CN105015704A - 跟随式气动刹车装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种跟随式气动刹车装置，包括：设于横梁架上的刹车直线电机、位于刹车直线电机上的刹车滑座，竖直活动穿设在刹车滑座内的刹车活动柱、驱动刹车活动柱升降的升降驱动机构以及连接刹车活动柱下端的夹头；所述刹车直线电机上设有刹车电机位移传感器，所述刹车直线电机上具有刹车机构。本发明具有跟随船模纵向运动功能并具有克服船模刹车冲击力、刹车迅速以及夹紧力强等优点。

Description

跟随式气动刹车装置

技术领域

本发明属于船舶测试技术领域，涉及一种对船模在波浪中的升沉、纵摇、阻力、纵荡及横摇进行测试而对船舶适航性能进行测试的系统,尤其涉及测试系统中的船模刹车装置。

背景技术

随着航运技术的不断发展创新，提高船舶性能预报的准确性是船型开发的重要手段，而船模试验的精度直接影响船舶性能预报的准确性，船舶在风浪中运动、增阻、失速及推进性能等的测试技术直接影响到船模试验的精度，是船舶性能预报重要依据。

目前船模波浪试验测试设备基本采用人工进行起停控制的方式进行，对于船模测试数据的准确性有一定影响，在静水船模试验中船模刹车采用气动控制原理，对于波浪试验直接采用气动控制，则需要气缸的体积大，设备体积设计满足不了要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种跟随式气动刹车装置，以克服现有技术存在的不足。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种跟随式气动刹车装置，能够跟随适航测试装置的测试直线电机运动，所述测试直线电机上设置有测试电机位移传感器，其特征在于，包括：设于横梁架上的刹车直线电机、位于刹车直线电机上的刹车滑座，竖直活动穿设在刹车滑座内的刹车活动柱、驱动刹车活动柱升降的升降驱动机构以及连接刹车活动柱下端的夹头；所述刹车直线电机上设有刹车电机位移传感器，所述刹车直线电机上具有刹车机构；

还包括有测试控制组件，所述测试电机位移传感器以及所述刹车电机位移传感器均与所述测试控制组件相连接；所述测试控制组件还连接所述测试直线电机的测试电机驱动器、所述刹车直线电机的刹车电机驱动器、所述刹车机构的电磁阀和所述夹头的电磁阀。

所述升降驱动机构由设于刹车活动柱顶端的驱动电机、设有刹车活动柱侧的丝杆以及固定在刹车滑座上的螺母构成；所述丝杆穿设在所述螺母中，顶端连接所述驱动电机。

所述夹头为气动夹头，包括连接在刹车活动柱下端的固定座、被气缸驱动且位于固定座下方的活动块以及位于活动块下方的一对夹板；所述活动块上具有一对对称且呈“Y”型布置的导向穿孔；所述固定座的前、后端面还分别安装有竖向滑槽，在活动块的前、后端面还分别安装有竖向导轨，所述竖向导轨位于所述竖向滑槽内；每块夹板的背部由一对支撑板连接支撑，一对支撑板向上延伸至所述固定座的左、右端面，所述支撑板的上端连接有导向滑座，所述固定座的左、右端面安装有横向导轨，所述导向滑座安装在横向滑轨上，一对支撑板之间位于夹板的上方位置连接有刹车轴，所述刹车轴位于所述导向穿孔中。

所述导向穿孔由竖向长孔和斜向长孔连接构成，所述斜向长孔的下端连接所述竖向长孔的上端，所述斜向长孔的上端位于竖向长孔的外侧的斜上方。

所述刹车活动柱下端的左、右侧面上还分别加装有加强板，所述加强板下部具有一对直角切口，所述直角切口正好与所述支撑板的内侧上端的直角顶角适配。

所述横梁架包括测试横梁架和刹车横梁架，所述适航测试装置位于所述测试横梁架上，所述跟随式气动刹车装置位于所述刹车横梁架上。

所述测试横梁架外侧具有测试横向光栅尺，所述刹车横梁架外侧具有刹车横向光栅尺；所述测试电机位移传感器以及刹车电机位移传感器均为光栅尺读头。

所述刹车活动柱侧面均具有竖向导轨所述刹车滑座均具有导向槽，所述竖向导轨配合在所述导向槽内。

采用上述技术方案，本发明克服了船模波浪试验中船模起停控制中会产生较大的冲击力的问题，通过机械及气动方式解决人为因素引起的测试误差，更方便于操作及使用，提高船模波浪试验的测试精度。本发明还利用轨道钳制器及气动缸的垂直运动带动活动块上下运动，夹板在活动块的引导下夹紧船模上的刹车架，其优点在于：

1、刹车采用气动电磁阀控制轨道钳制器的夹紧与松开及刹车闭合或张开，动作时间在0.1s以内就可以迅速完成；

2、4个MK-2501-A常开型轨道钳制器，具有掉电自锁功能，最大锁定力可达1.5吨；

3、刹车采用机械式夹紧限位及掉电自锁功能；

4、Y型导向刹车设计原理，结合气缸控制整个刹车行程，当刹车夹紧时利用机械原理能更有效地控制船模起停中加速度产生的冲击力；

5、通过机械限位模式的活动块，能更好地控制一对夹板的间距，在不影响船模升沉和纵摇的前提下有效地控制船模；

6、刹车系统具有跟随船模纵向运动功能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明：

图1为船舶适航测试仪的测试视角立体结构示意图；

图2为船舶适航测试仪的刹车视角立体结构示意图；

图3为测试头的结构示意图；

图4为夹头的结构示意图；

图5为活动块的结构示意图；

图6为加装加强板的夹头结构示意图；

图7为测试控制部分的连接示意图；

图8为本发明应用于船舶适航测试系统中的俯视图；

图9为本发明应用于船舶适航测试系统中的正视图；

图10为本发明应用于船舶适航测试系统中的侧视图；

具体实施方式

如图1和图2所示，船舶适航测试仪300包括一对立柱架310、测试横梁架320、刹车横梁架330、适航测试装置340和跟随式气动刹车装置350。

其中，一对立柱架310分列两侧，测试横梁架320和刹车横梁架330安装在一对立柱架310上部之间，测试横梁架320位于刹车横梁架330的下方，测试横梁架320和刹车横梁架330均由一对平行间隔的横梁801构成。

适航测试装置340包括测试直线电机3410、测试滑座3420、测试活动柱3430以及测试头3440。

测试直线电机3410安装在测试横梁架320上，测试滑座3420又安装在测试直线电机3410上。测试滑座3420在测试直线电机3410驱动下能够沿着测试横梁架320进行平移运动。测试滑座3420上设有中间带有通孔的测试导向座3421，通孔的两侧内壁具有导向槽。测试活动柱3430两侧外壁设有竖向导轨3431。该测试活动柱3430竖直地位于测试导向座3421的通孔中，其下端从测试横梁架320的下方穿出，上端向上延伸。测试活动柱3430的竖向导轨3431配合在通孔的导向槽内，该测试活动柱3430在导向槽和竖向导轨3431的约束下能够上下运动。在测试活动柱3430另一侧面上还设有竖向光栅尺3432。在测试导向座3421上对应竖向光栅尺的位置设有升降位移传感器,该升降位移传感器为光栅尺读头。

测试直线电机3410由两根初级和位于两根初级上的四个次级组成，两根初级兼做测试滑轨3411分别安装在测试横梁架320的两根横梁上，四个次级分别位于测试滑座3420底部的四个顶角兼做在初级上的测试滑脚3412。当然，也可以是次级兼作滑轨，初级兼作滑脚。

另外，测试横梁架320的横梁外侧还设有测试横向光栅尺3413，测试滑座3420侧边对应测试横向光栅尺3413的位置安装有测试电机位移传感器3422，测试电机位移传感器也是光栅尺读头。

结合图3所示，测试头3440连接在测试活动柱3430的下端，包括传感器固定板3433、固定板3441、连接板3442、阻力传感器3443，纵摇传感器3444和横摇传感器3445。其中，阻力传感器3443的上端与测试活动柱3430下的传感器固定板3433连接，阻力传感器3443的下端与固定板3441连接，纵摇传感器3444和横摇传感器3445依次连接在固定板3441和连接板3442之间。

具体地，阻力传感器3443是常规的单分力传感器，安装在测试活动柱3430下的传感器固定板3433和固定板3441之间，是专用于测量船模X方向力(即前进方向力)的测力传感器。纵摇传感器3444和横摇传感器3444均为数字电位器，通过弹性联轴器连接至位于固定板3441和连接板3442之间的十字轴上，通过测量十字轴中的两个轴的摇摆获得纵横摇角度信号。

再如图1和图2所示，跟随式气动刹车装置350包括刹车直线电机3510，刹车滑座3520、刹车活动柱3530以及夹头3540。

其中，刹车直线电机3510安装在刹车横梁架330上，刹车滑座3520又安装在刹车直线电机3510上。刹车滑座3520在刹车直线电机3510驱动下能够沿着刹车横梁架330进行平移运动。刹车滑座3520上设有中间带孔的刹车导向座3521，通孔的两侧内壁具有导向槽。刹车活动柱3530的两侧外壁设有竖向导轨3531。该刹车活动柱3530竖直地位于测试导向座3521的通孔中，竖向导轨3531与导向槽配合。刹车活动柱3530的下端从刹车横梁架330、测试横梁架320的间隙中穿出，与夹头3540连接，上端向上延伸。刹车活动柱3530的上端安装有一个驱动电机3550。在测试活动柱3530的一侧设有一个丝杆3551，该丝杆3551上端与驱动电机3550连接。刹车滑座3530上还具有螺母3524，丝杆3551穿过螺母3524，与螺母3524啮合。在驱动电机3550的驱动下以及通过丝杆螺母机构的传动，刹车活动柱3530会带动夹头3540进行上升或下降，从而对应不同大小体积的船模使得夹头3540调整到适合的高度。

刹车直线电机3510也由两根初级和位于两根初级上的四个次级组成，两根初级兼做刹车滑轨3511分别安装在刹车横梁架330的两根横梁上，四个次级分别安装在刹车滑座3520底部的四个顶角兼做在初级上的刹车滑脚3512。同样，也可以是次级兼作滑轨，初级兼作滑脚。

另外，刹车横梁架330的横梁外侧也还设有刹车横向光栅尺3513，刹车滑座3520侧边安装刹车机构和刹车电机位移传感器3523，刹车机构为对应安装在刹车滑轨3511的位置，刹车电机位移传感器对应安装在刹车横向光栅尺3513的位置。

如图4所示，夹头3540包括固定座601、活动块602、一对夹板603、四块支撑板604、两块加强块以及气缸。

其中，固定座601连接在刹车活动柱3530的下端，活动块602位于固定座601的下方，气缸隐藏安装在刹车活动柱3530内部，其活塞杆从固定座601向下伸出，与活动块602连接。在气缸606的驱动下，活动块602可以上下运动。为保证活动块602上下运动平稳，在固定座601的前、后端面还分别安装有竖向滑槽607，在活动块602的前、后端面还分别安装有竖向导轨608，竖向导轨608位于竖向滑槽607内。

在活动块602的左、右侧面上开设有一对对称且呈“Y”型布置的导向穿孔620。具体地，如图5所示，该导向穿孔620包括竖向长孔621和斜向长孔622连接构成，该斜向长孔622的下端连接竖向长孔621的上端，斜向长孔622的上端位于竖向长孔621的外侧的斜上方。

再图4所示，一对夹板603位于活动块602的下方。四块支撑板604分成两对，每块夹板603的背部由一对三角形的支撑板604进行支撑，支撑板604向上延伸至固定座601的左、右端面，其上端连接有导向滑座609，在固定座601的左右端面上还安装有横向导轨610，导向滑座609安装在横向滑轨610上。在一对支撑板604之间位于夹板603的上位置设有刹车轴611，该刹车轴611位于导向穿孔620中。

该夹头3540的工作方式为：当刹车轴611位于竖向长孔621中时，一对夹板603之间的距离最小，夹头处于夹紧状态。当气缸驱动活动块602向下运动，其上的导向穿孔620也会向下运动，当运动到斜向长孔622与刹车轴611接触后，斜向长孔622会迫使刹车轴611向斜上方运动，直至运动到斜向长孔622的上端，这样刹车轴611就带动支撑板604，支撑板604进而带动夹板603向外侧方向运动，使得一对夹板603张开。反之，当气缸603驱动活动块602向上运动时，能够驱使一对夹板603做夹紧动作。

另外，如图6所示，两块加强板605加装在刹车活动柱3530下端的左、右侧面上，该加强板605下部具有一对直角切口651，该直角切口651正好与支撑板604的内侧上端直角顶角641的适配。这样，当夹头夹紧时，支撑板604的内侧上端的直角顶角641正好位于加强板605的直角切口651中，被直角切口651所卡固，起到对支撑板604进一步支撑作用，提高夹头的夹紧力。

再如图1和图2所示，测试横梁架320的两端、刹车横梁架330的两端、测试活动柱3430的上端、刹车活动柱3530的上端还分别设有防撞限位器802。

结合图7所示，船舶适航测试系统，还包括有测试控制部分，该测试控制部分包括由计算机901、信号采集处理设备902以及控制器903组成的测试控制组件900，阻力传感器3443，纵摇传感器3444和横摇传感器3445分别连接到信号采集处理设备902。测试直线电机3410和测试电机位移传感器905分别连接测试电机驱动器907，刹车直线电机3510和刹车电机位移传感器905分别连接刹车电机驱动器908。升降位移传感器904、测试电机驱动器907、刹车电机驱动器908再分别连接控制器903；信号采集处理设备902和控制器903均再与计算机901进行连接。控制器903还还分别与气缸的电磁阀和轨道钳制器的电磁阀相连接。

测试时，计算机901通过信号采集处理设备902分别获得船模的在波浪中的阻力信号、纵摇信号以及横摇信号并进而处理获得波浪阻力数据、纵摇数据和横摇信号。计算机901还可以通过控制器903获得升降位移数据、测试电机位移数据以及刹车电机位移数据，并且可以通过控制器903、测试电机驱动器907和刹车电机驱动器908控制测试直线电机3410和刹车直线电机3510工作。

测试直线电机3410和刹车直线电机310均具有两种带电工作状态，一种为自由状态，一种为使能状态。自由状态是指直线电机的次级悬停在初级上，初级和次级之间既没有摩擦阻力，也没有驱动力驱动初级在次级上移动，使得次级位于初级上处于水平方向不受力的状态；使能状态是指驱动次级在初级上水平运动。

如图8-10所示，本发明的船舶适测试仪300应用在船舶适航测试系统中，船舶适航测试系统还包括水池100，设于水池两侧的主轨道200，设于主轨道200上的拖车400。船舶适航测试仪300安装在拖车400上。拖车400用于牵引船舶适航测试仪300沿着主轨道200运动。

在测试时，船模10连接在船舶适航测试仪300的下方，通过拖车400的拖动，由船舶适航测试仪300带动船模10在水池100的模拟有波浪的水面101航行。

为方便调整船舶适航测试仪300在拖车400上的位置，以适应连接不同型号的船模，拖车400上还具有拖车轨道401。当船舶适航测试仪300在拖车轨道401上调整好位置后，用锁定机构402进行锁定。

本发明的船舶适航测试仪的测试方式如下：

船模10安装在既定位置与船舶适航测试仪300相连接(即测试头3440中的连接板3442与船模10连接)，适航测试装置340的测试直线电机3410处于自由状态。而跟随式气动刹车装置350的夹头3540夹紧船模，并且跟随式气动刹车装置250中轨道钳制器3522夹紧刹车滑轨3511，使得跟随式气动刹车装置350在刹车横梁330上处于静止固定状态，适航测试装置340处于自由状态，船舶适航测试仪300通过拖车拖带船模加速。

当拖车速度稳定后，控制跟随式气动刹车装置350的夹头3540打开，松开船模10，并控制跟随式气动刹车装置350为跟随状态(跟随状态指跟随式气动刹车装置350在使能状态下跟随适航测试装置340运动,具体地工作方式为控制器903会根据获得的测试直线电机3410的位移数据来控制第刹车直线电机3510进行相应的跟随位移)，适航测试装置340置为预阻力测量状态(预阻力测量状态是指拖车启动运行稳定后,预测量船模在波浪中的阻力,为后期自适应调整进行预采数据)，船模及适航测试装置340随波浪运动，这时控制适航测试装置340为自适应状态(自适应状态是指控制器根据前面预阻力测量的阻力进行分析后,测试直线电机3410自动适应地驱动船模的运动,从而能够更准确地测量船模在波浪中的各项数据)，刹车直线电机3510还是保持跟随状态不变，测试直线电机3410将根据船模阻力变化情况自适应调整，直至船模运动稳定，等稳定后测量和记录升沉、纵荡、纵摇、横摇及阻力数据。

采样完成后，控制跟随式气动刹车装置350中的夹头3540夹紧船模，同时将刹车直线电机3510由跟随状态变为自由状态，延迟1s控制测试直线电机3410由“自适应状态”变为“自由状态”。然后，控制跟随式气动刹车装置250中轨道钳制器3522夹紧刹车滑轨3511。最后，再控制拖车慢慢降低速度，最终使得船模停止运行，完成测试。

本发明的适航测试装置340通过磁悬浮原理的直线电机作为控制及测量方式，在超低阻尼的情况下，测量除艏摇及横荡外无其他约束的条件下的船模在波浪中的运动姿态及增阻情况。

本发明的跟随式气动刹车装置350，利用直线电机的跟随原理，通过气动缸运动转换为机械夹紧，并通过轨道钳制器夹紧与松开轨道达到船模在波浪中的起停控制。

通过上述详细介绍，可以看出，本发明克服了船模波浪试验中船模起停控制中会产生较大的冲击力的问题，通过机械及气动方式解决人为因素引起的测试误差，更方便于操作及使用，提高船模波浪试验的测试精度。本发明还利用轨道钳制器及气动缸的垂直运动带动活动块上下运动，夹板在活动块的引导下夹紧船模上的刹车架，其优点在于：

1、刹车采用气动电磁阀控制轨道钳制器的夹紧与松开及刹车闭合或张开，动作时间在0.1s以内就可以迅速完成；

2、4个MK-2501-A常开型轨道钳制器，具有掉电自锁功能，最大锁定力可达1.5吨；

3、刹车采用机械式夹紧限位及掉电自锁功能；

4、Y型导向刹车设计原理，结合气缸控制整个刹车行程，当刹车夹紧时利用机械原理能更有效地控制船模起停中加速度产生的冲击力；

5、通过机械限位模式的活动块，能更好地控制一对夹板的间距，在不影响船模升沉和纵摇的前提下有效地控制船模；

6、刹车系统具有跟随船模纵向运动功能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提出的权利要求的保护范围内，利用本发明所揭示的技术内容所作出的局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属本发明技术特征的范围内。

Claims (8)

1.一种跟随式气动刹车装置，能够跟随适航测试装置的测试直线电机运动，所述测试直线电机上设置有测试电机位移传感器，其特征在于，包括：设于横梁架上的刹车直线电机、位于刹车直线电机上的刹车滑座，竖直活动穿设在刹车滑座内的刹车活动柱、驱动刹车活动柱升降的升降驱动机构以及连接刹车活动柱下端的夹头；所述刹车直线电机上设有刹车电机位移传感器，所述刹车直线电机上具有刹车机构；

还包括有测试控制组件，所述测试电机位移传感器以及所述刹车电机位移传感器均与所述测试控制组件相连接；所述测试控制组件还连接所述测试直线电机的测试电机驱动器、所述刹车直线电机的刹车电机驱动器、所述刹车机构的电磁阀和所述夹头的电磁阀。

2.根据权利要求1所述的跟随式气动刹车装置，其特征在于：所述升降驱动机构由设于刹车活动柱顶端的驱动电机、设有刹车活动柱侧的丝杆以及固定在刹车滑座上的螺母构成；所述丝杆穿设在所述螺母中，顶端连接所述驱动电机。

3.根据权利要求1所述的跟随式气动刹车装置，其特征在于：所述夹头为气动夹头，包括连接在刹车活动柱下端的固定座、被气缸驱动且位于固定座下方的活动块以及位于活动块下方的一对夹板；所述活动块上具有一对对称且呈“Y”型布置的导向穿孔；所述固定座的前、后端面还分别安装有竖向滑槽，在活动块的前、后端面还分别安装有竖向导轨，所述竖向导轨位于所述竖向滑槽内；每块夹板的背部由一对支撑板连接支撑，一对支撑板向上延伸至所述固定座的左、右端面，所述支撑板的上端连接有导向滑座，所述固定座的左、右端面安装有横向导轨，所述导向滑座安装在横向滑轨上，一对支撑板之间位于夹板的上方位置连接有刹车轴，所述刹车轴位于所述导向穿孔中。

4.根据权利要求3所述的跟随式气动刹车装置，其特征在于：所述导向穿孔由竖向长孔和斜向长孔连接构成，所述斜向长孔的下端连接所述竖向长孔的上端，所述斜向长孔的上端位于竖向长孔的外侧的斜上方。

5.根据权利要求3所述的跟随式气动刹车装置，其特征在于：所述刹车活动柱下端的左、右侧面上还分别加装有加强板，所述加强板下部具有一对直角切口，所述直角切口正好与所述支撑板的内侧上端的直角顶角适配。

6.根据权利要求1所述的跟随式气动刹车装置，其特征在于：所述横梁架包括测试横梁架和刹车横梁架，所述适航测试装置位于所述测试横梁架上，所述跟随式气动刹车装置位于所述刹车横梁架上。

7.根据权利要求6所述的跟随式气动刹车装置，其特征在于：所述测试横梁架外侧具有测试横向光栅尺，所述刹车横梁架外侧具有刹车横向光栅尺；所述测试电机位移传感器以及刹车电机位移传感器均为光栅尺读头。

8.根据权利要求1所述的跟随式气动刹车装置，其特征在于：所述刹车活动柱侧面均具有竖向导轨所述刹车滑座均具有导向槽，所述竖向导轨配合在所述导向槽内。