CN112284661B - 一种垫升轴系振动模拟试验装置及其试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轴系振动模拟试验装置技术领域内的一种垫升轴系振动模拟试验装置及其试验台，包括基座、浮动式框架基座、第一调节气囊、刚性支撑块、驱动电机、水平分支转子以及第一负载；浮动式框架基座位于基座上方，多个第一调节气囊均布于浮动式框架基座与基座之间，刚性支撑块可拆卸的安装于浮动式框架基座与基座之间；驱动电机、水平分支转子以及第一负载依次传动连接，驱动电机、水平分支转子以及第一负载连接于背离基座一面的浮动式框架基座上。本发明通过机构设计可有效模拟气垫船静止在陆地时与在水面航行时的工作状态，为开展刚性与浮动工况下气垫船垫升轴系转子动力学特性对比试验以及垂直转子与水平转子间的振动影响试验研究奠定基础。

Description

一种垫升轴系振动模拟试验装置及其试验台

技术领域

本发明涉及轴系振动模拟试验装置技术领域，具体地，涉及一种垫升轴系振动模拟试验装置及其试验台。

背景技术

气垫船是一种在船体与支撑面(水面或地面)间充气产生气垫，使船体全部或部分脱离支撑面航行的高速船舶。气垫船传动装置中，用于产生高压空气促使船体垫升的轴系称为垫升轴系，在气垫船航行中起到至关重要的作用。在大部分气垫船的垫升轴系中，用来产生气垫的鼓风机和动力源(如燃气轮机)为同轴布置，即鼓风机的轴线水平。因此由于总体积的限制，导致鼓风机的结构尺寸不可过大，影响了充气效率和气垫船的载重量。

在新式的气垫船设计中，其垫升风机轴竖直布置，即船体的动力源将功率通过锥齿轮箱传递给垫升风机。这种带有垂直分支的垫升轴系在充分利用空间的同时提高了垫升效率与船体载重量，成为未来新式大型气垫船的首选轴系布置形式。

更改结构后气垫船垫升轴系的转子动力学特性发生了变化，其振动情况与以往同轴布置时不同，需要相应的试验进行验证与评估。但是其造价不菲，不可能频繁利用实际尺寸的垫升轴系进行水上试验，而是依赖于结构形式相近的转子试验台进行模拟。当前，研究人员针对该类带有垂直分支轴系的转子动力学研究不足，科研机构内大部分转子试验台的轴系均为水平布置，负载与激励形式单一，不能反映多负载多激励情况下此类气垫船垫升轴系的工作状态与动力学特性；且多数转子试验台的基座刚度一般都较大，不能实现对于大型气垫船在浮于水面上时柔性船体中垂、中拱状态的模拟。可见采用上述现有的试验装置，已不适用于对带有垂直分支的大型气垫船垫升轴系的研究需要。鉴于此，有必要设计一种能模拟多种载荷与激励情况下，带垂直分支转子轴系的振动情况的试验台。

经现有技术检索发现，中国发明专利公开号为CN106257256B，提供了一种具有支点不同心调整装置的转子系统，该转子系统至少具有一个支点不同心调整装置，其中，支点一为支点不同心调整装置，支点二中部贯通孔表面与滚动轴承配合，支点一和支点二并排安装在底座上，支点一和支点二通过滚动轴承与转轴连接，支撑转轴旋转。驱动电机安装在支点二一侧，通过联轴器与转轴连接，带动转轴旋转。支点一的外调整环和内调整环为调整环，二者通过相对旋转能够产生滚动轴承中心高度的偏差，使支点一和支点二的滚动轴承的中心高度产生偏差，导致转子系统不同心。该发明能够实现转子系统的在偏心范围H内的偏心调整，操作简单、安装拆卸方便且适用于试验室原理性支点不同心调整的转子振动试验装置。该试验装置就存在上述相关问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种垫升轴系振动模拟试验装置及其试验台。

根据本发明提供的一种垫升轴系振动模拟试验装置，包括基座、浮动式框架基座、第一调节气囊、刚性支撑块、驱动电机、水平分支转子以及第一负载；

所述浮动式框架基座位于所述基座上方，多个所述第一调节气囊均布于所述浮动式框架基座与所述基座之间，所述刚性支撑块以可拆卸方式安装于所述浮动式框架基座与所述基座之间；

所述驱动电机、所述水平分支转子以及所述第一负载依次传动连接，所述驱动电机、所述水平分支转子以及所述第一负载连接于背离所述基座一面的所述浮动式框架基座上；

所述水平分支转子为一段式结构或多段式结构。

一些实施方式中，还包括浮动加载机构，所述浮动加载机构安装于所述浮动式框架基座下方，所述浮动加载机构用于使所述浮动式框架基座产生中垂变形、中拱变形或模拟波浪载荷。

一些实施方式中，还包括多个防侧倾杆，所述防侧倾杆用于防止所述浮动式框架基座发生侧翻。

一些实施方式中，还包括垂直分支转子和第二负载，所述垂直分支转子通过支撑架保持竖立，所述垂直分支转子包括下轴段和上轴段，所述下轴段通过锥齿轮箱与所述水平分支转子传动连接，所述上轴段与所述第二负载传动连接。

一些实施方式中，所述上轴段连接有第二圆盘，所述第二圆盘上均布有多个螺纹孔。

一些实施方式中，所述支撑架内安装有环形板，所述环形板位于所述第二圆盘的一侧，所述环形板用于固定拆卸后的所述第二圆盘。

一些实施方式中，还包括纵向力加载机构，所述纵向力加载机构包括拉力轴、第一承力板、第二承力板、第二调节气囊以及立柱，所述第二承力板通过多根所述立柱连接于所述支撑架顶部，所述第一承力板通过多个所述第二调节气囊连接于所述第二承力板上，所述拉力轴依次穿过所述第一承力板、所述第二承力板后与所述上轴段传动连接，所述拉力轴与所述第一承力板同步上下运动。

一些实施方式中，所述拉力轴与所述上轴段通过螺纹配合连接，所述拉力轴与所述上轴段连接的端部设有相同形状的多边形外圈，所述拉力轴的多变形外圈套设有轴套，所述轴套可同时套设于所述拉力轴与所述上轴段端部的多边形外圈上。

一些实施方式中，所述第一负载和\或所述第二负载为具有发电机功能的电动机。

本发明还提供了一种垫升轴系振动模拟试验台，采用所述的垫升轴系振动模拟试验装置，还包括电路控制控系统以及传感器。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明装置通过机构设计可有效模拟气垫船静止在陆地时与在水面航行时的工作状态，为开展刚性与浮动工况下气垫船垫升轴系转子动力学特性对比试验研究奠定良好的基础。

2、本发明装置通过设置垂直分支转子系统弥补了普通转子试验台转子均为水平布置的不足，进一步完善垫升轴系振动模拟装置，为大型气垫船垫升轴系的振动检测与控制提供试验支撑。

3、本发明装置通过于垂直分支转子上轴段中安装的第二圆盘上设置的螺纹孔，通过螺纹孔加装不同重量的螺栓，并通过加装位置的调配，可产生不平衡激励力，同时通过安装环形板，实现了在不拆卸整个支撑架的条件下，将第二圆盘和上轴段进行分离，简化操作流程，提高工作效率。

4、本发明装置通过设置纵向力加载机构，进一步完善了垫升轴系振动模拟装置，可实现对于气垫船垫升轴系更准确的模拟。

5、本发明装置纵向力加载机构中通过拉力轴与其连接的上轴段的端部设置相同外形结构的多边形外圈，同时设置可上下滑动调位的内多边形轴套，使得拉力轴与上轴段能够实现正反向的同步转动，解决了因螺纹连接引起的只能单一方向转动的技术问题。

6、本发明装置通过于浮动式框架基座上设置浮动加载机构，实现对船体发生整体中垂变形、中拱变形以及不同波浪载荷的模拟。

7、本发明装置通过对水平分支转子连接的负载以及垂直分支转子连接的负载的优化，连接具有发电机功能的负载，提高试验装置对于垫升轴系的试验效果，同时降低能源消耗。

8、本发明装置可以实现对试验装置中不同轴段间和不同结构间的振动耦合现象与振动传递作用进行试验研究，从而为气垫船垫升轴系、风力发电机、直升机减速器等此类锥齿轮-转子-轴承系统的振动监测与控制提供试验支撑。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明试验装置的整体结构示意图；

图2是第一调节气囊及其附近结构的结构图；

图3是防护罩及其附近结构的结构图

图4中(a)是驱动电机及其附近结构的结构图；

图4中(b)是图4中(a)的剖视结构图；

图5是锥齿轮箱及其附近结构的剖视图；

图6是水平分支加载电机及其附近结构的示意图；

图7是垂直分支转子上轴段及其附近结构的剖视图；

图8中(a)是第二负载及其附近结构的示意图；

图8中(b)是图8中(a)的剖视结构图；

图9中(a)是纵向力加载机构及其附近结构的示意图；

图9中(b)是图9中(a)的剖视结构图；

图10是电涡流传感器、加速度传感器及其附近结构的示意图；

图11中(a)是船舶中垂变形示意图；

图11中(b)是船舶中拱变形示意图；

其中，附图中对应的标记为：

1—驱动电机；2-龙门架；3—激振器；4—第二负载；5—第一支撑架；6—第二支撑架；7—第一负载；8—软绳；9—第三轴段；10—锥齿轮箱；11—减振橡胶垫；12—第一调节气囊；13—刚性支撑块；14—第二轴段；15—第一轴段；16—浮动式框架基座；17—基座；18—浮动加载机构；19—浮动式框架基座纵梁；20—防侧倾杆；21—刚性支撑螺栓；22—螺母；23—防护罩；24—膜盘联轴器；25—支承防护罩；26—膜片联轴器；27—扭矩传感器基座；28—扭矩传感器；29—驱动电机轴胀套；30—密封圈；31—轴承座端盖；32—水平分支转子轴承轴段；33—轴承座；34—调心球轴承；35—滚动轴承；36—第一圆盘；37—下轴段；38—齿轮箱垂直输出轴；39—大齿轮轴轴承；40—小齿轮轴花键；41—小齿轮轴法兰；42—大齿轮；43—小齿轮轴；44—小齿轮；45—小齿轮轴轴承；46—鼓形齿联轴器；47—激振器连杆；48—第一力传感器；49—承载板；50—上轴承；51—上轴段；52—环形板；53—螺纹孔；54—通孔；55—下轴承；56—胀套；57—第二圆盘；58—皮带；59—立柱；60—支撑板；61—电气连接块；62—轴承锁紧螺母；63—滚动轴承；64—空心圆柱底座；65—第一外壳；66—第二外壳；67—皮带轮；68—第一承力板；69—纵向力加载机构顶部端盖；70—防转块；71—长轴套；72—第二力传感器；73—轴套；74—上螺纹孔；75—下螺纹孔；76—第二调节气囊；77—第二承力板；78—双向推力轴承；79—推力轴承压盖；80—直线轴承；81—弹簧垫圈；82—拉力轴；83—螺纹；84—气囊螺栓连接孔与进出气口；85—加速度传感器；86—电涡流传感器；87—磁性座。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本发明提供了一种垫升轴系振动模拟试验装置，如图1-11所示，包括基座17、浮动式框架基座16、第一调节气囊12、刚性支撑块13、驱动电机1、水平分支转子以及第一负载7。基座17优选通过减震橡胶垫11放置于地面上，基座17上表面的两侧安装有两排第一调节气囊12。刚性支撑块13以可拆卸的方式连接于基座17的上表面，刚性支撑块13优选为开孔的U型结构，每个刚性支撑块13的高度一致。优选的，刚性支撑块13与第一调节气囊12同排设置。浮动式框架基座16可由型钢与钢板焊接加工而成，位于浮动式框架基座16两侧的浮动式框架基座纵梁19通过第一调节气囊12和刚性支撑块13连接于基座17上，进而使得浮动式框架基座16连接于基座17上。

驱动电机1、水平分支转子以及第一负载7依次传动连接，即驱动电机1的输出轴通过驱动电机轴胀套29与扭矩传感器28连接，并通过膜片联轴器26驱动水平分支转子水平分支转子的另一端与第一负载7传动连接。优选的，驱动电机1上安装有一支撑防护罩25，其内装有滚动轴承35，用于保护扭矩传感器28。同时驱动电机1、水平分支转子以及第一负载7均连接于浮动式框架基座16的上表面，此处浮动式框架基座16的上表面是指背离于基座17的一面。水平分支转子可为一段式结构，即为单根轴系，也可为多段式结构，如水平分支转子可为2段式、3段式甚至更多段的轴系通过传动结构连接形成。为更好地适应试验装置的检测功能，优选水平分支转子为多段式结构，特别优选的，水平分支转子为三段式结构，即水平分支转子包括第一轴段15、第二轴段14和第三轴段9。水平分支转子为三段式结构时的连接方式为：驱动电机1、第一轴段15、第二轴段14、第三轴段9以及第一负载7依次同传动连接。第一负载7可为模拟气垫船的风扇，也可为磁粉制动器，用于对水平分支转子施加负载力矩。第一轴段15与第二轴段14通过膜盘联轴器24连接水平分支转子轴承轴段32，第三轴段9直接连接水平分支转子轴承轴段32。第一轴段15、第二轴段14以及第三轴段9均通过水平分支转子轴承轴段32由调心球轴承34利用对应的轴承座33支撑于浮动式框架基座16上。第三轴段9通过膜盘联轴器24连接齿轮箱的小齿轮轴法兰41。各轴承通过轴承座端盖31压紧于轴承座内，轴承座两侧安装有密封圈30用于对轴承进行密封。同时，各轴段间的连接优选采用柔性联轴器，即通过各调心球轴承34与柔性联轴器的使用，允许水平分支转子各轴段间可发生较大变形，从而较佳地模拟气垫船船体发生整体中垂、中拱等变形时轴系运行状态，参见附图11。

本发明装置通过机构设计可有效模拟气垫船静止在陆地时与在水面航行时的工作状态，为开展刚性与浮动工况下气垫船垫升轴系转子动力学特性对比试验研究奠定良好的基础。参考图1和图2，工作原理为通过调整浮动式框架基座16下方第一气囊12与刚性支撑块13的形式与组合方式，实现对于刚性与浮动两种工作状态的模拟：

模拟刚性工作状态时，对浮动式框架基座16下方的两排第一调剂气囊12充气，顶起整个浮动式框架基座16。在浮动式框架基座16的浮动式框架基座纵梁19上预制螺栓孔，通过螺栓21穿过螺栓孔并旋入预先放置在基座17上T型槽的T型块内，将各刚性支撑块13插在刚性支撑用螺栓21上，调整第一调节气囊12的进气量，使得浮动式框架基座16接触每个刚性支撑块13，则此时浮动式框架基座16为水平状态。通过螺母22旋入螺栓21内，以压紧每一组刚性支撑块13，从而使得浮动式框架基座16刚性支撑于基座17上。

模拟浮动工作状态时，拆下所有的刚性支撑块13，排出位于中间位置的第一调节气囊12中的气体，保持位于基座17四角的四个第一调节气囊12为充气状态，浮动式框架基座16通过四个第一调节气囊12浮动支撑于基座17上。此时，浮动式框架基座16中部自由下沉，呈现“浮动”于基座17上的状态。优选的，两排第一调节气囊12中，位于浮动式框架基座16四角位置的气囊承载力大于位于中部的气囊承载能力。

进一步的，参见图1和图6，在水平分支转子各轴承座33的顶部均设置有激振器3。优选的，激振器3通过软绳悬挂于型材加工而成的龙门架2上，其激振器连杆47的头部安装有第一力传感器48，可以实时测量激振力的大小。各激振器3的激励形式、频率以及幅值等参数可以通过调节其控制器及放大器实现，以模拟各种激励形式，如正弦波、方波以及随机振动等。激振器3的设置可模拟多激励的工况，使得模拟装置更加贴合于实际工况，提高模拟装置试验数据的精度。

实施例2

本实施例2是在实施例1的基础上形成，通过设置垂直分支转子系统进一步完善垫升轴系振动模拟装置，为大型气垫船垫升轴系的振动检测与控制提供试验支撑。具体地：

重点参见图5与图7，垂直分支转子系统包括垂直分支转子、用于支撑垂直分支转子的支撑架、锥齿轮箱10以及第二负载4。支撑架内安装有垂直分支转子与锥齿轮箱10，并且垂直分支转子通过锥齿轮箱10与水平分支转子实现动力的传递。支撑架可通过螺栓安装于浮动式框架基座16中部靠后的位置，如支撑架位于第二轴段14和第三轴段9连接处。优选的，支撑架为上下两部分结构，分别为第一支撑架5和第二支撑架6。第一支撑架5与第二支撑架6的形状可根据实际情况而定，如将第一支撑架5设计为圆形支撑架，将第二支撑架6为方形支撑架。第一支撑5可通过螺栓连接于第二支撑架6的顶部，更好地适应装置的安装与维护。

为了更精确地模拟实际垫升轴系，优选的，垂直分支转子设置为两段式结构。试验垂直分支转子包括上轴段51和下轴段37，参见图5和图7，其上轴段51、下轴段37两者均可为空心轴或实心轴中的任一种。下轴段37连接锥齿轮箱10的齿轮箱垂直输出轴38，下轴段37由空心双膜片联轴器模拟。优选的，下轴段37靠近齿轮箱垂直输出轴38的端部安装有一表面平整的第一圆盘36，第一圆盘36用于传感器采集信号，解决了因下轴段37上安装有较多螺栓不便于振动信号采集的技术问题。上轴段51优选为阶梯轴结构，通过上轴承50和下轴承55支撑于第一支撑架5上。其中，上轴承50为圆柱滚子轴承，不承受轴向力，下轴承55为四点接触球轴承，可承受轴向力。因此，上轴段51的轴向力可通过下轴承55传递至支撑架上，避免对下轴段37和锥齿轮箱10内的齿轮啮合产生影响。

锥齿轮箱10内设有一组相互垂直布置的锥齿轮，其中小齿轮44安装于小齿轮轴43上，该轴通过小齿轮轴轴承45水平安装于齿轮箱10内；大齿轮42安装于齿轮箱垂直输出轴38上，该轴通过大齿轮轴轴承39垂直安装于齿轮箱10内。小齿轮轴43的一端通过鼓形齿联轴器46和第二轴段14连接；另一端通过小齿轮轴花键40连接小齿轮轴法兰41，用于向第三轴段9传递动力。齿轮箱垂直输出轴38与下轴段37连接，将动力传递给垂直分支转子。第二负载4的输入轴可与上轴段51的顶部同轴连接，同时也可通过皮带58进行侧面传动连接。当然，皮带58可替换成传动链。

优选的，上轴段51的中部通过胀套56安装有第二圆盘57，在第二圆盘57靠近边缘沿圆周方向均布有多个螺纹孔53。螺纹孔53用于加装不同重量的螺栓，并通过加装位置的调配，可产生不同大小的旋转不平衡力，即产生不平衡激励力，扩展了试验检测项目，进一步提高与实际工况的匹配度。

进一步的，在第一支撑架5的中部高于第二圆盘57的位置安装有环形板52，同时在第二圆盘57与环形板52上设有相适配的通孔54。因上轴段51采用阶梯轴形式，可将第二圆盘57中间的胀套56松开后并向上抬起，通过螺栓穿过第二圆盘57和环形板52上的通孔54，进而将圆盘固定于环形板52上，实现了在不拆卸整个支撑架的条件下，将第二圆盘57和上轴段51进行分离，简化操作流程，提高工作效率。

实施例3

本实施例3是在实施例2的基础上形成，通过设置纵向力加载机构，进一步完善了垫升轴系振动模拟装置，可实现对于气垫船垫升轴系更准确的模拟。具体地：

参见图9，纵向力加载机构主要用于对垂直分支转子的上轴段51产生向上的拉力，包括立柱59、第一承力板68、第二调节气囊76、第二承力板77和拉力轴82。第二承力板77通过多根立柱59安装于第一支撑架5顶部的承载板49上，立柱59的数量优选为4根。多个第二调节气囊76均布于第一承力板68和第二承力板77之间，第一承力板68通过第二调节气囊76实现相对于第二承力板77的上下移动，每个第二调节气囊76均通过气囊螺栓连接孔与进出气口84实现与承力板之间的连接和充、放气操作。拉力轴82的上部通过双向推力轴承78安装在长轴套71内，双向推力轴承78的内圈通过推力轴承压盖79安装在拉力轴82上，外圈通过推力轴承压盖79压紧在长轴套71内。同时，推力轴承压盖79顶部为平面，还可连接激振器3，从而将激振力向下传递。长轴套71与第一承力板68之间设置有第二力传感器72，同时拉力轴82的下端优选通过螺纹的方式与上轴段51的顶部连接，优选的，拉力轴82的下端为外螺纹，上轴段51的顶部为内螺纹。长轴套71与第二承力板77间通过直线轴承80进行连接。长轴套71仅进行垂直方向的移动，为防止长轴套71发生转动，在第一承力板68上安装有两个防转块70，通过其与长轴套71间的平面接触限制长轴套71的转动；同时，当第二调节气囊76放气时，第一承力板向下移动，因此可通过两个防转块70带动长轴套71下移。

纵向力加载架构的工作原理为：当第二调节气囊76进气后，向上顶起第一承力板68，第一承力板68带动拉力轴82向上运动，进而通过拉力轴82给上轴段51施加纵向拉力载荷，第二力传感器71用于实时测量拉力值的大小。

优选的，参见图8-9所示，为解决由于拉力轴82与上轴段51间螺纹连接引起的仅可单一方向转动、而反向转动时容易引起螺纹松动的技术问题，在拉力轴82的底部稍高于外螺纹的位置被加工为和上轴段51顶部具有同样尺寸、同样形状的多边形结构，优选为六边形。在拉力轴82的下端套设有相适配形状的内多边形轴套73，同时在拉力轴82多边形截面上布置有上螺纹孔74和下螺纹孔75，可将轴套73通过螺栓固定在任一螺纹孔内，使得轴套73固定在不同高度上。当拉力轴82与上轴段51不连接时，轴套73固定在拉力轴82较高的上螺纹孔74处；当拉力轴82与上轴段51间的螺纹83相互旋入后，将轴套73滑动至两轴连接的交界处并固定在下螺纹孔75处，此时轴套73分别与拉力轴82下端的多变形外圈、上轴段51顶部的多边形外圈适配卡接，即轴套73可在拉力轴82和上轴段51之间传递扭矩。上述结构的设置，解决了转子只能绕固定方向旋转的问题。进一步的，拉力轴82和上轴段51之间，在轴向还可设有弹簧垫圈81，可以通过调整其压紧量控制螺纹83的旋入量，保证轴套73可顺利在拉力轴82和上轴段51之间滑动。

设置有纵向力加载机构时，其第二负载4设置于上轴段51的侧面，通过皮带58与上轴段51实现传动连接，使得整体结构紧凑。具体的实施方式可为：

参见图8，在第一支撑架5顶部通过螺栓安装有承载板49，在承载板49的上面利用支撑板60安装第二负载4。在支撑板60上可安装有用于电气连接的电气连接块61。上轴段51顶部位置的外表面被加工为多边形，外侧套设有表面给加工为内多边形孔的第一外壳65(下半部分)和第二外壳66(上半部分)。第一外壳65和第二外壳66的内表面固定有一组滚动轴承63，滚动轴承63的内圈通过空心圆柱底座64安装在承载板49上，同时通过轴承锁紧螺母62实现对滚动轴承63的定位锁紧。上轴段51转动时，通过多边形截面带动第一外壳65和第二外壳66旋转，再通过安装在第一外壳65和第二外壳66上的传动带58带动第二负载4的皮带轮67转动，使得皮带传动产生的张紧侧向力通过滚动轴承63传递到承载板49上，避免对上轴段51产生额外的侧向力，从而实现对于气垫船垫升轴系更精确的模拟。

实施例4

本实施例是在实施例1-3任一实施例的基础上形成，通过于浮动式框架基座16上设置浮动加载机构，实现对船体发生整体中垂变形、中拱变形以及不同波浪载荷变形的模拟。具体地：

参见图2和图3，浮动式框架基座16的中部下方安装有浮动加载机构18，浮动加载机构18优选为活塞杆上下运动的液压系统。在浮动工作状态下，根据试验目的与要求调节浮动加载机构18的进、出油的流量与压力，带动浮动式框架基座16以特定的频率与幅值进行上下大幅波动，实现对船体发生整体中垂变形、中拱变形以及不同波浪载荷变形的模拟。通过设置浮动加载机构，使得本模拟试验装置可模拟进行遭遇波浪时气垫船垫升轴系转子动力学特性试验研究，并可与气垫船在水面稳定航行时(不操作浮动加载机构18时)的试验结果进行对比，从而为此类大型气垫船垫升轴系的振动监测与控制提供试验支撑。

优选的，为确保浮动式框架基座16在上下大幅波动时的安全，在基座17上安装有多个防侧倾杆20。防侧倾杆20的中间竖杆位于浮动式框架基座16内侧，其带有弯钩的顶部横杆位于纵梁19的上方，且弯钩实现对纵梁19的限位，防止浮动式框架基座16及其上的转子系统的侧翻。其防侧倾杆20带有弯钩的顶部横杆略高于浮动式框架基座16的纵梁19的上表面，正常工作状态下不会对试验装置的运行产生影响。进一步的，在浮动式框架基座16上还安装有若干包围转子系统的防护罩23，可防止螺栓飞出。

实施例5

本实施例是在实施例1-4任一实施例的基础上形成，通过对水平分支转子连接的负载以及垂直分支转子连接的负载的优化，提高试验装置试验效果的同时，降低能源消耗。具体地：

参见图6，与水平分支转子连接的第一负载7优选为加载电机，该加载电机作为发电机使用，可将水平分支转子的旋转机械能转化为电能，并回馈到电路系统中。通过控制加载电机即第一负载7的扭矩，可以实现对于水平分支转子负载功率的控制。当以正弦波等一定形式的信号控制该加载电机的扭矩变化时，可以实现对转子系统的扭振激励。

参见图8，与垂直分支转子连接的第二负载4优选为加载电机，该加载电机作为发电机使用，将垂直分支转子的旋转机械能转化为电能，并回馈到电路系统中。通过控制加载电机即第二负载4的扭矩，可以实现对于垂直分支转子负载功率的控制。当以正弦波等一定形式的信号控制该加载电机的扭矩变化时，可以实现对转子系统的扭振激励。

为此，利用试验装置中的第二圆盘57产生不平衡激励力、纵向力加载机构产生纵向激励力、第一负载电机7和第二负载电机4产生扭矩波动、轴承座33上的激振器3产生各种形式的激振力，可以分别给转子系统施加弯曲振动激励、纵向振动激励、扭转振动激励，以及其它结构传递来的各种形式的激励。通过测量转子系统各处的振动情况并分析试验结果，可以实现对试验装置中不同轴段间和不同结构间的振动耦合现象与振动传递作用进行试验研究，从而为气垫船垫升轴系、风力发电机、直升机减速器等此类锥齿轮-转子-轴承系统的振动监测与控制提供试验支撑。

实施例6

本实施例6是在实施例1-5任一实施例的基础上形成的一种垫升轴系振动模拟试验台，采用实施例1-5任一所述的垫升轴系振动模拟试验装置，还包括传感器、电路控制系统等。

参见图10，除扭矩传感器28、第一力传感器48以及第二力传感器72外，为测量试验台与转子系统的振动情况，在试验台的关注位置安装有各种类型的振动传感器。其中，扭矩传感器28连接于扭矩传感器基座27上，加速度传感器85利用粘接或螺栓连接的方式安装在各轴承座33、锥齿轮箱10、各基座上。电涡流传感器86利用电涡流传感器工装或磁性座87安装在试验台主基座17上。所有传感器均需调整至其线性测量范围内，以保证测量的精度。

控制试验台运转的电路控制系统由控制驱动电机1转动的电路、控制纵向力加载机构与浮动加载机构18工作的电路、控制激振器3与各传感器工作的电路、以及第一负载7和第二负载4产生电能的回馈电路等组成。试验台还配置有一操作台(未示出)，其上包括控制按钮与状态监测显示器。各控制按钮可以对驱动电机1的转速、第一负载7和第二负载4的负载功率、第一调节气囊12和第二调节气囊76的充放气量、浮动加载机构18的行程与频率等进行控制；状态监测显示器则可用来监测上述各被控制量的实时变化。同时，操作台保留了与PC间的接口，因此亦可由PC对上述参数进行控制。所有传感器测量得到的信号以及上述各参数的变化过程，均通过数据采集系统存储到PC端，用于进一步对试验结果进行分析。

在本申请的描述中，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申请和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种垫升轴系振动模拟试验装置，其特征在于，包括基座(17)、浮动式框架基座(16)、第一调节气囊(12)、刚性支撑块(13)、驱动电机(1)、水平分支转子以及第一负载(7)；

所述浮动式框架基座(16)位于所述基座(17)上方，多个所述第一调节气囊(12)均布于所述浮动式框架基座(16)与所述基座(17)之间，所述刚性支撑块(13)以可拆卸方式安装于所述浮动式框架基座(16)与所述基座(17)之间；

所述驱动电机(1)、所述水平分支转子以及所述第一负载(7)依次传动连接，所述驱动电机(1)、所述水平分支转子以及所述第一负载(7)连接于背离所述基座(17)一面的所述浮动式框架基座(16)上；

所述水平分支转子为一段式结构或多段式结构；

还包括垂直分支转子和第二负载(4)，所述垂直分支转子通过支撑架保持竖立，所述垂直分支转子包括下轴段(37)和上轴段(51)，所述下轴段(37)通过锥齿轮箱(10)与所述水平分支转子传动连接，所述上轴段(51)与所述第二负载(4)传动连接。

2.根据权利要求1所述的垫升轴系振动模拟试验装置，其特征在于，还包括浮动加载机构(18)，所述浮动加载机构(18)安装于所述浮动式框架基座(16)下方，所述浮动加载机构(18)用于使所述浮动式框架基座(16)产生中垂变形、中拱变形或模拟波浪载荷。

3.根据权利要求2所述的垫升轴系振动模拟试验装置，其特征在于，还包括多个防侧倾杆(20)，所述防侧倾杆(20)用于防止所述浮动式框架基座(16)发生侧翻。

4.根据权利要求1所述的垫升轴系振动模拟试验装置，其特征在于，所述上轴段(51)连接有第二圆盘(57)，所述第二圆盘(57)上均布有多个螺纹孔(53)。

5.根据权利要求4所述的垫升轴系振动模拟试验装置，其特征在于，所述支撑架内安装有环形板(52)，所述环形板(52)位于所述第二圆盘(57)的一侧，所述环形板(52)用于固定拆卸后的所述第二圆盘(57)。

6.根据权利要求1所述的垫升轴系振动模拟试验装置，其特征在于，还包括纵向力加载机构，所述纵向力加载机构包括拉力轴(82)、第一承力板(68)、第二承力板(77)、第二调节气囊(76)以及立柱(59)，所述第二承力板(77)通过多根所述立柱(59)连接于所述支撑架顶部，所述第一承力板(68)通过多个所述第二调节气囊(76)连接于所述第二承力板(77)上，所述拉力轴(82)依次穿过所述第一承力板(68)、所述第二承力板(77)后与所述上轴段(51)传动连接，所述拉力轴(82)与所述第一承力板(68)同步上下运动。

7.根据权利要求6所述的垫升轴系振动模拟试验装置，其特征在于，所述拉力轴(82)与所述上轴段(51)通过螺纹配合连接，所述拉力轴(82)与所述上轴段(51)连接的端部设有相同形状的多边形外圈，所述拉力轴(82)的多变形外圈套设有轴套(73)，所述轴套(73)可同时套设于所述拉力轴(82)与所述上轴段(51)端部的多边形外圈上。

8.根据权利要求1所述的垫升轴系振动模拟试验装置，其特征在于，所述第一负载(7)和\或所述第二负载(4)为具有发电机功能的电动机。

9.一种垫升轴系振动模拟试验台，其特征在于，采用如权利要求1-8任一所述的垫升轴系振动模拟试验装置，还包括电路控制控系统以及传感器。

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