CN111301631A - 一种船用设备摇摆试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船用设备摇摆试验装置。该试验装置包括底板，底板上转动装配有底座，底座上设有驱动机构，试验装置包括试验台，试验台的四角分别通过伺服伸缩缸与底座连接，伺服伸缩缸的上端与试验台球铰连接，伺服伸缩缸的下端通过万向接头与底座连接，试验装置还包括辅助支撑，辅助支撑下端与底座连接，上端与试验台铰接。本发明使用时，驱动机构驱动底座转动，底座带动试验台实现艏摇；伺服伸缩缸和辅助支撑通联合作用带动试验台实现横摇和纵摇。本发明能够实现横摇、纵摇和艏摇，能够更加真实地模拟船用设备使用场景。同时，艏摇、纵摇和横摇可以是同时复合的，还可以是单一独立的运动，能够更加真实地模拟船用设备实际使用场景和工况。

Description

一种船用设备摇摆试验装置

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，特别是涉及一种船用设备摇摆试验装置。

背景技术

船舶在海上航行时，在外力或内力因素作用下，使正浮时浮力与重力不共线，这会使得船舶发生横摇、纵摇以及艏摇，两舷的吃水产生不同，造成船舶纵倾或横倾。摇摆特性会使船用旋转机械动力设备展现出不同的动态特性，影响其稳定性与可靠性，甚至诱发故障。

为了使船用旋转机械动力设备在纵摇、横摇以及艏摇条件下能够正常工作，因此需要试验设备进行试验和验证，为船用机械设备的设计和制造提供依据。

申请公布号为CN101221094A的中国发明专利申请公开了一种船用设备摇摆倾斜试验装置及其控制方法，该试验装置包括自上至下依次设置的底盘、纵摇平台和横摇平台，纵摇平台活动连接有纵摇回转轴，该纵摇回转轴的两个端点位于纵摇平台的左右两侧并分别与下端固定在底盘上的纵向设置的纵摇支撑的上端活动连接，横摇平台活动连接有横摇回转轴，该横摇回转轴的两个端点位于横摇平台的前后两侧并分别与下端活动连接，由液压站提供动力和控制。但是，该试验装置为实现横摇以及纵摇，分别设置了横摇平台、横摇液压缸、纵摇平台以及纵摇液压缸，结构复杂；并且，两个平台增加了操作难度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种船用设备摇摆试验装置，以解决现有船用设备摇摆试验装置结构复杂、操作难度大的技术问题。

本发明的船用设备摇摆试验装置的技术方案是：

一种船用设备摇摆试验装置包括底板，所述底板上转动装配有转动轴线沿上下方向延伸的底座，所述底座上设有用于驱动底座转动的驱动机构，所述试验装置还包括位于底座上侧的试验台，所述试验台的四角分别通过伺服伸缩缸与底座连接，所述伺服伸缩缸的上端与试验台球铰连接，所述伺服伸缩缸的下端通过万向接头与所述底座连接，所述试验装置还包括用于约束试验台的辅助支撑，所述辅助支撑下端与底座固定连接，上端与试验台铰接。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述万向接头为第一虎克铰，所述第一虎克铰包括第一下铰座、第一上铰体以及第一连接杆，所述第一下铰座与底座固定连接，所述第一上铰体与伺服伸缩缸固定连接，所述第一连接杆的上端与第一上铰体铰接，下端与第一下铰座铰接，所述第一连接杆与第一下铰座的转动轴线和所述第一连接杆与第一上铰体的转动轴线相垂直。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述试验台下侧固定连接有球头座，所述伺服伸缩缸的上端设有与所述球铰座相匹配的球头。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述伺服伸缩缸为伺服液压缸。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述伺服伸缩缸上设有用于测量伺服伸缩缸伸缩长度的位移传感器。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述辅助支撑包括伸缩杆以及支撑架，所述支撑架于底座固定连接，所述伸缩杆固定安装在支撑架上。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述伸缩杆的伸缩端通过第二虎克铰与所述试验台铰接，所述第二虎克铰包括第二下铰座、第二上铰体以及第二连接杆，所述第二下铰座与底座固定连接，所述第二上铰体与伺服伸缩缸固定连接，所述第二连接杆的上端与第二上铰体铰接，下端与第二下铰座铰接，所述第二连接杆与第二下铰座的转动轴线和所述第二连接杆与第二上铰体的转动轴线相垂直。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述驱动机构包括转轴、电机以及与电机传动连接的蜗轮蜗杆减速机，所述转轴的一端与蜗轮蜗杆减速机的输出轴止转连接，另一端与底板固定连接。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述转轴上止转套装有与底座固定连接的连接套，所述连接套上自上至下依次套装有平面轴承和连接环，所述连接环与底座固定连接，所述平面轴承的上端面与连接套固定连接，下端面与连接环固定连接。

本发明提供了一种船用设备摇摆试验装置，与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明的船用设备摇摆试验装置使用时，驱动机构驱动底座转动，底座带动试验台实现艏摇；伺服伸缩缸和辅助支撑通联合作用带动试验台实现横摇和纵摇。本发明的船用设备摇摆试验装置能够实现横摇、纵摇和艏摇，能够更加真实地模拟船用设备使用场景。同时，使用本发明的船用设备摇摆试验装置，艏摇、纵摇和横摇可以是同时复合的，还可以是单一独立的运动，能够更加真实地模拟船用设备实际使用场景和工况。通过该试验装置可以得到船用设备在横摇、纵摇和艏摇条件下的工作特性，为船用设备的设计和制造提供依据。

附图说明

图1是本发明的船用设备摇摆试验装置的结构示意图一；

图2是本发明的船用设备摇摆试验装置的结构示意图二；

图3是本发明的船用设备摇摆试验装置中的试验台的结构示意图；

图4是本发明的船用设备摇摆试验装置中的伺服液压缸的结构示意图；

图5是本发明的船用设备摇摆试验装置中的虎克铰的结构示意图；

图6是本发明的船用设备摇摆试验装置中的底座与底板的装配示意图；

图7是图6中的底座与底板的剖视图；

图8是本发明的船用设备摇摆试验装置中的底板的结构示意图；

图9是本发明的船用设备摇摆试验装置中的底座的结构示意图；

图10是本发明的船用设备摇摆试验装置中的驱动机构的结构示意图；

图11是图10中的电机和减速机的结构示意图；

图12是图10中的转轴的结构示意图；

图13是图10中的连接套、平面轴承以及连接环的装配示意图；

图14是图10中的连接套的结构示意图；

图15是图10中的连接环的结构示意图；

图16是本发明的船用设备摇摆试验装置中的辅助支撑的结构示意图；

图中：1、底板；2、底座；3、空气弹簧；4、标杆；5、电机；6、蜗轮蜗杆减速机；61、插孔；7、减速机固定座；8、转轴；81、小径段；82、大径段；83、连接法兰；84、连接键；9、固定板；10、连接套；101水平部；102、竖直部；11、平面推力球轴承；12、连接环；121、凸沿；13、安装板；14、台阶孔；15、固定块；16、试验台；161、固定孔；17、伺服液压缸；18、第一虎克铰；181、第一下铰座；182、第一连接杆；183、第一上铰体；19、垫块；20、支撑板；21、球头座；22、固定孔；23、避让槽；24、穿孔；25、支撑架；26、伸缩杆；27第二下铰座；28、第二连接杆；29、第二上铰体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的船用设备摇摆试验装置的具体实施例，如图1、图2所示，包括底板1、底座2、驱动机构以及试验台16。其中，底座2转动装配在底板1上，且底座2的转动轴线沿上下方向延伸，驱动机构用于驱动底座2相对于底板1转动。底座2上固定连接有两个平行间隔布置的固定块15，固定块15的两端分别固定连接有向上延伸的伺服伸缩缸，优选的，伺服伸缩缸为伺服液压缸17。伺服液压缸17的上端与试验台16连接。

具体的，伺服液压缸17的下端通过第一虎克铰18与底座固定连接，以使伺服液压缸17在伸缩时能够在一定角度内发生摆动。参照图4、图5所示，第一虎克铰18包括第一下铰座181、第一上铰体183以及第一连接杆182，第一下铰座181固定连接在固定块上。第一下铰座181包括两个平行的连接耳，连接耳上具有铰接孔。第一连接杆182通过铰接杆铰接在两个连接耳之间。第一上铰体183具有两个，两个第一上铰体183铰接在第一连接杆182的两侧，第一上铰体183与第一连接杆182的转动轴线和第一连接杆182与第一下铰座181的转动轴线相垂直。第一上铰体183通过螺栓固定连接在伺服液压缸17的下端。

参照图3所示，伺服液压缸17的上端与试验台16下侧球铰连接，具体的，伺服液压缸17的上端具有螺柱，螺柱上螺纹连接有球头。与球头相匹配的球头座21具有两个耳部，耳部上开设有固定孔22，试验台16的下侧具有与固定孔对应的固定孔161。

伺服液压缸17上安装有位移传感器，伺服液压缸17伸缩时，位移传感器能够检测伺服液压缸17的伸缩长度，从而能够准确控制伺服液压缸17的伸缩长度。

如图16所示，底座上还固定连接有用于约束试验台16自由度的辅助支撑。辅助支撑包括伸缩杆26以及支撑在伸缩杆26底部的支撑架25，支撑架25的底部通过螺钉与底座固定连接，伸缩杆26和支撑架25之间通过法兰盘连接固定，伸缩杆26的顶部通过第二虎克铰与试验台16连接固定。第二虎克铰包括第二下铰座27、第二上铰体29以及第二连接杆28，第二下铰座27与伸缩杆26固定连接，第二上铰体29与摆动平台固定连接，第二连接杆28的上端与第二上铰体29铰接，下端与第二下铰座27铰接，第二连接杆28与第二下铰座27的转动轴线和第二连接杆28与第二上铰体29的转动轴线相垂直。第二虎克铰使得试验台能够绕着辅助支撑的顶部进行左右方向和前后方向的摆动。本实施例中，伸缩杆26为千斤顶。

如图6、图7、图8所示，底板1包括框架以及固定连接在框架上侧的面板，面板的中心位置处具有贯穿面板上下两侧的通孔，通孔内固定连接有安装板。安装板上开设有贯穿安装板上下两侧的台阶孔14，台阶孔14的台阶上安装有多个固定螺栓，面板于台阶孔14的两侧分别固定连接有向上延伸的标杆4。

参照图9所示，底座2包括框架以及包裹在框架外侧的外板，上侧外板的中心位置处具有贯穿底座2上下两侧的穿孔24，穿孔24与底板1上的台阶孔14对应贯通。外板于穿孔24的两侧分别具有供底板1上的标杆4向上穿出的避让槽。

本实施例中，底座2与底板1通过轴承转动装配。具体的，底板1的穿孔内安装有固定板9，固定板9的中心开设有穿孔，固定板9的下侧通过螺栓固定连接有连接套10。如图14所示，连接套10为T形结构，T形的连接套10包括水平部101和竖直部102，水平部101上具有周向布置的多个上下贯穿水平部101的固定孔，固定孔内穿装有用于与固定板9连接的螺栓。连接套10的中心孔与固定板9的穿孔等径贯通。连接套10的竖直部102上套装有平面轴承，优选的，平面轴承为平面推力球轴承11，其他实施例中，平面推力球轴承还可以替换成平面滚子轴承。平面推力球轴承11的上端面与连接套10的水平部101通过螺栓固定连接。

底板1的台阶孔14内通过螺栓固定连接有连接环12，如图13、15所示，连接环12嵌装在台阶孔14的大径段内，连接环12的中心具有与台阶孔14的小径段等径贯通的中心孔。连接套10的竖直部102嵌装在连接环12的中心孔和台阶孔14的小径段内。连接环12的外周壁上具有向上延伸的凸沿13，凸沿13与连接套10之间具有环空。平面推力球轴承11的下端嵌入至环空内，平面推力球轴承11的下端面与连接环12通过螺栓固定连接。底座2于平面推力球轴承11的上端面相对固定，底板1与平面推力球轴承11的下端面相对，从而实现底座2于底板1的转动装配。

本实施例中，驱动机构包括电机5、减速机以及转轴8。如图10、图11、图12所示，电机5与减速机传动连接，减速机为蜗轮蜗杆减速机6。蜗轮蜗杆减速机6通过减速机固定座7固定连接在底座2上，减速机固定座7包括底板1、立板以及连接在底板1和立板之间的加强板。底板1上具有与底座2固定连接的连接孔，立板上具有与蜗轮蜗杆减速机6固定连接的固定孔。蜗轮蜗杆减速机6与转轴8通过键连接，蜗轮蜗杆减速机6的输出端具有插孔61，插孔61内具有键槽，转轴8上具有与键槽相匹配的连接键84。本实施例中，转轴8为变径轴，转轴8包括大径段、小径段以及固定连接在大径段端部的连接法兰83。转轴8的小径段与蜗轮蜗杆减速机6止转配合，键槽轴向设置在转轴8的小径段上。大径段插入至连接套10内。底板1的下端固定连接有固定板15，固定板15的中部具有与转轴8下侧的定位凸起相匹配的定位孔，固定板15上具有与连接法兰83的连接孔相应贯通的固定孔，连接法兰83与固定板15通过螺栓固定，实现转轴8与底板1固定连接。

本实施例中，避让槽为弧形避让槽23，以使得驱动机构驱动底座2转动时，标杆4能够在底座2内移动。底座2上的两个弧形避让槽23的开口相对布置，弧形避让槽23的槽沿上固定连接有标尺，底座2与底板1未发生相对转动时，标杆4与标尺上的零度相对应。

本实施例中，底座2与底板1均为矩形结构，矩形的底板1的四角处分别安装有空气弹簧3。底板1的下侧设置有支撑板20，支撑板对应空气弹簧3的位置处具有垫块19。

本发明的船用设备摇摆试验装置的工作原理为：驱动机构驱动底座转动，底座带动试验台实现艏摇；伺服伸缩缸和辅助支撑通联合作用带动试验台实现横摇和纵摇。具体的，电机5驱动蜗轮蜗杆减速机6转动，由于转轴8与固定不动的底板固定连接，故与转轴8止转连接的蜗轮蜗杆减速机6绕转轴8转动，与蜗轮蜗杆减速机6固定连接的底座绕转轴8转动。底座2转动过程中，底座2上的标尺与标杆4发生相对运动，从而可以得出底座2的转动角度。设置在试验台16四角处的伺服伸缩缸17和位于试验台中部下侧的辅助支撑联合作用，实现试验台16横摇、纵摇。

本发明提供了一种船用设备摇摆试验装置，相比于现有技术，具有如下优点：本发明的船用设备摇摆试验装置能够实现横摇、纵摇和艏摇，能够更加真实地模拟船用设备使用场景。同时，使用本发明的船用设备摇摆试验装置，艏摇、纵摇和横摇可以是同时复合的，还可以是单一独立的运动，能够更加真实地模拟船用设备实际使用场景和工况。通过该试验装置可以得到船用设备在横摇、纵摇和艏摇条件下的工作特性，为船用设备的设计和制造提供依据。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种船用设备摇摆试验装置，其特征在于：包括底板，所述底板上转动装配有转动轴线沿上下方向延伸的底座，所述底座上设有用于驱动底座转动的驱动机构，所述试验装置还包括位于底座上侧的试验台，所述试验台的四角分别通过伺服伸缩缸与底座连接，所述伺服伸缩缸的上端与试验台球铰连接，所述伺服伸缩缸的下端通过万向接头与所述底座连接，所述试验装置还包括用于约束试验台的辅助支撑，所述辅助支撑下端与底座固定连接，上端与试验台铰接。

2.根据权利要求1所述的船用设备摇摆试验装置，其特征在于：所述万向接头为第一虎克铰，所述第一虎克铰包括第一下铰座、第一上铰体以及第一连接杆，所述第一下铰座与底座固定连接，所述第一上铰体与伺服伸缩缸固定连接，所述第一连接杆的上端与第一上铰体铰接，下端与第一下铰座铰接，所述第一连接杆与第一下铰座的转动轴线和所述第一连接杆与第一上铰体的转动轴线相垂直。

3.根据权利要求1所述的船用设备摇摆试验装置，其特征在于：所述试验台下侧固定连接有球头座，所述伺服伸缩缸的上端设有与所述球铰座相匹配的球头。

4.根据权利要求1所述的船用设备摇摆试验装置，其特征在于：所述伺服伸缩缸为伺服液压缸。

5.根据权利要求1所述的船用设备摇摆试验装置，其特征在于：所述伺服伸缩缸上设有用于测量伺服伸缩缸伸缩长度的位移传感器。

6.根据权利要求1～5任一项所述的船用设备摇摆试验装置，其特征在于：所述辅助支撑包括伸缩杆以及支撑架，所述支撑架于底座固定连接，所述伸缩杆固定安装在支撑架上。

7.根据权利要求6所述的船用设备摇摆试验装置，其特征在于：所述伸缩杆的伸缩端通过第二虎克铰与所述试验台铰接，所述第二虎克铰包括第二下铰座、第二上铰体以及第二连接杆，所述第二下铰座与底座固定连接，所述第二上铰体与伺服伸缩缸固定连接，所述第二连接杆的上端与第二上铰体铰接，下端与第二下铰座铰接，所述第二连接杆与第二下铰座的转动轴线和所述第二连接杆与第二上铰体的转动轴线相垂直。

8.根据权利要求1～5任一项所述的船用设备摇摆试验装置，其特征在于：所述驱动机构包括转轴、电机以及与电机传动连接的蜗轮蜗杆减速机，所述转轴的一端与蜗轮蜗杆减速机的输出轴止转连接，另一端与底板固定连接。

9.根据权利要求8所述的船用设备摇摆试验装置，其特征在于：所述转轴上止转套装有与底座固定连接的连接套，所述连接套上自上至下依次套装有平面轴承和连接环，所述连接环与底座固定连接，所述平面轴承的上端面与连接套固定连接，下端面与连接环固定连接。

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