CN107702881A - 风洞抗风实验定位平台及其控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种用于安装皮托管的风洞抗风实验定位平台及其控制系统，风洞抗风实验定位平台包括X轴方向结构、Y轴方向结构和Z轴方向结构，其中，Y轴方向结构与X轴方向结构连接并可在X轴方向上移动，Z轴方向结构与Y轴方向结构连接并可在Y轴方向上移动，皮托管安装在Z轴方向结构上并可在Z轴方向上移动。控制系统包括无线平板控制器、PLC，PLC以脉冲方式驱动X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、Z轴电机驱动器以及地脚电机驱动器，X轴电机编码器、Y轴电机编码器、Z轴电机编码器能够将实时位置反馈给PLC，通过控制软件在无线平板控制器上显示坐标位置。风洞抗风实验定位平台的行程长，抗震性好，控制精度高。
Description
技术领域
本发明属于抗风实验设备领域，具体涉及一种风洞抗风实验定位平台及其控制系统。
背景技术
在风洞进行抗风实验时，常常需要用皮托管对流体速度进行测量。测量时，需要将皮托管固定在风洞中某一位置。如果采用将皮托管焊接在风洞某一固定位置的方式，势必会导致皮托管无法移动，进而不能调节皮托管的高度或者前后位置。
而现有的风洞抗风实验的定位平台主要局限在短行程定位，如点胶机、贴片机等。
为了提高皮托管测试精度，有必要提供一种既能固定皮托管，又能改变皮托管高度或者前后位置的长行程定位平台。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种既能固定皮托管，又能改变皮托管高度或者前后位置的长行程定位平台，具有行程长，精度高、抗震性好等特点。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是，一种风洞抗风实验定位平台，用于安装皮托管，所述风洞抗风实验定位平台包括X轴方向结构、Y轴方向结构和Z轴方向结构，其中，所述Y轴方向结构与所述X轴方向结构连接并可在X轴方向上移动，所述Z轴方向结构与所述Y轴方向结构连接并可在Y轴方向上移动，所述皮托管安装在所述Z轴方向结构上并可在Z轴方向上移动。
此外，本发明还提出如下附属技术方案。
优选的，所述风洞抗风实验定位平台还包括地脚结构，所述地脚结构与所述Z轴方向结构连接。
优选的，所述X轴方向结构包括相互平行设置的两个X轴模组，所述两个X轴模组分别通过固定块固定到风洞上；所述Y轴方向结构包括Y轴模组以及与Y轴模组平行设置的安装型材；所述Z轴方向结构包括Z轴模组；所述Y轴模组以及安装型材的两端分别与所述两个X轴模组活动连接，所述Z轴模组与所述Y轴模组活动连接，所述地脚结构与所述Z轴模组连接。
优选的，所述两个X轴模组中的一个的外侧设置有卡槽，所述卡槽内安装有X轴正方向原点光电开关、X轴负方向光电开关和拖链钣金件。
优选的，所述两个X轴模组的内侧分别设置有卡槽，所述卡槽内分别安装有导轨，所述导轨上均设置有可相对所述导轨滑动的滑块，所述滑块上均固定连接有滑座。
优选的，所述安装型材的两端分别通过转接板与所述Y轴模组的两端连接，所述两个转接板分别与所述两个滑座连接。
优选的，所述Y轴模组的侧边设置有卡槽，所述卡槽内安装有Y轴正方向原点光电开关、Y轴负方向光电开关和拖链钣金件；所述安装型材上设置有导轨，滑座可移动地连接在所述Y轴模组和安装型材的导轨上，所述Z轴模组固定连接在所述滑座上。
优选的，所述地脚结构包括与所述Z轴模组固定连接的连接板以及安装在所述连接板上的电机、导轨，所述导轨上设置有滑块，滑块转接安装在所述滑块上，所述电机的丝杆连接在所述滑块转接上。
优选的，所述滑块转接设置有无油套，导向杆安装在所述无油套中，所述导向杆上套设有弹簧，所述导向杆的另一端安装在压板上，底板的一面通过弹簧连接在所述压板上，所述底板的另一面与橡胶块固定连接。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是，一种控制系统，用于控制风洞抗风实验定位平台，所述控制系统包括无线平板控制器、PLC、X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、Z轴电机驱动器以及地脚电机驱动器，所述PLC以脉冲方式驱动所述X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、Z轴电机驱动器以及地脚电机驱动器，X轴电机编码器、Y轴电机编码器、Z轴电机编码器能够将实时位置反馈给所述PLC，通过控制软件在无线平板控制器上显示坐标位置。
相比于现有技术，本发明的优点在于：
本发明依托在X轴模组侧边安装导轨，在与Y轴模组平行的安装型材上安装导轨，突破现有的简单利用直线模组运动的局限性，解决了长行程时引起模组的蠕变和震动，而导致的定位精度不准确的问题。
本发明在Z轴模组下方设置可顶紧的地脚结构，通过电机驱动与弹簧相连的底板下压在地板上，使Z轴模组顶紧，解决了风洞抗风实验中的震动问题。
本发明的整体控制方案是采用无线平板控制器，利用WIFI连接，通过在风洞外的玻璃观察窗口操作无线平板，来控制本定位平台进行实验，控制精度比较高。
附图说明
图1是本发明风洞抗风实验定位平台的立体示意图。
图2是本发明风洞抗风实验定位平台的X轴方向结构示意图。
图3是本发明风洞抗风实验定位平台的Y轴方向结构示意图。
图4是本发明风洞抗风实验定位平台的Z轴方向结构示意图。
图5是本发明风洞抗风实验定位平台的地脚结构示意图。
图6是本发明控制系统的示意图。
其中，
1.X轴电机 2.X轴电机减速器
3.X轴电机支架 4.X轴正方向原点光电开关
5.固定块 5′.固定块
6.拖链钣金件 7.滑座
7′.滑座 8.X轴负方向光电开关
9.导轨 9′.导轨
10.联轴器 11.传动轴
12.Y轴电机 13.Y轴电机减速器
14.Y轴正方向光电开关 15.拖线块
16.连接块 17.拖链钣金件
18.联轴器 19.Y轴负方向光电开关
20.安装型材 21.滑座
23.转接板 23′.转接板
24.丝杆 25.电机
26.电机座 27.滑块转接
28.弹簧 29.导向杆
30.压板 31.橡胶块
32.底板 33.弹簧
34.限位块 35.地脚正方向光电开关
36.导轨 37.感应片
38.地脚原点光电开关 39.地脚负方向光电开关
40.连接板 41.无线平板控制器
42.PLC 43.X轴电机驱动器
44.Y轴电机驱动器 45.Z轴电机驱动器
46.地脚电机驱动器 50.Z轴电机
51.加强筋 52.滑座
53.L形块 100.X轴模组
100′.X轴模组 200.Y轴模组
300.Z轴模组
具体实施方式
以下结合较佳实施例及其附图对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间装置间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的含义。
如图1至图5所示，本发明揭示了一种风洞抗风实验定位平台，用于安装皮托管。该风洞抗风实验定位平台包括X轴方向结构、Y轴方向结构、Z轴方向结构和地脚结构。Y轴方向结构与X轴方向结构连接并可在X轴方向上移动，Z轴方向结构与Y轴方向结构连接并可在Y轴方向上移动，皮托管安装在Z轴方向结构上并可在Z轴方向上移动。
如图1和图2所示，X轴方向结构包括左右相互平行设置的两个X轴模组100、100′，传动轴11，X轴电机1。左右两个X轴模组100、100′分别通过固定块5、固定块5′用螺栓固定到风洞的天花板上。安装和调节螺栓时，要确保左右两个X轴模组100、100′保持平行。优选的，固定块5、固定块5′均为L形，当然固定块5、固定块5′也可以为实现连接固定作用的其他形状。
两个X轴模组100、100′之间通过传动轴11连接。传动轴11的左端通过联轴器10连接到X轴电机减速器2上，X轴电机支架3将X轴电机减速器2以及X轴电机1固定在左边的X轴模组100上。传动轴11的右端通过联轴器18连接到右边的X轴模组100′上。
两个X轴模组100、100′中的一个的外侧设置有卡槽。本发明中，选择在左边的X轴模组100的外侧设置卡槽。当然也可以选择在右边的X轴模组100′的外侧设置卡槽，均不脱离本发明的构思。卡槽内安装有X轴正方向原点光电开关4、X轴负方向光电开关8和拖链钣金件6。优选的，X轴正方向原点光电开关4、X轴负方向光电开关8和拖链钣金件6均通过螺栓固定在左边的X轴模组100侧边的卡槽内。
左右两个X轴模组100、100′的内侧分别设置有卡槽，卡槽内分别安装有导轨9、导轨9′，导轨9、导轨9′上均设置有可相对于导轨9、导轨9′滑动的滑块。滑块上分别固定连接有滑座7、滑座7′。滑座7、滑座7′可以跟随滑块沿着设置在左右两个X轴模组100、100′上的导轨9、导轨9′，按照X轴方向前后滑动。
优选的，导轨9、导轨9′均为直线导轨。本发明风洞抗风实验定位平台采用侧面安装的导轨9、导轨9′，可以保证切向受力时稳定性。
参见图3所示，Y轴方向结构包括Y轴模组200、与Y轴模组200平行设置的安装型材20以及Y轴电机12、Y轴电机减速器13。Y轴模组200通过方形的连接块16固定等长的型材18，用于抑制Y轴模组200运动过程中垂直方向的变形。
安装型材20的左端通过转接板23与Y轴模组200的左端连接并用螺栓锁紧，安装型材20的右端通过转接板23′与Y轴模组200的右端连接并用螺栓锁紧。Y轴模组200与安装型材20的左端通过转接板23与滑座7连接并用螺栓锁紧，Y轴模组200与安装型材20的右端通过转接板23′与滑座7′连接并用螺栓锁紧。
由于滑座7、滑座7′可以跟随滑块沿着设置在左右两个X轴模组100、100′上的导轨9、导轨9′，按照X轴方向前后滑动，所以Y轴模组200与安装型材20便可以相对于X轴模组100、100′，按照X轴方向前后滑动。
Y轴模组200的侧边设置有卡槽，Y轴正方向原点光电开关14、Y轴负方向光电开关19和拖链钣金件17通过螺栓固定在Y轴模组200侧边的卡槽内。
安装型材20上设置有导轨，滑座21活动连接在Y轴模组200、安装型材20的导轨上，也就是说滑座21可以沿着Y轴模组200、安装型材20的导轨，按照Y轴方向左右滑动。滑座21的一端连接有拖线块15。
参见图4所示，Z轴方向结构包括Z轴模组300、连接在Z轴模组300上的电机50。L形块53将加强筋51和Z轴模组300连接在一起。
滑座52可移动地连接在Z轴模组300上，皮托管安装在滑座52上，也就是说，皮托管可以沿着Z轴模组300，按照Z轴方向上下滑动。组装时，将Z轴模组300固定连接在滑座21上，并安装加强筋51，用于抑制Z轴模组300运动过程中的蠕变。
由于滑座21可以沿着Y轴模组200、安装型材20的导轨，按照Y轴方向左右滑动，所以，Z轴模组300便可以跟随滑座21沿着Y轴模组200、安装型材20的导轨，按照Y轴方向左右滑动。
参见图5所示，地脚结构包括与Z轴模组300固定连接的连接板40以及安装在连接板40上的电机25、导轨36。优选的，电机25为直线步进电机。
组装时，将连接板40通过螺栓固定到Z轴模组300的末端，将电机座26安装到连接板40上，将电机25安装到电机座26上。在上述装配完成后，将导轨36安装在连接板40上，优选的，导轨36为直线导轨。为保证Z轴模组300定位精确，导轨36需要确保安装于垂直方向。导轨36上设置有可相对其滑动的滑块。
将限位块34安装在导轨36的末端并通过螺栓锁紧在连接板40上，将地脚正方向光电开关35、地脚负方向光电开关39、地脚原点光电开关38安装在连接板40上，并保证安装在一条直线上。地脚正方向光电开关35、地脚负方向光电开关39的安装位置为地脚结构运动的极限位置。
上述装配完成后，将滑块转接27安装在导轨36的滑块上，将穿过电机25的丝杆24的末端螺杆安装在滑块转接27上。滑块转接27上安装有感应片37。
之后，将弹簧28套在导向杆29上，并将导向杆29安装在滑块转接27的无油套中。导向杆29上用螺栓固定有垫片挡住无油套，且导向杆29可在无油套中上下滑动。弹簧28也可以为其他任意可实现其功用的弹性元件。优选的，安装后，导向杆29与导轨36平行设置。
上述装配完成后，将导向杆29另一端安装在压板30中，将弹簧33的一端通过螺栓安装在压板30上，将弹簧33另一端安装在底板32上，并用螺栓锁紧。之后将橡胶块31用胶水粘合在底板32上。优选的，本发明弹簧33的数量为4个。弹簧33也可以为其他数量，均不脱离本发明的构思。弹簧33也可以为其他任意可实现其功用的弹性元件。
以下为地脚结构的工作原理为。
当按住无线平板控制器41中电机25的正方向运动按钮，电机25正方向转动时，丝杆24向下推动滑块转接27沿导轨36向下运动，导杆29在滑块转接27的无油套中滑动，橡胶块31顶紧地板后弹簧28压缩，通过压板30压缩弹簧33，当橡胶块31顶紧后，松开按钮即可，因此地脚结构与地面之间的松紧状态可根据控制器发送脉冲量调节。地脚正方向光电开关35为正方向保护，感应片37与地脚正方向光电开关35接触后，到达限定的正方向极限位置。
重新定位或者复位时，按住无线平板控制器41中电机25的负方向运动按钮，控制电机25负方向转动，丝杆24向上带动滑块转接27沿导轨36运动向上运动，导杆29在滑块转接27的无油套中滑动，弹簧28、弹簧33复位，橡胶块31与地板之间脱离顶紧状态后松开按钮即可。感应片37与地脚负方向光电开关39接触后，到达限定的负方向极限位置。
复位时，由于地脚原点光电开关38作用，地脚结构便回到原点位置。
参见图6所示，本发明的控制系统，用于控制风洞抗风实验定位平台，包括无线平板控制器41、PLC 42、X轴电机驱动器43、Y轴电机驱动器44、Z轴电机驱动器45、地脚电机驱动器46等。
无线平板控制器41是本发明的上位机，PLC 42是本发明的下位机，两者之间通过Modbus协议传输数据和指令，采用无线WIFI连接。X轴电机驱动器43与X轴电机1构成一个全闭环控制系统，Y轴电机驱动器44与Y轴电机12构成一个全闭环控制系统，Z轴电机驱动器45与Z轴电机50构成一个全闭环控制系统，地脚电机驱动器46与电机25构成一个全闭环控制系统。
本发明工作原理如下所示。
PLC 42以脉冲方式驱动X轴电机驱动器43、Y轴电机驱动器44、Z轴电机驱动器45以及地脚电机驱动器46，从而分别驱动X轴电机1、Y轴电机12、Z轴电机50、地脚电机25进行转动。
X轴电机1的转动会驱动Y轴模组200通过滑座7、滑座7′，分别沿着设置在X轴模组100、100′上的导轨9、导轨9′，按照X轴方向前后滑动。Y轴电机12的转动会驱动Z轴模组300通过滑座21，沿着Y轴模组200以及安装型材20的导轨，按照Y轴方向左右滑动。Z轴电机50的转动会使设置在Z轴模组300上的滑座52沿着Z轴方向(垂直方向)上下移动，进而带动安装在滑座52上的皮托管上下移动。电机25的转动会使得地脚结构与地板之间实现顶紧状态或者脱离顶紧状态。
脉冲数量决定各个电机的转动圈数，脉冲频率决定各个电机的转动速度。X轴电机编码器、Y轴电机编码器、Z轴电机编码器能够将实时位置反馈给PLC 42，通过控制软件在无线平板控制器41上显示坐标位置。
本发明依托在X轴模组100、100′侧边安装导轨9、导轨9′，在与Y轴模组200平行的安装型材20上安装导轨，突破现有的简单利用直线模组运动的局限性，解决了长行程时引起模组的蠕变和震动，而导致的定位精度不准确的问题。
本发明在Z轴模组300下方设置可顶紧的地脚结构，通过电机25驱动与弹簧33相连的底板32下压在地板上，使Z轴模组300顶紧，解决了风洞抗风实验中的震动问题。
本发明的整体控制方案是采用无线平板控制器41，利用WIFI连接，通过在风洞外的玻璃观察窗口操作无线平板，来控制风洞抗风实验定位平台进行实验，控制精度比较高。
需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种风洞抗风实验定位平台，用于安装皮托管，其特征在于：所述风洞抗风实验定位平台包括X轴方向结构、Y轴方向结构和Z轴方向结构，其中，所述Y轴方向结构与所述X轴方向结构连接并可在X轴方向上移动，所述Z轴方向结构与所述Y轴方向结构连接并可在Y轴方向上移动，所述皮托管安装在所述Z轴方向结构上并可在Z轴方向上移动。
2.根据权利要求1所述的风洞抗风实验定位平台，其特征在于：所述风洞抗风实验定位平台还包括地脚结构，所述地脚结构与所述Z轴方向结构连接。
3.根据权利要求2所述的风洞抗风实验定位平台，其特征在于：所述X轴方向结构包括相互平行设置的两个X轴模组(100，100′)，所述两个X轴模组(100，100′)分别通过固定块(5，5′)固定到风洞上；所述Y轴方向结构包括Y轴模组(200)以及与Y轴模组平行设置的安装型材(20)；所述Z轴方向结构包括Z轴模组(300)；所述Y轴模组(200)以及安装型材(20)的两端分别与所述两个X轴模组(100，100′)活动连接，所述Z轴模组(300)与所述Y轴模组(200)活动连接，所述地脚结构与所述Z轴模组(300)连接。
4.根据权利要求3所述的风洞抗风实验定位平台，其特征在于：所述两个X轴模组(100，100′)中的一个的外侧设置有卡槽，所述卡槽内安装有X轴正方向原点光电开关(4)、X轴负方向光电开关(8)和拖链钣金件(6)。
5.根据权利要求3所述的风洞抗风实验定位平台，其特征在于：所述两个X轴模组(100，100′)的内侧均设置有卡槽，所述卡槽内分别安装有导轨(9，9′)，所述导轨(9，9′)上分别设置有可相对所述导轨(9，9′)滑动的滑块，所述滑块上分别固定连接有滑座(7，7′)。
6.根据权利要求5所述的风洞抗风实验定位平台，其特征在于：所述安装型材(20)的两端分别通过转接板(23，23′)与所述Y轴模组(200)的两端连接，所述两个转接板(23，23′)分别与所述两个滑座(7，7′)连接。
7.根据权利要求3所述的风洞抗风实验定位平台，其特征在于：所述Y轴模组(200)的侧边设置有卡槽，所述卡槽内安装有Y轴正方向原点光电开关(14)、Y轴负方向光电开关(19)和拖链钣金件(17)；所述安装型材(20)上设置有导轨，滑座(21)可移动地连接在所述Y轴模组(200)和安装型材(20)的导轨上，所述Z轴模组(300)固定连接在所述滑座(21)上。
8.根据权利要求3所述的风洞抗风实验定位平台，其特征在于：所述地脚结构包括与所述Z轴模组(300)固定连接的连接板(40)以及安装在所述连接板(40)上的电机(25)、导轨(36)，所述导轨(36)上设置有滑块，滑块转接(27)安装在所述滑块上，所述电机(25)的丝杆(24)连接在所述滑块转接(27)上。
9.根据权利要求8所述的风洞抗风实验定位平台，其特征在于：所述滑块转接(27)设置有无油套，导向杆(29)安装在所述无油套中，所述导向杆(29)上套设有弹簧(28)，所述导向杆(29)的另一端安装在压板(30)上，底板(32)的一面通过弹簧(33)连接在所述压板(30)上，所述底板(32)的另一面与橡胶块(31)固定连接。
10.一种控制系统，用于控制如权利要求1所述的风洞抗风实验定位平台，其特征在于：所述控制系统包括无线平板控制器(41)、PLC(42)、X轴电机驱动器(43)、Y轴电机驱动器(44)、Z轴电机驱动器(45)以及地脚电机驱动器(46)，所述PLC(42)以脉冲方式驱动所述X轴电机驱动器(43)、Y轴电机驱动器(44)、Z轴电机驱动器(45)以及地脚电机驱动器(46)，X轴电机编码器、Y轴电机编码器、Z轴电机编码器能够将实时位置反馈给所述PLC(42)，通过控制软件在无线平板控制器(41)上显示坐标位置。
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