CN112498608B - 一种新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置，包括拖车、动力系统、模型控制系统和主动减振控制系统；所述拖车包括拖车梁、拖车车轮、拖车车体、轨道、开孔和减振装置组成拖车主体结构；所述动力系统由拖车电机、测速仪、驱动器及控制器组成；所述模型控制系统由传动装置、传动电机、传动电机控制器、传动电机驱动器、液压装置和升降杆组成；所述主动减振控制系统包括作动器和作动器控制器，固定在拖车中部车体上；本发明通过拖车，传动装置，液压装置实现模型六自由度运动；通过在拖车底座以及拖车梁上安装减振垫，降低车轮及电机的振动传递，从而实现拖车的低噪声运行，结构简单、操作便捷，环境适应能力强、噪声低、稳定性好。

Description

一种新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置

技术领域

本发明属于船舶试验装置减振降噪领域，具体成果形式为拖曳水池新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置。

背景技术

传统水池拖车通常体积庞大，结构复杂，且配备大功率设备，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。在试验过程中，电机的运转以及拖车车轮与轨道间的摩擦都会产生振动，不仅在一定程度上影响试验结果，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。因此，设计一型简易流激振动噪声试验装置，并对其振动噪声控制进行研究具有重要意义。

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(申请号：CN201320099575.4)；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公布了一种新型拖曳水池拖车，通过安装假底达到海底区域海洋结构物水动力性能的技术要求，假底通过可拆卸撑杆与拖车车体连接，通过液压装置控制假底升降，拓宽拖曳水池试验对象，进一步提高试验能力，该专利并未涉及减振降噪领域，因此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，且目前没有专业测试流激振动噪声的试验装置。为此，本发明对一种新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置进行了介绍，为测试流激振动噪声提供了条件，而且本发明具有结构简单、操作便捷，环境适应能力强、噪声低、稳定性好等优点，对进行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拖曳水池拖车体积庞大，结构复杂，操作困难，成本高昂和振动噪声突出等问题，提出一种新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置。该装置结构简单，能够研究不同速度下模型振动声辐射特性，同时降低振动噪声对试验结果的影响。

本发明的目的是这样实现的：

一种新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置，包括拖车、动力系统、模型控制系统和主动减振控制系统。所述拖车包括拖车梁、拖车车轮、拖车车体、轨道、开孔和减振装置组成拖车主体结构，拖车车轮通过限位装置固定在轨道上；所述动力系统由拖车电机、测速仪、驱动器及控制器组成，可以实时监测并控制拖车运行状态，实现精准控制模型速度，研究不同速度下模型振动声辐射特性，均固定在拖车前进方向左侧；所述模型控制系统由传动装置、传动电机、传动电机控制器、传动电机驱动器、液压装置和升降杆组成，传动装置通过拖车梁轨道与拖车相连，传动装置内部安装与轨道结合滚轮，通过传动电机控制传动装置可操控模型横向运动，液压装置控制升降杆的垂向运动，升降杆下端连接模型；所述主动减振控制系统包括作动器和作动器控制器，固定在拖车中部车体上；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。

前述的新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置，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。

前述的新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置，其中所述的拖车车体设置三级阶梯用来降低拖车底座与水面距离，便于更换模型进行试验。

前述的新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置，其中所述的托车梁用于加强拖车结构，提高结构稳定性。

前述的新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置，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。

前述的新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置，其中所述的模型控制系统由传动装置、传动电机、传动电机控制器、传动电机驱动器、液压装置和升降杆组成，通过传动电机控制传动装置可操控模型横向运动，液压装置控制升降杆的垂向运动，升降杆下端连接模型；拖车电机、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，实现精准控制模型速度，实现模型六自由度运动，进行流激振动噪声试验，研究不同速度下模型振动声辐射特性。

前述的新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置，其中通过在拖车底座以及拖车梁上安装减振垫，降低车轮及电机的振动传递，从而实现拖车的低噪声运行，降低试验误差。

前述的新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置，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。

前述的新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置，其中所述的主动减振控制系统，通过传感器采集振动信号反馈给控制器，进而控制作动器发出与结构振动相反的激励，降低结构振动响应，减小对试验结果的影响。

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；拖车车体设置三级阶梯用来降低拖车底座与水面距离，便于更换模型进行试验；通过在拖车底座以及拖车梁上安装减振垫，降低车轮及电机的振动传递，从而实现拖车的低噪声运行，降低试验误差；基于主动控制原理，安装作动器，通过传感器采集振动信号反馈给控制器，进而发出与结构振动相反的激励，降低结构振动响应，减小对试验结果的影响。本发明具有结构简单、操作便捷，环境适应能力强、噪声低、稳定性好等优点，对流激振动噪声试验具有重要的意义。

附图说明

图1是一种新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置立体图；

图2是一种新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置工作示意图；

图3是模型传动系统示意图；

图4是减振垫示意图。

其中：1.拖车梁；2.拖车梁轨道；3.拖车电机；4.电机控制器；5.传动装置；6.传动电机驱动器；7.传动电机；8.传动电机控制器；9.数据采集系统；10.测速仪；11.电机驱动器；12.液压装置；13.开孔；14.拖曳模型；15.升降杆；16.作动器控制器；17.作动器；18.拖车底座减振垫；19.拖车梁减振垫；20.拖车车轮；21.拖车车体。

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-图4，以长120m，宽6m的拖曳水池为例，对本发明新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置进行详细描述。本发明的试验装置长为4m，宽为6m，高为3m，由拖车、动力系统和模型控制系统组成。拖车梁1、拖车车轮20、拖车车体21、拖车梁轨道2、开孔13、拖车底座减振垫18和拖车梁减振垫19组成拖车主体结构，拖车设置三级阶梯用来降低拖车底座与水面距离，通过在拖车底座以及拖车梁1上安装减振垫，降低车轮20及传动电机7的振动传递，从而实现拖车的低噪声运行；动力系统由拖车电机3、测速仪10、驱动器11及控制器4组成，可以实时监测并控制拖车运行状态，研究不同速度下模型振动声辐射特性；模型控制系统由传动装置5、传动电机7、传动电机控制器8、传动电机驱动器6、液压装置12和三级升降杆15组成，通过传动电机7控制传动装置5可操控模型横向运动，液压装置12控制升降杆15的垂向运动，升降杆15下端连接模型14，数据采集系统9可以实时监测并采集试验数据，进行流激振动噪声试验。

2)本装置通过设置三级阶梯状拖车车体21来降低拖车底座与水面距离，便于更换模型14进行试验；通过在拖车底座安装减振垫18以及拖车梁上安装减振垫19，降低车轮20及传动电机7的振动传递，从而实现拖车的低噪声运行，降低试验误差；同时安装作动器17，通过传感器采集振动信号反馈给控制器16，进而发出与结构振动相反的激励，降低结构振动响应，减小对试验结果的影响。

3)根据设计要求，该新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置具体尺寸如下：拖车梁1为方钢，尺寸为0.1m；拖车车轮20内径为0.2m，限位轮外径为0.3m；拖车车体21厚度均为0.1m，基座正中有长2m×宽0.4m的开孔13；为降低拖车车轮20与拖曳水池轨道间运行不协调产生的振动影响，在拖车底座安装拖车底座减振垫18，减振垫主体为橡胶结构，上下通过螺栓进行固定；测速仪10高为0.35m；拖车电机3额定功率为4.5kw，与拖车车体21间安装隔振器，减小振动传递，降低试验误差；拖车电机驱动器11输出电流为0.9A-3A；传动电机7额定功率为2.5kw，与传动装置5间安装隔振器，减小振动传递，降低试验误差；传动电机驱动器6输出电流为0.9A-3A；为降低传动电机7运行时的振动传递，在拖车梁底端安装拖车梁减振垫19；传动装置5与拖车梁通过轨道2内部通过齿轮进行传动；液压装置12与传动装置5底部固定，液压装置12直径为0.45m，高为0.35m；升降杆15设置3级升降，每级长度为0.8m，1级杆直径为0.40m，2级杆直径为0.35m，3级杆直径为0.30m；拖曳模型14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)根据试验要求，进行定速或变速试验，测速仪测得拖车运行速度，若为定速航行，则通过电机控制拖车定速行驶；若为变速航行，则通过测速仪不断反馈，电机控制拖车变速行驶；通过传动电机控制传动装置操控模型横向运动，达到指定位置即可锁定，保持静止；通过液压升降装置控制模型的垂向运动，满足试验要求的不同水深测试条件，提高试验能力；利用作动器传感器采集信号，将信号反馈给控制器，进而发出与结构振动相反的激励，降低结构振动响应，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)

1.一种新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置，其特征是，包括拖车、动力系统、模型控制系统和主动减振控制系统；所述拖车包括拖车梁、拖车车轮、拖车车体、轨道、开孔和减振装置组成拖车主体结构，拖车车轮通过限位装置固定在轨道上；所述动力系统由拖车电机、测速仪、驱动器及控制器组成，实时监测并控制拖车运行状态，实现精准控制模型速度，研究不同速度下模型振动声辐射特性，均固定在拖车前进方向左侧；所述模型控制系统由传动装置、传动电机、传动电机控制器、传动电机驱动器、液压装置和升降杆组成，传动装置通过拖车梁轨道与拖车相连，传动装置内部安装与轨道结合滚轮，通过传动电机控制传动装置操控模型横向运动，液压装置控制升降杆的垂向运动，升降杆下端连接模型；所述主动减振控制系统包括作动器和作动器控制器，固定在拖车中部车体上；数据采集系统实时采集试验数据，固定在拖车前进方向左侧，所述的主动减振控制系统，通过传感器采集振动信号反馈给控制器，进而控制作动器发出与结构振动相反的激励，降低结构振动响应，减小对试验结果的影响。

2.根据权利要求1所述的新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置，其特征是，所述的拖车车轮通过限位装置固定在轨道上，在运行的过程中保持拖车稳定。

3.根据权利要求1所述的新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置，其特征是，所述的拖车车体设置三级阶梯用来降低拖车底座与水面距离，便于更换模型进行试验。

4.根据权利要求1所述的新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置，其特征是，所述的拖车梁用于加强拖车结构，提高结构稳定性。

5.根据权利要求1所述的新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置，其特征是，所述的模型控制系统由传动装置、传动电机、传动电机控制器、传动电机驱动器、液压装置和升降杆组成，通过传动电机控制传动装置操控模型横向运动，液压装置控制升降杆的垂向运动，升降杆下端连接模型；拖车电机、测速仪、驱动器及控制器，实时监测并控制拖车运行状态，实现精准控制模型速度，实现模型六自由度运动，进行流激振动噪声试验，研究不同速度下模型振动声辐射特性。

6.根据权利要求1所述的新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置，其特征是，通过在拖车底座以及拖车梁上安装减振垫，降低车轮及电机的振动传递，从而实现拖车的低噪声运行，降低试验误差。

7.根据权利要求1所述的新型主动减振低噪声流激振动噪声试验装置，其特征是，所述升降杆直径的变化改变其阻抗特性，造成阻抗失配，一定程度上减小振动能量沿升降杆的传递。

Images