CN113465875A - 基于流速自适应的虚拟弹簧阻尼系统流致振动实验设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了基于流速自适应的虚拟弹簧阻尼系统流致振动实验设备,包括圆柱振子,圆柱振子两端均固定连接滑块,滑块固定连接皮带,皮带顶端啮合配合有第一皮带轮,皮带底端啮合配合有第二皮带轮,第一皮带轮通过设置的第一固定基座固定设置在滑道上,第二皮带轮通过设置的第二固定基座固定设置在轨道上,第一皮带轮固定连接转轴,转轴的端部固定连接电机,滑道上滑动设置测速仪。设置了圆柱振子、滑块及皮带、转轴及电机,使得圆柱振子是在流体的振动下进行上下移动,以抵抗扭矩的形式增加负阻尼来获取水动力能量收集;设置了测速仪可以检测流体的流速;整体结构简单,操作方便,便于拆装,测量数据精准。
Description
技术领域
本发明涉及流致振动实验设备技术领域,具体为基于流速自适应的虚拟弹簧阻尼系统流致振动实验设备。
背景技术
在Marine Renewable Energy Lab(MRELab)早期VIVACE系统中,使用的是物理弹簧和机械阻尼器。但是,振子为了克服阻力会有较大的能量损耗,所以必须最大限度的降低系统阻尼来获得较高的能量。国外很早尝试使用电子元件代替实体弹簧、阻尼器的设备,其中一个代表是VCTA(Virtual Cable Testing Apparatus),设备使用反馈控制并且实时的测量与计算涡激水动力;但是在实际的运行中VCTA相对于实体弹簧-阻尼系统存在12度与9度相位滞后;之后后续的相关设备都存在同样的之后问题。为了达到实验要求和目的,利用虚拟弹簧阻尼系统(Virtual spring-damping,Vck)Vck系统以抵抗扭矩的形式增加负阻尼来获取水动力能量收集。系统加上Vck减震器之后的总阻尼不能超过某个极限值,否则VIV和驰振这两个重要的流致振动都会被抑制,将使得实验设备的效率降低。Vck系统是用一个在流体中不包含闭环控制循环的模拟器来取代原有的物理振子,使得系统阻尼降低,同时该系统也便于测量流致振动的各种响应参数。目前使用的Vck系统消除了包括动态阻尼模型中的动态存储器,实现流致振动与能量收集无偏差。它补偿了系统的非线性阻尼。在该系统中首先通过系统识别、建模测试振子系统的阻尼的非线性表达式;之后将其植入控制系统产生“负阻尼”用来抵消系统的非线性阻尼;在系统“零阻尼”的基础上加入线性附加阻尼参数。Vck控制器使得理论的线性粘滞阻尼得以实现和实施。
Vck系统最显著的成就是,它不包括水动力封闭的控制回路,因此,没有偏差测量的现象。因此,Vck系统只模拟振子,完全不影响流致振动现象。它的开发周期较长,用于自由衰减测试和错误最小化的全新系统识别可能需要几个月乃至更长时间的建模和测试。但这一方法真正实现到了线性粘滞阻尼,同时也实现了快速调整流致振动实验的各种参数。Vck系统的实现需要相应地实验设备去支撑。
发明内容
针对背景技术中指出的问题,本发明提出基于流速自适应的虚拟弹簧阻尼系统流致振动实验设备。
本发明的技术方案是这样实现的:
基于流速自适应的虚拟弹簧阻尼系统流致振动实验设备,其特征在于:包括至少一个圆柱振子,所述圆柱振子两端均固定连接滑块,所述圆柱振子两端的所述滑块均固定连接皮带,所述皮带顶端啮合配合有第一皮带轮,所述皮带底端啮合配合有第二皮带轮,所述第一皮带轮通过设置的第一固定基座固定设置在滑道上,所述第二皮带轮通过设置的第二固定基座固定设置在轨道上,所述第一皮带轮固定连接转轴,所述转轴的端部固定连接电机,所述滑块两侧分别设置有第一滚轮和第二滚轮,所述第一滚轮抵接配合第一抵接板,所述第二滚轮抵接配合第二抵接板,所述第一抵接板与所述第二抵接板均固定设置在支撑外壳,所述圆柱振子两端的所述滑道上滑动设置测速仪。
本发明进一步设置为:所述圆柱振子包括圆柱外壳,所述圆柱外壳内设置有质量轴,所述质量轴两端固定连接圆柱内盖,所述圆柱内盖与所述圆柱外壳固定连接,所述圆柱内盖远离所述质量轴的一端固定连接圆柱外塞,所述圆柱外塞通过设置的连接件与所述滑块固定连接。
本发明进一步设置为:所述连接件包括连接本体,所述连接本体两侧分别设置有第一连接槽和第二连接槽,所述第一连接槽与所述圆柱外塞套接配合后通过螺栓固定,所述第二连接槽套接配合连接块后通过螺栓固定,所述连接块与所述滑块固定连接。
本发明进一步设置为:所述滑块顶端通过设置的上压块与所述皮带固定连接,所述滑块底端通过设置的下压块与所述皮带固定连接,所述第二固定基座上固定设置缓冲器,所述缓冲器包括缓冲活塞,所述缓冲活塞与所述滑块底部相配合。
本发明进一步设置为:所述第一固定基座包括支撑横板和支撑竖板,所述支撑竖板通过设置的联轴器与所述转轴转动配合,所述支撑横板上设置有多个卡槽,所述滑道上设置有多个倒T型滑槽,所述倒T型滑槽与所述卡槽垂直相交,所述支撑横板通过设置的螺栓与所述倒T型滑槽滑动配合,所述螺栓穿过所述卡槽及所述倒T型滑槽。
本发明进一步设置为:所述第二固定基座包括固定横板,所述固定横板与所述第二皮带轮转动配合,所述固定横板两端均固定连接滑动小块,所述滑动小块滑动配合侧板,所述侧板上螺纹配合调整螺钉,所述调整螺钉与所述滑动小块螺纹配合,所述侧板与所述支撑外壳底部固定连接,所述侧板底部固定设置在底板两端,所述轨道设置有一组小通槽,所述底板底部设置有多个外凸,所述外凸与所述小通槽套接配合。
本发明进一步设置为:所述转轴两端的所述支撑外壳顶部固定连接前挡板和后挡板,所述转轴处于所述前挡板和所述后挡板之间,所述前挡板和所述后挡板之间通过盖板固定连接。
本发明进一步设置为:所述圆柱振子两端的所述滑道上滑动设置测速仪固定板,所述测速仪固定板与所述测速仪固定连接,所述测速仪包括静压导出管和总压导出管。
综上所述,本发明的有益效果为:
1.设置了圆柱振子、滑块及皮带、转轴及电机,使得圆柱振子是在流体的振动下进行上下移动,以抵抗扭矩的形式增加负阻尼来获取水动力能量收集;
2.设置了测速仪可以检测流体的流速;
3.设置了缓冲器避免因流体的流速大而导致滑块与第二固定基座发生硬性碰撞,延长了设备的使用寿命;
4.整体结构简单,操作方便,便于拆装,测量数据精准。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构爆炸图;
图2为本发明中A处的结构示意图;
图3为本发明中B处的结构示意图;
图4为本发明的剖视结构示意图。
附图标记:1、圆柱振子;101、圆柱外壳;102、质量轴;103、圆柱内盖;104、圆柱外塞;2、滑块;201、上压块;202、下压块;3、皮带;4、第一皮带轮;5、第二皮带轮;6、第一固定基座;601、支撑横板;602、支撑竖板; 603、卡槽;7、滑道;701、倒T型滑槽;8、第二固定基座;801、固定横板; 802、滑动小块;803、侧板;804、调整螺钉;805、底板;806、外凸;9、轨道;901、小通槽;10、转轴;11、电机;12、第一滚轮;13、第二滚轮;14、支撑外壳;15、测速仪;151、静压导出管;152、总压导出管;16、连接件; 17、连接块;18、缓冲器;181、缓冲活塞;19、前挡板;20、后挡板;21、盖板;22、测速仪固定板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如下参考图1-4对本发明进行说明:
基于流速自适应的虚拟弹簧阻尼系统流致振动实验设备,包括至少一个圆柱振子1,不同的圆柱振子1安装在前后位置,水平位置均不同的位置。具体地,圆柱振子1包括圆柱外壳101,圆柱外壳101内设置有质量轴102,质量轴102 两端固定连接圆柱内盖103,圆柱内盖103与圆柱外壳101固定连接,圆柱内盖 103远离质量轴102的一端固定连接圆柱外塞104,圆柱外塞104通过设置的连接件16固定连接滑块2。连接件16包括连接本体,连接本体两侧分别设置有第一连接槽和第二连接槽,第一连接槽与圆柱外塞104套接配合后通过螺栓固定,第二连接槽套接配合连接块17后通过螺栓固定,连接块17与滑块2固定连接。
圆柱振子1两端均与滑块2固定连接,圆柱振子1两端的滑块2均固定连接皮带3,皮带3为正时皮带,皮带3顶端啮合配合有第一皮带轮4,皮带3底端啮合配合有第二皮带轮5,第一皮带轮4通过设置的第一固定基座6固定设置在滑道7上,第二皮带轮5通过设置的第二固定基座8固定设置在轨道9上,第一皮带轮4固定连接转轴10,转轴10的端部固定连接电机11,电机11为伺服电机。圆柱振子1固定在滑块2上,随着皮带3的顺时针传动或逆时针传动而上升或下降。
在滑块2与皮带3固定连接的具体方式中,滑块2顶端通过设置的上压块 201与皮带3固定连接,滑块2底端通过设置的下压块202与皮带3固定连接。
在第一固定基座6的具体结构中,第一固定基座6包括支撑横板601和支撑竖板602,支撑竖板602通过设置的联轴器与转轴10转动配合,支撑横板601 上设置有多个卡槽603,滑道7上设置有多个倒T型滑槽701,倒T型滑槽701 与卡槽603垂直相交,支撑横板601通过设置的螺栓与倒T型滑槽701滑动配合,螺栓穿过卡槽603及倒T型滑槽701,因此第一固定基座6可以在滑道7上进行滑动后固定。
在第二固定基座8的具体结构中,第二固定基座8包括固定横板801,固定横板801与第二皮带轮5转动配合,固定横板801两端均固定连接滑动小块802,滑动小块802滑动配合侧板803,侧板803上螺纹配合调整螺钉804,调整螺钉 804与滑动小块802螺纹配合,侧板803与支撑外壳14底部固定连接,侧板803 底部固定设置在底板805两端,轨道9设置有一组小通槽901,底板805底部设置有多个外凸806,外凸806与小通槽901套接配合,从而第二固定基座8完成位置更换后进行固定。进一步地,第二固定基座8上固定设置缓冲器18,缓冲器18包括缓冲活塞181,缓冲活塞181与滑块2底部相配合,当滑块2向下移动时,与缓冲活塞181相抵接,便于滑块2的缓冲作用,避免滑块2发生硬性碰撞。
滑块2两侧分别设置有第一滚轮12和第二滚轮13,第一滚轮12抵接配合第一抵接板,第二滚轮13抵接配合第二抵接板,第一抵接板与第二抵接板均固定设置在支撑外壳14,使得滑块2不能在水平方向上移动,只能在竖直方向上移动。
进一步地,转轴10两端的支撑外壳14顶部固定连接前挡板19和后挡板20,转轴10处于前挡板19和后挡板20之间,前挡板19和后挡板20之间通过盖板 21固定连接,避免流体对转轴10的冲击。
圆柱振子1两端的滑道7上滑动设置测速仪15,用于检测流体的流速。圆柱振子1两端的滑道7上滑动设置测速仪固定板22,测速仪固定板22与测速仪 15固定连接,测速仪15包括静压导出管151和总压导出管152。
在该设备的操作过程中:
放置:首先,将该设备放入水槽中,随之将其进行固定;
系统识别:振子系统需要通过自由衰减实验等方法确定系统的非线性阻尼,并植入电子弹簧;
调整:调整滑块2和圆柱振子1能在侧滑道7内自如的上下滑动。开启水槽电机,使水流动,通过控制面板调试使系统阻尼比达到要求;
开始试验,实验过程中改变流速,并通过软件调节各种参数。
以上所述的仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.基于流速自适应的虚拟弹簧阻尼系统流致振动实验设备,其特征在于:包括至少一个圆柱振子(1),所述圆柱振子(1)两端均固定连接滑块(2),所述圆柱振子(1)两端的所述滑块(2)均固定连接皮带(3),所述皮带(3)顶端啮合配合有第一皮带轮(4),所述皮带(3)底端啮合配合有第二皮带轮(5),所述第一皮带轮(4)通过设置的第一固定基座(6)固定设置在滑道(7)上,所述第二皮带轮(5)通过设置的第二固定基座(8)固定设置在轨道(9)上,所述第一皮带轮(4)固定连接转轴(10),所述转轴(10)的端部固定连接电机(11),所述滑块(2)两侧分别设置有第一滚轮(12)和第二滚轮(13),所述第一滚轮(12)抵接配合第一抵接板,所述第二滚轮(13)抵接配合第二抵接板,所述第一抵接板与所述第二抵接板均固定设置在支撑外壳(14),所述圆柱振子(1)两端的所述滑道(7)上滑动设置测速仪(15)。
2.根据权利要求1所述的基于流速自适应的虚拟弹簧阻尼系统流致振动实验设备,其特征在于:所述圆柱振子(1)包括圆柱外壳(101),所述圆柱外壳(101)内设置有质量轴(102),所述质量轴(102)两端固定连接圆柱内盖(103),所述圆柱内盖(103)与所述圆柱外壳(101)固定连接,所述圆柱内盖(103)远离所述质量轴(102)的一端固定连接圆柱外塞(104),所述圆柱外塞(104)通过设置的连接件(16)与所述滑块(2)固定连接。
3.根据权利要求2所述的基于流速自适应的虚拟弹簧阻尼系统流致振动实验设备,其特征在于:所述连接件(16)包括连接本体,所述连接本体两侧分别设置有第一连接槽和第二连接槽,所述第一连接槽与所述圆柱外塞(104)套接配合后通过螺栓固定,所述第二连接槽套接配合连接块(17)后通过螺栓固定,所述连接块(17)与所述滑块(2)固定连接。
4.根据权利要求1所述的基于流速自适应的虚拟弹簧阻尼系统流致振动实验设备,其特征在于:所述滑块(2)顶端通过设置的上压块(201)与所述皮带(3)固定连接,所述滑块(2)底端通过设置的下压块(202)与所述皮带(3)固定连接,所述第二固定基座(8)上固定设置缓冲器(18),所述缓冲器(18)包括缓冲活塞(181),所述缓冲活塞(181)与所述滑块(2)底部相配合。
5.根据权利要求1所述的基于流速自适应的虚拟弹簧阻尼系统流致振动实验设备,其特征在于:所述第一固定基座(6)包括支撑横板(601)和支撑竖板(602),所述支撑竖板(602)通过设置的联轴器与所述转轴(10)转动配合,所述支撑横板(601)上设置有多个卡槽(603),所述滑道(7)上设置有多个倒T型滑槽(701),所述倒T型滑槽(701)与所述卡槽(603)垂直相交,所述支撑横板(601)通过设置的螺栓与所述倒T型滑槽(701)滑动配合,所述螺栓穿过所述卡槽(603)及所述倒T型滑槽(701)。
6.根据权利要求1所述的基于流速自适应的虚拟弹簧阻尼系统流致振动实验设备,其特征在于:所述第二固定基座(8)包括固定横板(801),所述固定横板(801)与所述第二皮带轮(5)转动配合,所述固定横板(801)两端均固定连接滑动小块(802),所述滑动小块(802)滑动配合侧板(803),所述侧板(803)上螺纹配合调整螺钉(804),所述调整螺钉(804)与所述滑动小块(802)螺纹配合,所述侧板(803)与所述支撑外壳(14)底部固定连接,所述侧板(803)底部固定设置在底板(805)两端,所述轨道(9)设置有一组小通槽(901),所述底板(805)底部设置有多个外凸(806),所述外凸(806)与所述小通槽(901)套接配合。
7.根据权利要求6所述的基于流速自适应的虚拟弹簧阻尼系统流致振动实验设备,其特征在于:所述转轴(10)两端的所述支撑外壳(14)顶部固定连接前挡板(19)和后挡板(20),所述转轴(10)处于所述前挡板(19)和所述后挡板(20)之间,所述前挡板(19)和所述后挡板(20)之间通过盖板(21)固定连接。
8.根据权利要求1所述的基于流速自适应的虚拟弹簧阻尼系统流致振动实验设备,其特征在于:所述圆柱振子(1)两端的所述滑道(7)上滑动设置测速仪固定板(22),所述测速仪固定板(22)与所述测速仪(15)固定连接,所述测速仪(15)包括静压导出管(151)和总压导出管(152)。
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