所述第二油腔滑块(6.2b)插设在第二活动腔(8.1b)内，将第二活动腔(8.1b)分割成第三液压油腔(8.2c) 和第四液压油腔(8.2d)；所述配油轴(6)的内部设置有第一轴内油道(6.3a)、第二轴内油道(6.3b)、第三轴内油道(6.3c)和第四轴内油道(6.3d)；所述第一轴内油道(6.3a)的一端与第一环形油道(6.1a)相连通，另一端穿过第一油腔滑块(6.2a)的一侧与第一液压油腔(8.2a)相连通；所述第二轴内油道(6.3b)的一端与第二环形油道(6.1b)相连通，另一端穿过第一油腔滑块(6.2a)的一侧与第二液压油腔(8.2b)相连通；所述第三轴内油道(6.3c)的一端与第一环形油道(6.1a)相连通，另一端穿过第二油腔滑块(6.2b)的一侧与第三液压油腔(8.2c)相连通；所述第四轴内油道(6.3d)的一端与第二环形油道(6.1b)相连通，另一端穿过第二油腔滑块(6.2b)的一侧与第四液压油腔(8.2d)相连通；所述外壳体(8.3)上设置有测振齿盘(11)；所述振动壳体(8)与配油轴(6)之间设置有用于测量二者相对转角的角位移传感器(13)；所述伺服电机(2)、液压伺服系统(9)的控制信号，以及角位移传感器(13)的测量信号分别接入中央控制系统(10)。...

【技术特征摘要】
1.一种轴系扭转振动信号模拟实验台架系统，其特征在于：包括台架底座(1)、伺服电机(2)、轴承(3)、液压振动执行器(4)、液压伺服系统(9)和中央控制系统(10)；所述伺服电机(2)、轴承(3)分别固定安装在台架底座(1)上；所述液压振动执行器(4)包括连接轴(5)、配油轴(6)、轴上配油器(7)和振动壳体(8)；所述连接轴(5)活动安装在轴承(3)内，其一端与伺服电机(2)的输出轴相连，另一端与配油轴(6)固定相连；所述振动壳体(8)轴向固定、周向可旋转地设置在配油轴(6)上；所述配油轴(6)的前段可旋转地套设在轴上配油器(7)内，所述配油轴(6)的外侧设置有第一环形油道(6.1a)和第二环形油道(6.1b)，所述轴上配油器(7)上设置有第一液压油管(7.1a)和第二液压油管(7.1b)；当配油轴(6)旋转时，所述第一环形油道(6.1a)始终与第一液压油管(7.1a)相连通，所述第二环形油道(6.1b)始终与第二液压油管(7.1b)相连通；所述配油轴(6)的后段包括空心轴心(6.4)和对称设置在空心轴心(6.4)两侧的第一油腔滑块(6.2a)与第二油腔滑块(6.2b)；所述振动壳体(8)包括外壳体(8.3)、内轴套(8.4)以及设置在二者之间的两个油腔分隔部(8.5)；两个所述油腔分隔部(8.5)将外壳体(8.3)与内轴套(8.4)之间的环形空间分隔为相互对称的第一活动腔(8.1a)和第二活动腔(8.1b)；所述振动壳体(8)的内轴套(8.4)可旋转地套设在配油轴(6)的空心轴心(6.4)外；所述第一油腔滑块(6.2a)插设在第一活动腔(8.1a)内，将第一活动腔(8.1a)分割成第一液压油腔(8.2a)和第二液压油腔(8.2b)；所述第二油腔滑块(6.2b)插设在第二活动腔(8.1b)内，将第二活动腔(8.1b)分割成第三液压油腔(8.2c)和第四液压油腔(8.2d)；所述配油轴(6)的内部设置有第一轴内油道(6.3a)、第二轴内油道(6.3b)、第三轴内油道(6.3c)和第四轴内油道(6.3d)；所述第一轴内油道(6.3a)的一端与第一环形油道(6.1a)相连通，另一端穿过第一油腔滑块(6.2a)的一侧与第一液压油腔(8.2a)相连通；所述第二轴内油道(6.3b)的一端与第二环形油道(6.1b)相连通，另一端穿过第一油腔滑块(6.2a)的一侧与第二液压油腔(8.2b)相连通；所述第三轴内油道(6.3c)的一端与第一环形油道(6.1a)相连通，另一端穿过第二油腔滑块(6.2b)的一侧与第三液压油腔(8.2c)相连通；所述第四轴内油道(6.3d)的一端与第二环形油道(6.1b)相连通，另一端穿过第二油腔滑块(6.2b)的一侧与第四液压油腔(8.2d)相连通；所述外壳体(8.3)上设置有测振齿盘(11)；所述振动壳体(8)与配油轴(6)之间设置有用于测量二者相对转角的角位移传感器(13)；所述伺服电机(2)、液压伺服系统(9)的控制信号，以及角位移传感器(13)的测量信号分别接入中央控制系统(10)。2.根据权利要求1所述的轴系扭...

【专利技术属性】
技术研发人员：周瑞平，雷俊松，胡云飞，冯晓辉，陈昊，刘畅，廖鹏飞，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42