CN112498606A - 一种防共振的流激振动噪声简易试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种防共振的流激振动噪声简易试验装置，包括拖车、模型控制系统和动力系统；所述拖车包括拖车基座、拖车轮、拖车梁和矩形开孔组成拖车主体结构；所述模型控制系统包括电机基座、传动电机、减速器、传动齿轮、传动齿条、液压装置、升降杆和滑道；所述动力系统包括步进电机、电机控制器、电机驱动器；还包括数据采集系统，所述数据采集系统可以实时采集试验数据，固定在拖车前进方向左侧。本发明通过控制器调节步进电机转速，控制拖车运行速度；若试验要求速度一定，则通过改变升降杆直径，使升降杆的漩涡发放频率fs与拖曳模型固有频率fn不同，避免共振，减小试验误差；通过在齿轮、齿条上安装减振橡胶套，减小振动能量传递，降低试验误差。

Description

一种防共振的流激振动噪声简易试验装置
技术领域
本发明属于船舶试验装置减振领域，具体成果形式为拖曳水池防共振的流激振动噪声简易试验装置。
背景技术
传统水池通常配备大功率行车及相应设备，不仅结构复杂，而且操作困难，成本高昂，在试验过程中，会由设备激励引起的结构振动并向外辐射噪声，而流激振动噪声试验通常试验模型结构简单，尺寸小，其本身振动噪声量级相对较小，由设备引起的振动噪声对流激振动噪声试验结果影响较大。此外，当模型固定杆漩涡的发放频率与试验模型的固有频率相近时，易发生共振，不仅会影响试验结果，还会造成拖车的仪器设备精度下降，甚至会引起结构的破坏或失效，通过改变柱体运行速度和结构直径可有效错开涡放频率与拖曳模型固有频率，从而降低结构振动对试验的影响。同时，试验过程中，由于传动装置间相互摩擦，不仅降低设备寿命，更会产生偶发振动，一定程度上影响试验结果的准确性。因此，设计一型对船舶流激振动噪声模型试验影响较小的试验装置具有重要的工程应用价值。
通过对现有文献及专利检索发现，目前鲜有对流激振动噪声试验拖车的研究，与本发明类似的公开资料主要包括：1、水池试验拖车的振动控制与减振研究(2007年工学硕士论文)；2、拖曳水池拖车结构方案设计(《机电工程》2015年12月)；3、一种前置式水池拖曳试验装置(申请号：CN201510537809.2)。
文献1通过动力吸振、阻尼消振以及两级减振等减振隔振方案降低低频低幅下拖车和设备的振动；并根据实际工况选择合适的减振设备，合理的选择设备及模型的安装位置，进而完成拖车试验系统的减振隔振设计，但当试验模型或工况变化时，不能及时调整拖车和设备状态，与本专利存在较大的差异。文献2建立了拖车的仿真模型，通过有限元分析中央侧桥的固有频率，避免与被试品固有频率相近发生共振，，对车体本身要求较高，本专利通过控制器调节步进电机转速，控制拖车运行速度或通过改变升降杆直径，避免升降杆涡放频率与试验品固有频率相近发生共振，所以与本专利存在较大差异。专利3设计了一种前置式水池拖曳试验装置，改进了现有拖车将被试品置于底部形成封闭区域造成拖曳速度与气流速度不一致的情况，从而降低了试验误差，，但没有考虑振动噪声对试验结果的影响，与本专利存在较大差异。
综上所述，目前已公开发表的文献及专利与本发明均存在较大差异，且目前没有流激振动噪声专用试验装置。为此，本发明对一种防共振的流激振动噪声简易试验装置进行了介绍，为测试流激振动噪声提供了条件，本发明具有结构简单、操作便捷，环境适应能力强、防共振、试验误差小等优点，对流激振动噪声试验具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是针对流激振动噪声模型试验存在试验精度差、易产生共振等弊端，设计一种防共振的流激振动噪声简易试验装置。该装置结构简单，不仅能够实现不同航速下流激振动噪声模型试验，同时可防止发生共振，减小试验误差。
本发明的目的是这样实现的：
一种防共振的流激振动噪声简易试验装置，包括拖车、模型控制系统和动力系统。所述拖车包括拖车基座、拖车轮、拖车梁和矩形开孔组成拖车主体结构，拖车车轮通过限位装置固定在轨道上；所述模型控制系统包括电机基座、传动电机、减速器、传动齿轮、传动齿条、液压装置、升降杆和滑道，基座通过螺栓固定在拖车上，电机与减速器固定在基座上，并通过带传动；电机与减速器通过带传动，减速器与传动齿轮相连，齿轮与传动齿条相啮合；液压装置上端与齿条正中固定，下端通过滑块可在滑槽内左右运动，升降杆一端与液压装置相连，另一端与拖曳模型相连；所述动力系统包括步进电机、电机控制器、电机驱动器，均固定在拖车前进方向右侧，测速仪固定在拖车前进方向左侧；数据采集系统可以实时采集试验数据，固定在拖车前进方向左侧。
本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。
前述的防共振的流激振动噪声简易试验装置，其中所述的托车梁用于加强拖车结构，提高结构稳定性。
前述的防共振的流激振动噪声简易试验装置，其中所述的拖车车轮通过限位装置固定在轨道上，可在运行的过程中保持拖车稳定。
前述的防共振的流激振动噪声简易试验装置，其中所述的数据采集系统可以实时采集数据，提高试验效率，解放劳动力。
前述的防共振的流激振动噪声简易试验装置，其中所述的模型控制系统由电机基座、传动电机、减速器、传动齿轮、传动齿条、液压装置、升降杆和滑道组成，通过电机控制减速器带动齿轮传动可操控船模横向运动；液压装置控制升降杆的垂向运动，升降杆下端连接试验模型；拖车步进电机、测速仪、驱动器及控制器可以实时监测并控制拖车运行状态，从而精准控制试验模型速度，实现试验模型六自由度运动，进行流激振动噪声试验。
前述的防共振的流激振动噪声简易试验装置，其中所述升降杆直径的变化可改变其阻抗特性，造成阻抗失配，一定程度上减小振动能量沿升降杆的传递。
前述的防共振的流激振动噪声简易试验装置，其中所述的步进电机控制器调节步进电机转速，控制拖车运行速度；若试验要求速度一定，则通过改变升降杆直径，使升降杆的漩涡发放频率fs与拖曳模型固有频率fn不同，避免共振，减小试验误差。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
提出一种新型简易流激振动噪声试验装置；通过拖车，传动装置，液压装置实现模型六自由度运动；通过控制器调节步进电机转速，控制拖车运行速度；若试验要求速度一定，则通过改变升降杆直径，使升降杆的漩涡发放频率fs与拖曳模型固有频率fn不同，避免共振，减小试验误差；通过在齿轮、齿条上安装减振橡胶套，减小振动能量传递，降低试验误差；通过安装数据采集系统，实时监测并采集试验数据，提高试验效率。本发明具有结构简单、操作便捷，环境适应能力强、防共振、试验误差小等优点，对流激振动噪声试验具有重要的工程意义。
附图说明
图1是一种防共振的流激振动噪声简易试验装置结构示意图；
图2是一种防共振的流激振动噪声简易试验装置工作示意图；
图3是模型传动系统示意图；
图4是拖车滑道及矩形开孔示意图。
其中：1.拖车梁；2.电机基座；3.传动电机；4.减速器；5.传动齿轮；6.传动齿条；7.测速仪；8.数据采集系统；9.车轮；10.液压装置；11.升降杆；12.试验模型；13.滑道；14.矩形开孔；15.电机控制器；16.步进电机；17.电机驱动器；18.基座。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
1)结合图1，以长100m，宽7m的拖曳水池为例，对本发明防共振的流激振动噪声简易试验装置进行详细描述。本发明的试验装置长为4.5m，宽为7m，高为2m，由拖车、模型控制系统、动力系统组成。拖车梁1、拖车轮9和拖车基座18组成拖车主体结构；模型控制系统由电机基座2、传动电机3、减速器4、传动齿轮5、传动齿条6、液压装置10和三级升降杆11组成，传动电机3与减速器4通过带传动，传动齿轮5与传动齿条6通过齿轮啮合，通过传动电机3控制减速器4带动齿轮传动可操控船模横向运动，液压装置10上端与齿条正中固定，下端通过滑块可在滑道13内左右运动，升降杆11上端与液压装置相连，升降杆下端连接试验模型12，液压装置10控制升降杆11通过矩形开孔14进行垂向运动；步进电机16、测速仪7、电机驱动器17及电机控制器15可以实时监测并控制拖车运行状态，从而实现精准控制船模速度，数据采集系统8可以实时监测并采集试验数据，进行流激振动噪声试验。
2)本装置通过控制器15调节步进电机16转速，控制拖车运行速度；若试验要求速度一定，则通过改变升降杆11的直径，使升降杆的漩涡发放频率与试验模型12固有频率不同，避免共振，减小试验误差；通过在齿轮、齿条上安装减振橡胶套，减小振动传递，降低试验误差。
3)根据设计要求，该防共振的流激振动噪声简易试验装置具体尺寸如下：拖车梁1为方钢，尺寸为0.08m；车轮9内径为0.35m，限位轮外径为0.5m；基座18厚度均为0.1m，基座正中有长4m×宽0.2m的矩形开孔14，以及两道长4m×宽0.05m×高0.05m的滑道13；传动电机基座2为长1m×宽0.4m×高0.42m的结构；测速仪7高度为0.4m；步进电机16额定功率为5kw，电机驱动器16输出电流为0.9A-3A；传动电机3额定功率为2kw；减速器4为二级减速器，传动比为10；传动齿轮5外径约为0.4m；传动齿条6与液压装置10固定，齿条长为4m，厚为0.05m，液压装置10直径为0.4m，高为0.42m，底部固定两个滑块在滑道13内滑行；升降杆11设置3级升降，每级长度为0.5m，1级杆直径为0.35m，2级杆直径为0.30m，3级杆直径为0.25m；试验模型12为流激振动噪声专用船模或水下航行器，重量可达50kg。
该发明装置具体工作过程如下：
1)拖车安装至拖曳水池轨道后，固定好试验模型，液压装置通过控制升降杆的垂向运动从而操控试验模型的垂向位置，通过电机控制减速器带动齿轮传动可操控试验模型横向运动，使试验模型到达指定位置；
2)开始流激振动噪声试验前，通过仿真或试验手段得到流激振动噪声试验模型的前几阶固有频率，流激振动噪声试验时，通过测速仪测试拖车运行速度，反馈给控制系统，通过控制器调节步进电机转速，控制拖车运行速度；若试验要求速度一定，则通过改变升降杆直径，使升降杆的漩涡发放频率fs与拖曳模型固有频率fn不同，避免发生共振，减小试验误差；试验时通过数据采集系统实时采集数据，试验结束后将装置固定在水池一侧。

Claims (7)

1.一种防共振的流激振动噪声简易试验装置，其特征是，包括拖车、模型控制系统和动力系统；所述拖车包括拖车基座、拖车轮、拖车梁和矩形开孔组成拖车主体结构，拖车车轮通过限位装置固定在轨道上；所述模型控制系统包括电机基座、传动电机、减速器、传动齿轮、传动齿条、液压装置、升降杆和滑道，基座通过螺栓固定在拖车上，电机与减速器固定在基座上，并通过带传动；电机与减速器通过带传动，减速器与传动齿轮相连，齿轮与传动齿条相啮合；液压装置上端与齿条正中固定，下端通过滑块可在滑槽内左右运动，升降杆一端与液压装置相连，另一端与拖曳模型相连；所述动力系统包括步进电机、电机控制器、电机驱动器，均固定在拖车前进方向右侧，测速仪固定在拖车前进方向左侧；还包括数据采集系统，所述数据采集系统可以实时采集试验数据，固定在拖车前进方向左侧。
2.根据权利要求1所述的防共振的流激振动噪声简易试验装置，其特征是，所述的托车梁用于加强拖车结构，提高结构稳定性。
3.根据权利要求1所述的防共振的流激振动噪声简易试验装置，其特征是，所述的拖车车轮通过限位装置固定在轨道上，可在运行的过程中保持拖车稳定。
4.根据权利要求1所述的防共振的流激振动噪声简易试验装置，其特征是，所述的数据采集系统可以实时采集数据，提高试验效率，解放劳动力。
5.根据权利要求1所述的防共振的流激振动噪声简易试验装置，其特征是，所述的模型控制系统由电机基座、传动电机、减速器、传动齿轮、传动齿条、液压装置、升降杆和滑道组成，通过电机控制减速器带动齿轮传动可操控船模横向运动；液压装置控制升降杆的垂向运动，升降杆下端连接试验模型；拖车步进电机、测速仪、驱动器及控制器可以实时监测并控制拖车运行状态，从而精准控制试验模型速度，实现试验模型六自由度运动，进行流激振动噪声试验。
6.根据权利要求1所述的防共振的流激振动噪声简易试验装置，其特征是，所述升降杆直径的变化可改变其阻抗特性，造成阻抗失配，一定程度上减小振动能量沿升降杆的传递。
7.根据权利要求1所述的防共振的流激振动噪声简易试验装置，其特征是，所述的步进电机控制器调节步进电机转速，控制拖车运行速度；若试验要求速度一定，则通过改变升降杆直径，使升降杆的漩涡发放频率fs与拖曳模型固有频率fn不同，避免共振，减小试验误差。
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