CN109060240A - 一种敞水动力仪动态标定装置及其标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种敞水动力仪动态标定装置及其标定方法，包括支撑底座，所述支撑底座上部间隔安装有支撑架，其中一个支撑架的内壁面安装有移动基座，并在这个支撑架的外壁面处通过盘头定位螺钉紧固，所述移动基座的上表面分别通过第一螺钉和第二螺钉安装伺服电机基座和推扭力仪基座，所述伺服电机基座上安装伺服电机，所述伺服电机的输出端连接左转接头，所述左转接头通过左联轴器与推扭力仪一端连接，推扭力仪的另一端通过右联轴器与右转接头连接，所述右转接头上安装敞水动力仪。工作稳定可靠。

Description

一种敞水动力仪动态标定装置及其标定方法

技术领域

本发明涉及试验与测试技术领域，尤其是一种敞水动力仪动态标定装置及其标定方法。

背景技术

船模快速性是船舶诸多性能中(浮性、稳性、抗沉性、快速性、耐波性、操纵性)的重要性能之一，在快速性的研究方法中，船舶螺旋桨的水池敞水试验是校核和验证理论方法必不可少的手段，配合自航试验而进行螺旋桨的敞水试验，可用于分析推进效率成分，比较各种设计方案的优劣，便于选择最佳的螺旋桨。

船舶螺旋桨敞水动力仪是船舶螺旋桨水池试验的基本仪器，其所测试数据精确性对快速性预报研究具有重要意义，其中动力仪的标定是检测动力仪的工作状态和决定动力仪测试精度的基本环节。目前大型深水拖曳水池中使用的敞水动力仪的计量标定均采用静态标定，静态标定时推力和扭矩分别标定，这样可以简化标定流程。但是由于敞水动力仪在正常工作状况下，会同时测量螺旋桨在不同进速系数时产生的推力和扭矩，动力仪的推力传感器和扭矩传感器是同时工作的。所以要得到较为准确的标定结果，推力和扭矩必须同时标定，并且研究它们的耦合情况。而静态标定时推力和扭矩是分别标定的，因此无法保证标定结果的准确性，进而会影响实际工况下推力和扭矩的测量结果。此外，螺旋桨敞水动力仪在工作时转动轴与静止的支架之间存在滑动摩擦，尤其是敞水动力仪中存在水密要求，机械结构上的密封设计使得转动时轴系摩擦更大。而静态标定时不存在转轴旋转产生的摩擦，这使得静态标定获得的扭矩系数和实际试验使用时存在一定的差异。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种敞水动力仪动态标定装置及其标定方法，从而在敞水动力仪工作时可以同时施加轴向推力和恒扭矩，从而实现对动力仪的推力和扭矩的动态标定。

本发明所采用的技术方案如下：

一种敞水动力仪动态标定装置，包括支撑底座，所述支撑底座上部间隔安装有支撑架，其中一个支撑架的内壁面安装有移动基座，并在这个支撑架的外壁面处通过盘头定位螺钉紧固，所述移动基座成型结构，所述移动基座的两端分别开有两对通孔，并在通孔内安装导向轴，所述导向轴的两端分别通过大垫圈和紧固螺钉与支撑架锁紧，所述移动基座的一端与另一个支撑架内壁面之间间隔距离，在这个间隔距离处的导向轴上套置有压缩弹簧；所述移动基座的上表面分别通过第一螺钉和第二螺钉安装伺服电机基座和推扭力仪基座，所述伺服电机基座上安装伺服电机，所述伺服电机的输出端连接左转接头，所述左转接头通过左联轴器与推扭力仪一端连接，推扭力仪的另一端通过右联轴器与右转接头连接，所述右转接头上安装敞水动力仪。

其进一步技术方案在于：

伺服电机、推扭力仪和敞水动力仪沿同一轴线安装。

所述左转接头和右转接头对称布置，并结构相同，左转接头的结构为：包括圆柱体结构，所述圆柱体结构的一端中部开有安装孔，与安装孔垂直方向设置有工艺孔，所述圆柱体结构的另一端中部延伸有轴径小于圆柱体结构的连接接头。

所述移动基座的上平面与支撑架的上顶面平齐。

两根导向轴互相平行。

一种敞水动力仪动态标定装置的标定方法，包括如下操作步骤：

第一步：准备一支撑底座，在支撑底座上对称焊接支撑架；

第二步：在支撑架内通过盘头定位螺钉固定移动基座；

第三步：在移动基座内插入两根导向轴，所述导向轴通过大垫圈和紧固螺钉锁紧在支撑架上，并在其中一端的导向轴上套置压缩弹簧；

第四步：在移动基座的上表面通过第一螺钉安装伺服电机基座，伺服电机基座上安装伺服电机；

第五步：在移动基座上表面通过第二螺钉安装推扭力仪基座，推扭力仪基座上安装推扭力仪；

第六步：推扭力仪的一端通过左联轴器和左连接头与伺服电机的输出轴连接，推扭力仪的另一端通过右联轴器和右连接头与敞水动力仪连接；同时保证伺服电机、推扭力仪和敞水动力仪在同一轴线位置；

第七步：根据敞水动力仪推力和扭矩的校验范围制定合理的试验参数值设定表；

第八步：拧紧盘头定位螺钉对移动基座施加推力，通过推扭力仪控制推力值大小；

第九步：对敞水动力仪先上电但是不给定控制信号，保证可以自由旋转；接着对伺服电机施加控制信号，给定转速为300rpm，给定扭矩初始值为0.5N·m，让推扭力仪和敞水动力仪可以从动旋转；

第十步：对敞水动力仪施加转速为240rpm，确保伺服电机的旋转扭矩可以施加到推扭力仪和敞水动力仪上；

第十一步：通过推扭力仪调节设定伺服电机的扭矩值，此时记录下敞水动力仪的推力传感器和扭矩传感器的输出电压值；

第十二步：重复上述第八步至第十一步的工作，分别设定不同的扭矩值，得到多组敞水动力仪的推力传感器和扭矩传感器的输出电压值信号，将其线性拟合得到校验系数，从而完成对敞水动力仪的动态标定。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过同轴安装的伺服电子、推扭力仪和敞水动力仪，可以方便的完成对动力仪的推力和扭矩的动态标定工作，工作可靠性好，能在动态的情况下获得试验数据，准确可靠。

本发明可以实现轴向推力和扭矩的同时加载。本发明装置的设计非常巧妙，在敞水动力仪工作时，通过旋拧盘头定位螺钉对移动基座施加推力，借由推扭力仪基座将推力传导给敞水动力仪，并且施加的推力值可以通过推扭力仪内的高精度推力传感器采集，从而可以实现轴向推力的动态精确加载；通过伺服电机、推扭力仪与敞水动力仪的同轴连接，从而将电机的输出扭矩传导给敞水动力仪，并且施加的扭矩可以通过推扭力仪内的高精度扭矩传感器采集，以此来实现轴向推力和扭矩的同时加载。

本发明推力和扭矩的标定结果更加准确。由于本发明所述的动态标定装置是在敞水动力仪通电工作状态下同时施加轴向推力和扭矩，通过推扭力仪采集到的推力和扭矩信号去同时标定敞水动力仪内的推力及扭矩传感器，这不仅考虑了两个传感器同时工作时的耦合作用影响，也消除了静态标定忽略动力仪轴系摩擦的缺陷，使得标定结果更加准确可靠。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中沿A-A截面的全剖视图。

图3为本发明左转接头的结构示意图。

其中：1、伺服电机；2、左转接头；201、圆柱体结构；202、工艺孔；203、安装孔；204、连接接头；3、左联轴器；4、第一螺钉；5、伺服电机基座；6、移动基座；7、导向轴；8、紧固螺钉；9、大垫圈；10、盘头定位螺钉；11、推扭力仪；12、右联轴器；13、右转接头；14、敞水动力仪；16、推扭力仪基座；17、第二螺钉；18、压缩弹簧；19、支撑架；20、支撑底座。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2和图3所示，本实施例的敞水动力仪动态标定装置，包括支撑底座20，支撑底座20上部间隔安装有支撑架19，其中一个支撑架19的内壁面安装有移动基座6，并在这个支撑架19的外壁面处通过盘头定位螺钉10紧固，移动基座6成型结构，移动基座6的两端分别开有两对通孔，并在通孔内安装导向轴7，导向轴7的两端分别通过大垫圈9和紧固螺钉8与支撑架19锁紧，移动基座6的一端与另一个支撑架19内壁面之间间隔距离，在这个间隔距离处的导向轴7上套置有压缩弹簧18；移动基座6的上表面分别通过第一螺钉4和第二螺钉17安装伺服电机基座5和推扭力仪基座16，伺服电机基座5上安装伺服电机1，伺服电机1的输出端连接左转接头2，左转接头2通过左联轴器3与推扭力仪11一端连接，推扭力仪11的另一端通过右联轴器12与右转接头13连接，右转接头13上安装敞水动力仪14。

伺服电机1、推扭力仪11和敞水动力仪14沿同一轴线安装。

左转接头2和右转接头13对称布置，并结构相同，左转接头2的结构为：包括圆柱体结构201，圆柱体结构201的一端中部开有安装孔203，与安装孔203垂直方向设置有工艺孔202，圆柱体结构201的另一端中部延伸有轴径小于圆柱体结构201的连接接头204。

移动基座6的上平面与支撑架19的上顶面平齐。

两根导向轴7互相平行。

本实施例的敞水动力仪动态标定装置的标定方法，包括如下操作步骤：

第一步：准备一支撑底座20，在支撑底座20上对称焊接支撑架19；

第二步：在支撑架19内通过盘头定位螺钉10固定移动基座6；

第三步：在移动基座6内插入两根导向轴7，导向轴7通过大垫圈9和紧固螺钉8锁紧在支撑架19上，并在其中一端的导向轴7上套置压缩弹簧18；

第四步：在移动基座6的上表面通过第一螺钉4安装伺服电机基座5，伺服电机基座5上安装伺服电机1；

第五步：在移动基座6上表面通过第二螺钉17安装推扭力仪基座16，推扭力仪基座16上安装推扭力仪11；

第六步：推扭力仪11的一端通过左联轴器3和左转接头2与伺服电机1的输出轴连接，推扭力仪11的另一端通过右联轴器12和右转接头13与敞水动力仪14连接；同时保证伺服电机1、推扭力仪11和敞水动力仪14在同一轴线位置；

第七步：根据敞水动力仪14推力和扭矩的校验范围制定合理的试验参数值设定表；

第八步：拧紧盘头定位螺钉10对移动基座6施加推力，通过推扭力仪11控制推力值大小；

第九步：对敞水动力仪14先上电但是不给定控制信号，保证可以自由旋转；接着对伺服电机1施加控制信号，给定转速为300rpm，给定扭矩初始值为0.5N·m，让推扭力仪11和敞水动力仪14可以从动旋转；

第十步：对敞水动力仪14施加转速为240rpm，确保伺服电机1的旋转扭矩可以施加到推扭力仪11和敞水动力仪14上；

第十一步：通过推扭力仪11调节设定伺服电机1的扭矩值，此时记录下敞水动力仪14的推力传感器和扭矩传感器的输出电压值；

第十二步：重复上述第八步至第十一步的工作，分别设定不同的扭矩值，得到多组敞水动力仪14的推力传感器和扭矩传感器的输出电压值信号，将其线性拟合得到校验系数，从而完成对敞水动力仪14的动态标定。

本发明的具体结构如下：

伺服电机基座5和推扭力仪基座16分别通过第一螺钉4和第二螺钉17固定在移动基座6上，伺服电机1通过紧固件与伺服电机基座5相连接，推扭力仪11通过螺钉15与推扭力仪基座16相连接。通过左转接头2和左联轴器3将伺服电机1与推扭力仪11相连接，通过右转接头13和右联轴器12将推扭力仪11与敞水动力仪14相连接，连接装配时，要保证伺服电机1的输出轴、推扭力仪11的输入输出轴和敞水动力仪14的输出轴间的同轴度要求。两根导向轴7装配在移动基座6的两个安装孔内，并通过紧固螺钉8和大垫圈9固定在支撑底座20的两侧竖直面板上，装配完成后，要保证两根导向轴7之间相互平行，并且与支撑底座20的两侧竖直面板相互垂直。每根导向轴7上都套有一个压缩弹簧18，使移动基座6在不受推力状态下回到原位。在支撑底座20的左侧竖直面板上还装配有一个盘头定位螺钉10，用来对移动基座6施加推力。在支撑底座20的两侧可放置压铁，用于保证整个装置的稳定性。

在实际使用中，先将伺服电机1、推扭力仪11和敞水动力仪14沿着同一轴线安装，保证良好的同轴度。校验时先根据敞水动力仪14推力和扭矩的校验范围制定合理的试验参数值设定表。然后通过拧紧盘头定位螺钉10对移动基座6施加一定的推力，通过推扭力仪11控制推力值大小。接着对敞水动力仪14先上电但是不给定控制信号，保证可以自由旋转。其次对伺服电机1施加控制信号，给定一定扭矩和转速，让推扭力仪11和敞水动力仪14可以从动旋转。给定伺服电机1的初始扭矩尽量小，并注意转动方向的一致性。最后对敞水动力仪14施加一定的转速信号，使其转速比伺服电机1的转速略低，确保伺服电机1的旋转扭矩可以施加到推扭力仪11和敞水动力仪14上。通过推扭力仪11控制伺服电机1的扭矩大小。多次改变施加的推力和旋转扭矩，同时采集敞水动力仪14的推力传感器和扭矩传感器的输出电压值信号，将其线性拟合得到校验系数，从而完成对敞水动力仪14的动态标定。

实施例一：

敞水动力仪14的推力校验范围为0～250N,扭矩校验范围为0～10N·m，每次试验的参数值设定如下表所示。

表1试验参数值设定表

试验次数	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											推力/N	25	50	75	100	125	150	175	200	225	250
扭矩/N·m	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											伺服电机转速/rpm	300	300	300	300	300	300	300	300	300	300
敞水动力仪转速/rpm	240	240	240	240	240	240	240	240	240	240

试验主要操作步骤描述如下：

第一步，将伺服电机1、推扭力仪11和敞水动力仪14沿着同一轴线安装，保证良好的同轴度。

第二步，通过拧紧盘头定位螺钉10对移动基座6施加推力，通过推扭力仪11控制推力为25N。

第三步，对敞水动力仪14先上电但是不给定控制信号，保证可以自由旋转。接着对伺服电机1施加控制信号，给定转速为300rpm，给定扭矩初始值为0.5N·m让推扭力仪11和敞水动力仪14可以从动旋转，给定伺服电机1的初始扭矩尽量小，并注意转动方向的一致性。

第四步，对敞水动力仪11施加转速为240rpm，确保伺服电机1的旋转扭矩可以施加到推扭力仪11和敞水动力仪14上。

第五步，通过推扭力仪11调节设定伺服电机1的扭矩为1N·m，此时记录下敞水动力仪14的推力传感器和扭矩传感器的输出电压值。

第六步，按表1的推力和扭矩试验参数值设定表，重复第一步至第五步进行十次试验，得到十组敞水动力仪14的推力传感器和扭矩传感器的输出电压值信号，将其线性拟合得到校验系数，从而完成对敞水动力仪的动态标定。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (6)

1.一种敞水动力仪动态标定装置，其特征在于：包括支撑底座(20)，所述支撑底座(20)上部间隔安装有支撑架(19)，其中一个支撑架(19)的内壁面安装有移动基座(6)，并在这个支撑架(19)的外壁面处通过盘头定位螺钉(10)紧固，所述移动基座(6)成型结构，所述移动基座(6)的两端分别开有两对通孔，并在通孔内安装导向轴(7)，所述导向轴(7)的两端分别通过大垫圈(9)和紧固螺钉(8)与支撑架(19)锁紧，所述移动基座(6)的一端与另一个支撑架(19)内壁面之间间隔距离，在这个间隔距离处的导向轴(7)上套置有压缩弹簧(18)；所述移动基座(6)的上表面分别通过第一螺钉(4)和第二螺钉(17)安装伺服电机基座(5)和推扭力仪基座(16)，所述伺服电机基座(5)上安装伺服电机(1)，所述伺服电机(1)的输出端连接左转接头(2)，所述左转接头(2)通过左联轴器(3)与推扭力仪(11)一端连接，推扭力仪(11)的另一端通过右联轴器(12)与右转接头(13)连接，所述右转接头(13)上安装敞水动力仪(14)。

2.如权利要求1所述的一种敞水动力仪动态标定装置，其特征在于：伺服电机(1)、推扭力仪(11)和敞水动力仪(14)沿同一轴线安装。

3.如权利要求1所述的一种敞水动力仪动态标定装置，其特征在于：所述左转接头(2)和右转接头(13)对称布置，并结构相同，左转接头(2)的结构为：包括圆柱体结构(201)，所述圆柱体结构(201)的一端中部开有安装孔(203)，与安装孔(203)垂直方向设置有工艺孔(202)，所述圆柱体结构(201)的另一端中部延伸有轴径小于圆柱体结构(201)的连接接头(204)。

4.如权利要求1所述的一种敞水动力仪动态标定装置，其特征在于：所述移动基座(6)的上平面与支撑架(19)的上顶面平齐。

5.如权利要求1所述的一种敞水动力仪动态标定装置，其特征在于：两根导向轴(7)互相平行。

6.一种利用权利要求1所述的敞水动力仪动态标定装置的标定方法，其特征在于：包括如下操作步骤：

第一步：准备一支撑底座(20)，在支撑底座(20)上对称焊接支撑架(19)；

第二步：在支撑架(19)内通过盘头定位螺钉(10)固定移动基座(6)；

第三步：在移动基座(6)内插入两根导向轴(7)，所述导向轴(7)通过大垫圈(9)和紧固螺钉(8)锁紧在支撑架(19)上，并在其中一端的导向轴(7)上套置压缩弹簧(18)；

第四步：在移动基座(6)的上表面通过第一螺钉(4)安装伺服电机基座(5)，伺服电机基座(5)上安装伺服电机(1)；

第五步：在移动基座(6)上表面通过第二螺钉(17)安装推扭力仪基座(16)，推扭力仪基座(16)上安装推扭力仪(11)；

第六步：推扭力仪(11)的一端通过左联轴器(3)和左连接头(2)与伺服电机(1)的输出轴连接，推扭力仪(11)的另一端通过右联轴器(12)和右连接头(13)与敞水动力仪(14)连接；同时保证伺服电机(1)、推扭力仪(11)和敞水动力仪(14)在同一轴线位置；

第七步：根据敞水动力仪(14)推力和扭矩的校验范围制定合理的试验参数值设定表；

第八步：拧紧盘头定位螺钉(10)对移动基座(6)施加推力，通过推扭力仪(11)控制推力值大小；

第九步：对敞水动力仪(14)先上电但是不给定控制信号，保证可以自由旋转；接着对伺服电机(1)施加控制信号，给定转速为300rpm，给定扭矩初始值为0.5N·m，让推扭力仪(11)和敞水动力仪(14)可以从动旋转；

第十步：对敞水动力仪(11)施加转速为240rpm，确保伺服电机(1)的旋转扭矩可以施加到推扭力仪(11)和敞水动力仪(14)上；

第十一步：通过推扭力仪(11)调节设定伺服电机(1)的扭矩值，此时记录下敞水动力仪(14)的推力传感器和扭矩传感器的输出电压值；

第十二步：重复上述第八步至第十一步的工作，分别设定不同的扭矩值，得到多组敞水动力仪(14)的推力传感器和扭矩传感器的输出电压值信号，将其线性拟合得到校验系数，从而完成对敞水动力仪的动态标定。