CN108132137B - 一种凸轮机构式船舶晃荡模拟装置 - Google Patents

Abstract

一种凸轮机构式船舶晃荡模拟装置，包括：机架，控制终端，船模型，船模型底部设置有磁铁，船模型内部设置有检测黑盒；实验舱，内部填充模拟环境液体和船模型，与顶杆通过安装在实验舱侧面的球面副连接，与侧面转轴通过设置在与实验舱另一侧的侧面轴承连接；从动轮；顶杆，顶部与实验舱侧面通过球面副连接，底部与从动轮铰接；限位导轨，与机架固定连接；动力凸轮组，设置在从动轮下方，与从动轮滑动连接与机架固定连接；至少一组机架轴承，设置在机架上与侧面转轴连接；侧面转轴，与机架轴承连接；侧面轴承，中间穿过侧面转轴，实验舱固定连接；检测黑盒。本发明组成结构少使用寿命长，采用凸轮结构方便切换不同的船舶晃荡模拟运动。

Description

一种凸轮机构式船舶晃荡模拟装置

技术领域

本设备涉及船舶模型模拟装置，具体涉及一种凸轮机构式船舶晃荡模拟装置。

背景技术

目前已有不少船舶晃荡模拟装置，如船舶二自由度运动平台、船舶四自由度运动平台、船舶六自由度运动平台等，其结构紧凑、承载能力强和刚度好、误差较小、动力学性能较好等，但是也存在组成结构繁多，操作复杂、制作成本高等不足，而且还需要结合机器人技术、机床技术、计算机数字控制技术、振动控制技术多坐标数控编程等多项技术；涉及领域又有位置正解、灵活度、工作空间、刚度和精确度、动力学建模和优化、控制算法、数控编程、测量标定、制造工艺以及工程应用等诸多方面，使得这些运动平台非常复杂，限制了这些船舶晃荡模拟装置的应用。

中国公开专利号CN 201510205730.X，公开日2015年7月8日，发明名称一种液舱晃荡实验装置公开了一种属于船舶液舱晃荡实验设备技术领域，涉及一种多功能液舱晃荡实验装置，由滑块、滚珠丝杠组成的滑动机构放置在箱体上，并通过齿轮与伺服电机相连接，由两块带有孔的扁钢固定于箱体两侧，由带相同孔径的摇杆通过调节杆放置支架上，同时下端插入滑块上的球铰中，上端拖盘或滑块上放置水槽，波高传感器置于水槽中，并与无线发射模块相连接构成无线发射装置，数据采集模块、无线接收装置和计算机连接共同组 成信号接收装置 ；能进行液舱横摇、横荡、横摇与横荡相互耦合运动的模拟，能够在一定范围内改变运动的幅值与频率，满足不同测量目的的要求。

但是其不足之处是船舶晃荡模拟装置组成复杂，对输出波形的控制通过波形发生器产生对动力电机要求较高。

发明内容

本发明是针对现有现有船舶晃荡模拟装置组成结构复杂、成本高、实现步骤复杂而设计了一种采用凸轮机构的简易船舶晃荡模拟装置。

一种凸轮机构式船舶晃荡模拟装置，包括：机架，控制终端，带磁铁的船模型，按着缩尺比制作的放入密封空心椭球体实验舱的船模型，船模型底部设置有磁铁，船模型内部设置有检测黑盒；可打开的密封空心椭球体实验舱，内部填充模拟环境液体以及安置带磁铁的船模型，与顶杆通过安装在实验舱侧面的球面副连接，与侧面转轴通过设置在与实验舱另一侧的侧面轴承连接；从动轮，与动力凸轮组滑动连接与顶杆底端铰接；顶杆，顶部与可打开的密封空心椭球体实验舱侧面通过球面副连接，底部与从动轮铰接；限位导轨设置在可打开的密封空心椭球体实验舱侧面下方，与机架固定连接，与顶杆滑动连接；动力凸轮组，设置在从动轮下方，与从动轮滑动连接与机架固定连接；至少一组机架轴承，设置在机架上与侧面转轴连接；侧面转轴，设置在可打开的密封空心椭球体实验舱的侧面，并穿过侧面轴承，与机架轴承连接；侧面轴承，安装在可打开的密封空心椭球体实验舱的侧面，中间穿过侧面转轴，与可打开的密封空心椭球体实验舱固定连接；用于检测试验过程中产生的船舶晃荡数据的检测黑盒，设置在带磁铁的船模型内部，与带磁铁的船模型可拆卸连接。

试验开始时，打开可打开的密封空心椭球体实验舱并往里面注入一半的模拟液体，所述的模拟液体根据需要模拟的环境不同分为盐水和淡水；待液体填充完毕，往可打开的密封空心椭球体实验舱中央放入船模型，所述的船模型底部设置有磁铁，内部安置好检测黑盒；关闭可打开的密封空心椭球体实验舱并操作控制终端进行试验。

试验结束时，打开可打开的密封空心椭球体实验舱从里面取出船模型并取出检测黑盒，把黑盒连接至个人电脑对检测到的数据进行分析得出船舶晃荡实验结果。

作为优选，所述的可打开的密封空心椭球体实验舱，包括：两个对称的上下半球实验舱以及扣锁，还包括：密封圈，设置在上下半球实验舱之间，与半球实验舱可拆卸连接；至少两个电磁铁，分别安装在上下半球实验舱的外侧顶部及底部，均与外置电磁铁控制器电连接；外置电磁铁控制器，与电磁铁以及控制终端电连接；所述的扣锁用于连接上下两个半球实验舱。

在实验进行中，安装在可打开的密封空心椭球体实验舱顶部和底部的电磁铁可以维持船模型处于可打开的密封空心椭球体实验舱的中心位置，避免因晃荡而出现的船模型与可打开的密封空心椭球体实验舱的碰撞，导致船模型中的检测黑盒得到的数据出现扰动而影响实验结果，同时也会缩短可打开的密封空心椭球体实验舱的使用寿命。

作为优选，所述的从动轮，包括：三角支架，底部穿过转轮轴承使菱形转轮卡在三角支架底边中部，顶部与顶杆固定连接；菱形转轮，侧剖面为菱形，设置在三角支架底边中部动力凸轮组上方，与动力凸轮组配合工作，圆心处打孔并设置有转轮轴承；转轮轴承，设置在菱形转轮圆心处，与菱形转轮固定连接，与三角支架连接。

作为优选，所述的从动轮，包括：H型圆支架，由两片转片对称安装中间通过连接杆互相连接，设置在动力凸轮组正上方，与动力凸轮组配合工作，与顶杆轴承滑动连接；顶杆轴承，设置在H型圆支架的连接杆上，与H型圆支架滑动连接，与顶杆固定连接。

作为优选，所述的动力凸轮组，包括：承载架，设置在机架上，与传动杆铰接；若干直径不同的凸轮组成的凸轮组，凸轮轮盘之间圆心位于同轴线上互相贴合，均设置在传动杆上，与传动杆可拆卸连接；互相套接的传动杆，传动杆之间互相套接用于调节传动杆的总长度，一端与联轴器固定连接，另一端与承载架铰接；联轴器，一端与变频电机输出轴连接，另一端与传动杆连接；变频电机，设置在机架上与控制终端电连接，其动力输出端与联轴器连接；所述的凸轮的轮盘均设置有圆弧形凹槽。

在实验开始前选定需要使用的凸轮组中的凸轮，调整传动杆的长度使得被选用的凸轮对准从动轮；松开从动轮，连上联轴器，等待控制终端控制变频电机。

本发明的实质性效果在于组成结构少及使用寿命长，采用凸轮组结构，便于实验过程中采用不同的凸轮，可得到不同的船舶晃荡模拟运动。

附图说明

图1 整体机架设置示意图；

图2 动力凸轮组结构示意图；

图3 菱形转轮式从动轮及凸轮连接图；

图4 H型圆支架结构图；

图5 H型圆支架式从动轮及凸轮连接图；

图中： 1-可打开的密封空心椭球体实验舱；2-侧面转轴；3-机架；4-球面副；5-限位导轨；6-从动轮；7-动力凸轮组；8-承载架；9-凸轮；10-圆弧形凹槽；11-传动杆；12-联轴器；13-变频电机；14-顶杆，15-侧面轴承；16-机架轴承；17-转轮轴承；18-三角支架；19-菱形转轮；20-H型圆支架；21-转片；22-连接杆；23-顶杆轴承。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

实施例1

如图1、图2和图3所示，所述的一种凸轮9机构式船舶晃荡模拟装置，包括：机架3，控制终端，带磁铁的船模型，按着缩尺比制作的能够放入密封空心椭球体实验舱1的船模型，船模型底部设置有磁铁，船模型内部设置有检测黑盒；可打开的密封空心椭球体实验舱1，内部填充模拟环境液体以及安置带磁铁的船模型，与顶杆14通过安装在实验舱1侧面的球面副4连接，与侧面转轴2通过设置在与实验舱另一侧的侧面轴承15连接；从动轮6，与动力凸轮组7滑动连接，与顶杆14底端铰接；顶杆14，顶部与可打开的密封空心椭球体实验舱1侧面通过球面副4连接，底部与从动轮6铰接；限位导轨5设置在可打开的密封空心椭球体实验舱1侧面下方，与机架3固定连接，与顶杆14滑动连接；动力凸轮组7，设置在从动轮6下方，与从动轮6滑动连接，通过承载架8与机架3固定连接；至少一组机架轴承16，设置在机架3上与侧面转轴2连接；侧面转轴2，设置在可打开的密封空心椭球体实验舱1的侧面，并穿过侧面轴承15，与机架3的机架轴承16连接；侧面轴承15，安装在可打开的密封空心椭球体实验舱1的侧面，中间穿过侧面转轴2，与可打开的密封空心椭球体实验舱1固定连接；用于检测试验过程中产生的船舶晃荡数据的检测黑盒，设置在带磁铁的船模型内部，与带磁铁的船模型可拆卸连接。

试验开始时，打开密封空心椭球体实验舱1并往里面注入一半的模拟液体，所述的模拟液体根据需要模拟的环境不同分为盐水和淡水；待液体填充完毕，往可打开的密封空心椭球体实验舱1中央放入船模型，所述的船模型底部设置有磁铁，内部以及安置好检测黑盒；关闭可打开的密封空心椭球体实验舱1并操作控制终端进行试验。

试验结束时，打开密封空心椭球体实验舱1，从里面取出船模型并取出检测黑盒，把黑盒连接至个人电脑对检测到的数据进行分析得出船舶晃荡实验结果。

所述的可打开的密封空心椭球体实验舱1，包括：两个对称的上下半球实验舱以及扣锁，还包括：密封圈，设置在上下两个半球实验舱之间，与上下半球实验舱可拆卸连接；至少两个电磁铁，分别安装在半球实验舱的外侧顶部和底部，均与外置电磁铁控制器电连接；外置电磁铁控制器，与电磁铁以及控制终端电连接；所述的扣锁用于连接两个半球实验舱。

在实验进行中，安装在可打开的密封空心椭球体实验舱1顶部和底部的电磁铁可以维持船模型处于可打开的密封空心椭球体实验舱1的中心位置，避免因晃荡而出现的船模型与可打开的密封空心椭球体实验舱1的碰撞，导致船模型中的检测黑盒得到的数据出现扰动而影响实验结果，同时也会缩短可打开的密封空心椭球体实验舱1的使用寿命。

所述的从动轮6，包括：三角支架18，底部穿过转轮轴承17,使菱形转轮19卡在三角支架18底边中部，顶部与顶杆14固定连接；菱形转轮19，侧剖面为菱形，设置在三角支架18底边中部动力凸轮组7上方，与动力凸轮组7配合工作，圆心处打孔并设置有转轮轴承17；转轮轴承17，设置在菱形转轮19圆心处，与菱形转轮19固定连接，与三角支架18连接。

所述的动力凸轮组7，包括：承载架8，设置在机架3上，与传动杆11铰接；若干直径不同的凸轮9组成的凸轮组，凸轮轮盘之间圆心位于同轴线上互相贴合，均设置在传动杆11上，与传动杆11可拆卸连接；互相套接的传动杆11，传动杆11之间互相套接，用于调节传动杆11的总长度，一端与联轴器12固定连接，另一端与承载架8铰接；联轴器12，一端与变频电机13输出轴连接，另一端与传动杆11连接；变频电机13，设置在机架3上，与控制终端电连接，与联轴器12连接；所述的凸轮9的轮盘均设置有圆弧形凹槽10。

在实验开始前选定需要使用的凸轮组中的凸轮9，调整传动杆11的长度使得被选用的凸轮9对准从动轮6；松开从动轮6，连上联轴器12，等待控制终端控制变频电机13。

实施例2

如图1、图2、图4和图5所示，实施例2与实施例1基本相同，不同的是所述的从动轮6，包括：H型圆支架20，由两片转片21对称安装中间通过连接杆22互相连接，设置在动力凸轮组正上方，与动力凸轮组配合工作，与顶杆轴承23滑动连接；顶杆轴承23，设置在H型圆支架20的连接杆22上，与H型圆支架20滑动连接，与顶杆14固定连接。

Claims (5)

1.一种凸轮机构式船舶晃荡模拟装置，包括：机架以及控制终端，其特征在于，包括：

带磁铁的船模型，按着缩尺比制作的放入密封空心椭球体实验舱的船模型，船模型底部设置有磁铁，船模型内部设置有检测黑盒；

可打开的密封空心椭球体实验舱，内部填充模拟环境液体以及安置带磁铁的船模型，与顶杆通过安装在实验舱侧面的球面副连接，与侧面转轴通过设置在与实验舱另一侧的侧面轴承连接；

从动轮，与动力凸轮组滑动连接，与顶杆底端铰接；

顶杆，顶部与可打开的密封空心椭球体实验舱侧面通过球面副连接，底部与从动轮铰接；

限位导轨设置在可打开的密封空心椭球体实验舱侧面下方，与机架固定连接，与顶杆滑动连接；

动力凸轮组，设置在从动轮下方，与从动轮滑动连接，通过承载架与机架固定连接；

至少一组机架轴承，设置在机架上与侧面转轴连接；

侧面转轴，设置在可打开的密封空心椭球体实验舱的侧面穿过侧面轴承，与机架轴承连接；

侧面轴承，安装在可打开的密封空心椭球体实验舱的侧面，中间穿过侧面转轴，与可打开的密封空心椭球体实验舱固定连接；

用于检测试验过程中产生的船舶晃荡数据的检测黑盒，设置在带磁铁的船模型内部，与带磁铁的船模型可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的一种凸轮机构式船舶晃荡模拟装置，所述的可打开的密封空心椭球体实验舱，包括：两个对称的上下半球实验舱以及扣锁，其特征在于，还包括：

密封圈，设置在上下两个半球实验舱之间，与上下半球实验舱可拆卸连接；

至少两个电磁铁，分别安装在上下两个半球实验舱的外侧顶部和底部，均与外置电磁铁控制器电连接；

外置电磁铁控制器，与电磁铁以及控制终端电连接；

所述的扣锁用于连接上下两个半球实验舱。

3.根据权利要求1所述的一种凸轮机构式船舶晃荡模拟装置，其特征在于，所述的从动轮，包括：

三角支架，底部穿过转轮轴承使菱形转轮卡在三角支架底边中部，顶部与顶杆固定连接；

菱形转轮，侧剖面为菱形，设置在三角支架底边中部动力凸轮组上方，与动力凸轮组配合工作，圆心处打孔并设置有转轮轴承；

转轮轴承，设置在菱形转轮圆心处，与菱形转轮固定连接，与三角支架连接。

4.根据权利要求1所述的一种凸轮机构式船舶晃荡模拟装置，其特征在于，所述的从动轮，包括：

H型圆支架，由两片转片对称安装中间通过连接杆互相连接，设置在动力凸轮组正上方，与动力凸轮组配合工作，与顶杆轴承滑动连接；

顶杆轴承，设置在H型圆支架的连接杆上，与H型圆支架滑动连接，与顶杆固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种凸轮机构式船舶晃荡模拟装置，其特征在于，所述的动力凸轮组，包括：

承载架，设置在机架上，与传动杆铰接；

若干直径不同的凸轮组成的凸轮组，轮片之间圆心位于同轴线上互相贴合，均设置在传动杆上，与传动杆可拆卸连接；

互相套接的传动杆，传动杆之间互相套接，用于调节传动杆的总长度，一端与联轴器固定连接，另一端与承载架铰接；

联轴器，一端与变频电机输出轴连接，另一端与传动杆连接；

变频电机，设置在机架上与控制终端电连接，其动力输出端与联轴器连接；

所述的凸轮的轮圈均设置有圆弧形凹槽。