CN112519979B - 一种主动减振流激振动噪声简易试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型主动减振流激振动噪声简易试验装置，包括拖车、模型控制系统、动力系统和主动减振控制系统；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；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；所述主动减振控制系统包括作动器和作动器控制器；本发明结构简单、操作便捷，环境适应能力强、振动低、稳定性好。

Description

一种主动减振流激振动噪声简易试验装置

技术领域

本发明涉及一种流激振动噪声简易试验装置，尤其涉及一种新型主动减振流激振动噪声简易试验装置，属于船舶试验装置减振领域。

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。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，并对其振动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，而且本发明具有结构简单、操作便捷，环境适应能力强、振动低、稳定性好等优点，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拖曳水池拖车结构复杂，操作困难，成本高昂和振动明显问题，提出一种新型主动减振流激振动噪声简易试验装置。该装置结构简单，能够研究不同速度下模型声振特性，同时可减小振动对试验的影响。

本发明的目的是这样实现的：

一种新型主动减振流激振动噪声简易试验装置，包括拖车、模型控制系统、动力系统和主动减振控制系统。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；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。

前述的新型主动减振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。

前述的新型主动减振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。

前述的新型主动减振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。

前述的新型主动减振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，实现模型六自由度运动，进行流激振动噪声试验。

前述的新型主动减振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f_s与拖曳模型固有频率f_n不同，避免共振，减小试验误差。

前述的新型主动减振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。

前述的新型主动减振流激振动噪声简易试验装置，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：

本发明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f_s与拖曳模型固有频率f_n不同，从而避免共振，减小试验误差；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、振动低、稳定性好等优点，对流激振动噪声试验具有重要意义。

附图说明

图1是一种新型主动减振流激振动噪声简易试验装置结构立体图；

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.作动器控制器；8.作动器；9.测速仪；10.拖车轮；11.数据采集系统；12.液压装置；13.升降杆；14.模型；15.滑道；16.开孔；17.电机控制器；18.步进电机；19.电机驱动器；20.拖车基座。

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，对本发明新型主动减振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10和拖车基座20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12和三级升降杆13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12上端与齿条正中固定，下端通过滑块可在滑道15内左右运动，升降杆13上端与液压装置相连，升降杆下端连接试验模型14，液压装置12控制升降杆13通过开孔16进行垂向运动；拖车步进电机18、测速仪9、电机驱动器19及电机控制器17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，进行流激振动噪声试验；作动器控制器7与作动器8固定在拖车基座上，用于对拖车振动进行控制。

2)本装置通过控制器17调节步进电机18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13的直径，使升降杆的漩涡发放频率与拖曳模型14固有频率不同，避免结构共振；同时安装作动器8，通过传感器采集振动信号反馈给控制器7，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；拖车轮10内径为0.35m，限位轮外径为0.5m；拖车基座20厚度均为0.1m，基座正中有长4m×宽0.2m的矩形开孔16，以及两道长4m×宽0.05m×高0.05m 的滑道15；传动电机基座2为长1m×宽0.4m×高0.42m的结构；测速仪9高度为0.4m；拖车步进电机18额定功率为5kw，电机驱动器19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12固定，齿条长为4m，厚为0.05m，液压装置12直径为0.4m，高为0.42m，底部固定两个滑块在滑道15内滑行；升降杆13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；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)开始流激振动噪声试验前，由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f_s与拖曳模型固有频率f_n不同，避免发生共振，减小试验误差；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 (1)

1.一种主动减振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、动力系统和主动减振控制系统；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，电机基座通过螺栓固定在拖车上，传动电机与减速器通过带传动，传动齿轮与传动齿条通过齿轮啮合，通过传动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，液压装置控制升降杆通过矩形开孔进行垂向运动；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，所述动力系统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，实现模型前后上下左右六个方向运动，进行流激振动噪声试验，测速仪固定在拖车前进方向左侧；所述主动减振控制系统包括作动器和作动器控制器，固定在拖车前进方向左侧，用于对拖车振动进行控制；还包括数据采集系统，所述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；

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；

开始流激振动噪声试验前，由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f_s与拖曳模型固有频率f_n不同，避免发生共振，减小试验误差；利用作动器传感器采集信号，将信号反馈给作动器控制器，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。

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