专利名称：轴向移动绳横向振动测量系统及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量轴向移动绳在给定移动速度以及张力下横向振动的测试装置及其应用。更具体涉及一种在给定初始位移下轴向移动绳横向位移振动非接触式测量的测试实验平台以及试验系统。
背景技术：
轴向绳移系统是轴向移动系统的一种类型，在工程上有许多应用，如缆车索道、绳系卫星、绳线、动力传送带、磁带、纸带等。轴向绳移系统简化力学模型按绳长变化规律大致分为两类。一类为图2a所示的定长绳移系统，研究区域长度不变，绳具有移动速度，在研究区域两端有新增和消失的绳。应用实例有传送带、缆车索道和动力传动的皮带等。另一类为图2b和图2c所示的研究区域长度变化，在一端有新增或消失的绳，包括图2b所示伸长的绳移系统和图2c所示的缩短的绳移系统。应用实例有电梯的钢索，吊车举吊重物的上升下降，绳系卫星系统的主星释放或回收子星时的绳系等。在图2a、图2b和图2c中，研究该类系统的振动响应及振动特性对于工程系统的振动及稳定性控制具有重要的应用价值。因为绳系的移动，在方程中出现随时间变化的系数项，形成了参数激励，该类型的振动为参数振动，不能够用传统的线性系统的方法获得其理论解。目前研究学者已经提出了多种数值计算方法来求解移动绳的振动问题，仍需要一种实验装置来检验算法。该实验装置需要满足能模拟图2的三种系统，即定长度绳移系统及变长度绳移系统；能够给定绳移的速度、方向以及绳的张力，能够改变绳的材料参数，如密度、弹性模量等；能给绳系特定的激励，如初始位移激励、脉冲激励等；能跟踪测量绳上多个质点在移动时的横向位移以及绳移时绳长方向固定坐标系上多个指定点的横向位移。但是迄今为止没有相关的实验装置的公开报导，也没有一种能够提供多个工况的移动绳振动试验装置以及测量平台用来检验数值算法的计算结果。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种轴向移动绳横向振动测量系统及其应用，以期获得各种工况及其对应下的横向位移，用于验证数值计算方法的结果，从而进一步用于移动绳振动的控制；也可以用于作为高校专业课教学以及科研的实验平台。本发明为解决技术问题采用如下技术方案:本发明轴向移动绳横向振动测量系统的结构特点是:设置轮系，线绳设置在所述轮系上，所述轮系按线绳的走向自收线器所在一端依次设置为张紧轮、左端导轮、右端导轮和卷筒，线绳的两端分别连接在收线器和卷筒上；所述收线器是以螺旋弹簧提供线绳回收力；所述卷筒由同步电机驱动；在所述线绳上、处于初始绳长的中心位置上设置位移标尺；所述收线器和左端导轮固定设置在机架平台上，所述右端导轮和同步电机固定设置在第一直线电机的移动平台上；所述张紧轮设置在可调移动滑块上，在所述可调移动滑块上套装有用于检测张紧轮的张紧力度的弹簧测力计；所述第一直线电机的移动平台支承在第一直线导轨上，并能在所述第一直线导轨上以设定的速度和方向直线移动；所述第一直线导轨沿绳移方向固定设置在机架平台上；在线绳的下方、沿线绳移动方向设置坐标轴，所述坐标轴固定设置在与所述机架平台固结的底板上，所述坐标轴的起点是线绳在左端导轮的起始点；设置传感系统为:在所述线绳的正上方与第一直线导轨相互平行固定设置第二直线导轨，第二直线电机支撑在所述第二直线导轨上，并能够在所述第二直线导轨上移动，在所述第二直线电机的底部固定设置横梁，非接触式位移传感器间隔设置在所述横梁的底部。本发明轴向移动绳横向振动测量系统的应用是:测量方法一:同步电机保持不动，第二直线电机和第一直线电机以给定速度同步右移或左移，给线绳一初始激励，非接触式位移传感器在线绳伸长或缩短时跟踪测量线绳上指定质点在移动时的横向位移，用于验证给定初始激励下，变长度移动线绳上质点横向振动模型的数值求解算法的准确性；测量方法二、第一直线电机保持不动，第二直线电机和同步电机使得非接触式位移传感器和线绳以设定速度同步左移或右移，左端导轮和右端导轮之间的线绳长度为固定值，线绳上质点为移动状态，给线绳一个初始的激励，由非接触式位移传感器跟踪测量定长度线绳上指定质点在移动时的横向位移，验证给定初始激励条件下，定长度移动线绳上质点横向振动模型的数值求解算法的准确性；测量方法三:第二直线电机和同步电机保持不动，第一直线电机以设定速度右移或左移，非接触式位移传感器的位置固定，给线绳一个初始激励，非接触式位移传感器测量线绳以不同速度伸长或缩短时在坐标轴特定位置上的点的横向位移，用于验证给定初始激励条件下，变长度移动线绳在坐标轴上特定点横向振动模型的数值求解算法的准确性；测量方法四:第一直线电机和第二直线电机保持不动，同步电机以设定速度顺时针或逆时针转动，线绳在左端导轮和右端导轮之间的长度固定，并以设定速度右移或左移，非接触式位移传感器的位置固定，给线绳一个初始激励，由非接触式位移传感器测量定长度线绳以不同速度左移或右移时在坐标轴特定位置上的点的横向位移，用于验证给定初始激励条件下，定长度移动线绳在坐标轴上特定点横向振动模型的数值求解算法的准确性；测量方法五第一直线电机和第二直线电机以及同步电机都保持不动，线绳和非接触式位移传感器均为固定，给线绳一个初始激励，由非接触式位移传感器测量两端固定线绳上给定质点的横向位移。用于验证给定初始激励条件下，两端固定线绳在坐标轴上特定点横向振动模型的数值求解算法的准确性。与已有技术相比，本发明有益效果体现在:
1、本发明能够获得各种工况及其对应下的横向位移，用于验证数值计算方法的结果，从而进一步用于移动绳振动的控制；也可以用于作为高校专业课教学以及科研的实验平台；2、本发明通过直线电机和同步电机在空间上的布置以及通过按键和单片机控制各电机的启停组合来切换定长度移动绳、变长度移动绳和固定绳这三种实验模式，结构简单而集成度高；3、已有的技术位移传感器是固定而绳是移动的，只能对轴向固定坐标轴指定位置点的测量，而不能对移动点的跟踪测量。而本发明装置除了能实现已有技术对固定位置点的测量外，通过控制第一直线电机和第二直线电机同步运动以及控制第二直线电机和同步电机的同步运动还能实现位移传感器对移动绳上指定质点的跟踪测量。而移动绳上指定点的跟踪测量对于研究传送带上物体振动、缆绳电梯桥厢振动等工程问题具有实际意义；4、本发明装置在移动绳上设置有测量初始位置的位移标尺以及测量绳张力的张紧轮装置，使得实验参数(初始位移、张力)是可测可控的，丰富了实验的工况，也能验证多种工况下数值计算结果；5本发明装置采用非接触式传感器同步运动来测量移动点的位移，避免了对被测点的附加干扰。已有的技术或者是采用接触式传感器，会带来附加干扰；或者是采用非接触式传感器，但传感器固定安装，不能测量移动质点。
图1为本发明结构示意图；图2a为定长绳移系统示意图；图2b为伸长的绳移系统示意图；图2c为缩短的绳移系统示意图；图中标号:1线绳、2左端导轮、3张紧轮、4弹簧测力计、5可调移动滑块、6收线器、7位移标尺、8第一直线导轨、9右端导轮、10第一直线电机、11底板、12同步电机、13卷筒、14第二直线导轨、15电机驱动及单片机控制单元、16电机控制面板、17左滑块、18计算机、19振动信号采集调理系统、20第二直线电机、21右滑块、22横梁、23非接触式位移传感器。
具体实施例方式参见图1，本实施例中轴向移动绳横向振动测量系统的结构形式为:设置轮系，线绳I设置在轮系上，轮系按线绳I的走向自收线器6所在一端依次设置为张紧轮3、左端导轮2、右端导轮9和卷筒13，线绳I的两端分别连接在收线器6和卷筒13上；收线器6是以螺旋弹簧提供线绳回收力；卷筒13由同步电机12驱动；在线绳I上、处于初始绳长的中心位置上设置位移标尺7 ;位移标尺7布置在初始绳长的中心位置，当线绳横向振动的初始条件是给定线绳中心点位移时，可以测量该点的位移大小，用于数值计算。收线器6和左端导轮2固定设置在机架平台上，右端导轮9和同步电机12固定设置在第一直线电机10的移动平台上；张紧轮3设置在可调移动滑块5上，在可调移动滑块5上套装有用于检测张紧轮3的张紧力度的弹簧测力计4 ；第一直线电机10的移动平台支承在第一直线导轨8上，并能在第一直线导轨8上以设定的速度和方向直线移动；第一直线导轨8沿绳移方向固定设置在机架平台上；在线绳I的下方、沿线绳移动方向设置坐标轴，坐标轴固定设置在与机架平台固结的底板11上，坐标轴的起点是线绳在左端导轮的起始点；设置传感系统为:在线绳的正上方与第一直线导轨8相互平行固定设置第二直线导轨14，第二直线电机20支撑在第二直线导轨20上，并能够在第二直线导轨14上移动，在第二直线电机20的底部固定设置横梁22，非接触式位移传感器23间隔设置在横梁22的底部。为了提高横梁22的刚度，避免横梁22在移动时产生振动增大测量误差，在第二直线导轨14上，位于第二直线电机20的两左分别设置左滑块17和右滑块21，横梁22同时固定设置在第二直线电机20、左滑块17和右滑块21上。本实施例中非接触式位移传感器23采用激光或电涡流式传感器，非接触式位移传感器23可根据需要设置若干个，按照需要的位置布置在横梁22上，即位于线绳I的正上方。每个传感器可以测量其正下方线绳上质点在竖直方向的位移。非接触式位移传感器23测量的数据通过振动信号采集调理系统19进行采集和调理，并存储到计算机18上。同步电机12、第一直线电机10和第二直线电机20的启停、速度和方向均由电机驱动及控制单元15进行驱动和控制，从而模拟多种移动绳工况，满足各种实验方案的需求，并由实验人员通过电机控制面板16来控制。本发明轴向移动绳横向振动测量系统的应用是:测量方法一:同步电机12保持不动，第二直线电机20和第一直线电机10以给定速度同步右移或左移，给线绳一初始激励，非接触式位移传感器23在线绳I伸长或缩短时跟踪测量线绳上指定质点在移动时的横向位移，用于验证给定初始激励下，变长度移动线绳上质点横向振动模型的数值求解算法的准确性；测量方法二、第一直线电机10保持不动，第二直线电机20和同步电机12使得非接触式位移传感器23和线绳I以设定速度同步左移或右移，左端导轮2和右端导轮9之间的线绳长度为固定值，线绳上质点为移动状态，给线绳一个初始的激励，由非接触式位移传感器23跟踪测量定长度线绳上指定质点在移动时的横向位移，验证给定初始激励条件下，定长度移动线绳上质点横向振动模型的数值求解算法的准确性；测量方法三:第二直线电机20和同步电机12保持不动，第一直线电机10以设定速度右移或左移，非接触式位移传感器23的位置固定，给线绳一个初始激励，非接触式位移传感器23测量线绳以不同速度伸长或缩短时在坐标轴特定位置上的点的横向位移，用于验证给定初始激励条件下，变长度移动线绳在坐标轴上特定点横向振动模型的数值求解算法的准确性；测量方法四:第一直线电机10和第二直线电机20保持不动，同步电机12以设定速度顺时针或逆时针转动，线绳I在左端导轮2和右端导轮9之间的长度固定，并以设定速度右移或左移，非接触式位移传感器23的位置固定，给线绳一个初始激励，由非接触式位移传感器23测量定长度线绳以不同速度左移或右移时在坐标轴特定位置上的点的横向位移，用于验证给定初始激励条件下，定长度移动线绳在坐标轴上特定点横向振动模型的数值求解算法的准确性；测量方法五第一直线电机10和第二直线电机20以及同步电机12都保持不动，线绳I和非接触式位移传感器23均为固定，给线绳一个初始激励，由非接触式位移传感器23测量两端固定线绳上给定质点的横向位移。用于验证给定初始激励条件下，两端固定线绳在坐标轴上特定点横向振动模型的数值求解算法的准确性。本发明在使用中的初始激励方式为对初始绳长中点处的质点给定一个特定的初始横向位移，位移大小通过位移标尺7获得。通过改变绳子的材料，如钢带、尼龙、布带、皮带等，能获得不同的振动特性。
权利要求
1.轴向移动绳横向振动测量系统，其特征是: 设置轮系，线绳(I)设置在所述轮系上，所述轮系按线绳(I)的走向自收线器(6)所在一端依次设置为张紧轮(3)、左端导轮(2)、右端导轮(9)和卷筒(13)，线绳(I)的两端分别连接在收线器(6)和卷筒(13)上；所述收线器(6)是以螺旋弹簧提供线绳回收力；所述卷筒(13)由同步电机(12)驱动；在所述线绳(I)上、处于初始绳长的中心位置上设置位移标尺⑵； 所述收线器(6)和左端导轮(2)固定设置在机架平台上，所述右端导轮(9)和同步电机(12)固定设置在第一直线电机(10)的移动平台上；所述张紧轮(3)设置在可调移动滑块(5)上，在所述可调移动滑块(5)上套装有用于检测张紧轮(3)的张紧力度的弹簧测力计⑷； 所述第一直线电机(10)的移动平台支承在第一直线导轨(8)上，并能在所述第一直线导轨(8)上以设定的速度和方向直线移动；所述第一直线导轨(8)沿绳移方向固定设置在机架平台上； 在线绳(I)的下方、沿线绳移动方向设置坐标轴，所述坐标轴固定设置在与所述机架平台固结的底板(11)上，所述坐标轴的起点是线绳在左端导轮的起始点； 设置传感系统为:在所述线绳的正上方与第一直线导轨(8)相互平行固定设置第二直线导轨(14)，第二直线电机(20)支撑在所述第二直线导轨(14)上，并能够在所述第二直线导轨(14)上移动，在所述第二直线电机(20)的底部固定设置横梁(22)，非接触式位移传感器(23)间隔设置在所述横梁(22)的底部。
2.根据权利要求1所述的轴向移动绳横向振动测量系统，其特征是:所述非接触式位移传感器(23)采用激光或电涡流式传感器。
3.—种权利要求1所述轴向移动绳横向振动测量系统的测量方法，其特征是: 同步电机(12)保持不动，第二直线电机(20)和第一直线电机(10)以给定速度同步右移或左移，给线绳一初始激励，非接触式位移传感器(23)在线绳(I)伸长或缩短时跟踪测量线绳上指定质点在移动时的横向位移，用于验证给定初始激励下，变长度移动线绳上质点横向振动模型的数值求解算法的准确性。
4.一种权利要求1所述轴向移动绳横向振动测量系统的测量方法，其特征是: 第一直线电机(10)保持不动，第二直线电机(20)和同步电机(12)使得非接触式位移传感器(23)和线绳⑴以设定速度同步左移或右移，左端导轮(2)和右端导轮(9)之间的线绳长度为固定值，线绳上质点为移动状态，给线绳一个初始的激励，由非接触式位移传感器(23)跟踪测量定长度线绳上指定质点在移动时的横向位移，验证给定初始激励条件下，定长度移动线绳上质点横向振动模型的数值求解算法的准确性。
5.一种权利要求1所述轴向移动绳横向振动测量系统的测量方法，其特征是: 第二直线电机(20)和同步电机(12)保持不动，第一直线电机(10)以设定速度右移或左移，非接触式位移传感器(23)的位置固定，给线绳一个初始激励，非接触式位移传感器(23)测量线绳以不同速度伸长或缩短时在坐标轴特定位置上的点的横向位移，用于验证给定初始激励条件下，变长度移动线绳在坐标轴上特定点横向振动模型的数值求解算法的准确性。
6.一种权利要求1所述轴向移动绳横向振动测量系统的测量方法，其特征是:第一直线电机(10)和第二直线电机(20)保持不动，同步电机(12)以设定速度顺时针或逆时针转动，线绳(I)在左端导轮(2)和右端导轮(9)之间的长度固定，并以设定速度右移或左移，非接触式位移传感器(23)的位置固定，给线绳一个初始激励，由非接触式位移传感器(23)测量定长度线绳以不同速度左移或右移时在坐标轴特定位置上的点的横向位移，用于验证给定初始激励条件下，定长度移动线绳在坐标轴上特定点横向振动模型的数值求解算法的准确性。
7.—种权利要求1所述轴向移动绳横向振动测量系统的测量方法，其特征是: 第一直线电机(10)和第二直线电机(20)以及同步电机(12)都保持不动，线绳⑴和非接触式位移传感器(23)均为固定，给线绳一个初始激励，由非接触式位移传感器(23)测量两端固定线绳上给定质点的横向位移。用于验证给定初始激励条件下，两端固定线绳在坐标轴上特定点横向振动模型`的数值求解算法的准确性。
全文摘要
本发明公开了一种轴向移动绳横向振动测量系统及其应用，其特征是线绳设置在轮系上，轮系按线绳的走向自收线器所在一端依次设置张紧轮、左端导轮、右端导轮和卷筒，线绳的两端分别连接在收线器和卷筒上；右端导轮和同步电机固定设置在第一直线电机的移动平台上；第一直线电机的移动平台支承在第一直线导轨上，第一直线导轨沿绳移方向固定设置在机架平台上；在线绳的正上方与第一直线导轨相互平行固定设置第二直线导轨，第二直线电机支撑在第二直线导轨上，在第二直线电机的底部固定设置横梁，位移传感器间隔设置在横梁的底部。本发明用于轴向移动绳横向振动测量，可用于验证数值计算的结果，可以用于作为专业课教学及科研实验平台。
文档编号G01H17/00GK103105228SQ20131002983
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者陈恩伟, 陆益民, 刘正士, 王勇, 郭耀辉, 吴群, 曹永友 申请人:合肥工业大学