舱段摇摆试验系统的制作方法

本发明涉及舰艇海况模拟大型试验技术领域，特别是涉及一种舱段摇摆试验系统。

背景技术：

在舰艇的航行过程中，常常会受到海洋环境的影响发生摇摆。在舰艇的研制阶段，为了研究摇摆等海洋环境条件对舰艇内部系统和设备的影响，往往需要进行出海航行试验。然而出海航行试验存在成本高、信息采集不便、过程较难控制等缺点。

目前我国尚无能够模拟舰艇实体舱段在海洋环境中摇摆等条件的试验设施，一定程度上限制了我国对舰艇在摇摆条件下装置性能研究的验证工作。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种舱段摇摆试验系统，用以模拟舰艇实体舱段在海洋环境中的摇摆，方便开展摇摆条件下舰艇内部系统和设备的性能研究和验证工作。

本发明实施例提供一种舱段摇摆试验系统，包括试验舱段、驱动装置和承重装置；所述试验舱段为圆柱形，所述试验舱段横置于所述承重装置，所述承重装置与所述试验舱段的侧壁沿周向活动连接；所述驱动装置包括动力单元和传动单元，所述动力单元通过所述传动单元带动所述试验舱段绕中轴线转动。

本发明实施例提供的舱段摇摆试验系统，承重装置与试验舱段的侧壁沿周向活动连接，承重装置不但对试验舱段产生支撑和托放作用，而且通过活动连接，使试验舱段具有转动摇摆的自由度；同时，动力单元能够通过传动单元带动试验舱段在承重装置上发生摇摆式的转动，从而使试验舱段产生以其中轴线为转轴的往复转动，模拟舰艇实体舱段在海洋环境中的摇摆，极大方便了摇摆条件下舰艇内部系统和设备的性能研究和验证工作，能够有效缩短试验周期、节省试验成本并增加试验的安全性和可控性。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例提供的舱段摇摆试验系统艏视图；

图2为本发明另一实施例提供的舱段摇摆试验系统试验舱段和承重装置结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的舱段摇摆试验系统俯视图；

图4为本发明另一实施例提供的舱段摇摆试验系统张紧单元结构示意图；

图5为本发明另一实施例提供的舱段摇摆试验系统动力单元结构示意图；

图中：1、试验舱段；2、动力单元；3、钢丝绳；4、张紧单元；5、液压伸缩缸；6、定滑轮；7、动滑轮；8、移动活塞；9、液压马达；10、滚筒；11、安全阀；12、托架；13、托轮；14、平台支架；15、挡板；16、上位机；17、下位机；18、比例控制阀；19、高压蓄能器；20、低压蓄能器；21、连通电磁阀；22、节流阀；23、补油回路；24、第一油压传感器；25、第二油压传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。

如图1-5所示，本发明实施例提供了一种舱段摇摆试验系统，包括试验舱段1、驱动装置和承重装置。试验舱段1为圆柱形，试验舱段1横置于承重装置，承重装置与试验舱段1的侧壁沿周向活动连接；驱动装置包括动力单元2和传动单元，动力单元2通过传动单元带动试验舱段1绕中轴线转动。

本发明实施例提供的舱段摇摆试验系统，承重装置与试验舱段1的侧壁沿周向活动连接，承重装置不但对试验舱段1产生支撑和托放作用，而且通过活动连接，使试验舱段1具有转动摇摆的自由度；同时，动力单元2能够通过传动单元带动试验舱段1在承重装置上发生摇摆式的转动，从而使试验舱段1产生以其中轴线为转轴的往复转动，模拟舰艇实体舱段在海洋环境中的摇摆，极大方便了摇摆条件下舰艇内部系统和设备的性能研究和验证工作，能够有效缩短试验周期、节省试验成本并增加试验的安全性和可控性。

本发明实施例提供的舱段摇摆试验系统，传动单元可以包括有钢丝绳3，动力单元2和试验舱段1通过钢丝绳3传动连接，通过钢丝绳3的拉动使试验舱段1在承重装置上产生摇摆式的转动。钢丝绳3两端可以均与圆柱形试验舱段1的侧壁固定连接，并能通过从不同端施加拉力使试验舱段1产生不同方向的转动；比如，可以使钢丝绳3的一端与试验舱段1连接，用于牵引试验舱段1发生顺时针方向的转动；钢丝绳3的另一端也与试验舱段1连接，并用于牵引试验舱段1发生逆时针方向的转动。钢丝绳3也可以是套接在试验舱段1的侧壁上，使动力单元2同试验舱段1通过钢丝绳1形成皮带轮传动式的传动连接，钢丝绳3可以在试验舱段1的侧壁上环绕多圈。

进一步地，由于试验舱段1具有较大的质量，其转动惯性也较大，钢丝绳3在正向拉动试验舱段1以加速转动或反向拉动试验舱段1以减速转动时，都需要较大的拉力，从而会产生一定的拉伸变形，为此，驱动装置还可以包括有张紧单元4，使钢丝绳3保持张紧的状态。具体来说，张紧单元4可以包括有液压伸缩缸5、定滑轮6和动滑轮7，钢丝绳3穿过定滑轮6和动滑轮7，定滑轮6固定设置，钢丝绳3穿过定滑轮6后会改变牵引方向，动滑轮7固定于液压伸缩缸5，动滑轮7的中心轴与液压伸缩缸5的移动活塞8固定连接，从而可以通过移动活塞8的移动带动动滑轮7移动，并改变动滑轮7和定滑轮6间钢丝绳3的长度，使钢丝绳3整体上能够保持张紧的状态。本发明实施例提供的舱段摇摆试验系统在运行时，可以通过张紧单元4的调节，使钢丝绳3的张紧力处于5～16.2kn的范围内，保持钢丝绳3的有效、安全使用。

如图4所示，本发明实施例提供的舱段摇摆试验系统，张紧单元4可以包括有两个定滑轮6和一个动滑轮7，一个定滑轮6、动滑轮7和另一个定滑轮6在钢丝绳3的两侧依次交错设置，动滑轮7与两个定滑轮6位于钢丝绳3不同侧，且沿钢丝绳3方向动滑轮7位于两个定滑轮6之间；此时，通过液压伸缩缸5进出口油压可以方便地改变移动活塞8的位置，进而调节动滑轮7，使钢丝绳3处于合理的张紧状态。

本发明实施例提供的舱段摇摆试验系统，动力单元2可以包括有液压马达9和滚筒10，钢丝绳3与滚筒10连接，液压马达9驱动滚筒10带动钢丝绳3牵引移动。采用液压马达9的驱动装置，具有功率/重量比大、液压动力元件快速性好、系统响应快和抗负载刚度大等优点。进一步地，驱动装置有多套，多套驱动装置均包括有动力单元2和传动单元，从而可以从试验舱段1的艏部、中部以及艉部等多个部位对试验舱段1同时施加转动力矩，不但降低单个动力单元2的功率，而且使试验舱段1的受力更为均匀。多套驱动装置可以是均匀对称布置在试验舱段1的中轴线两侧，比如，如图3所示，可以布置四套驱动装置，通过钢丝绳3从试验舱段1的艏部和艉部相配合同时施加转动拉力，产生转动力矩。由于本发明实施例提供的舱段摇摆试验系统，试验舱段1的摆动需要较大的驱动力矩，液压马达9的液压油路具有较强的压力波动。为了保护液压马达9，如图5所示，可以在液压马达9的驱动油路上并联两个安全阀11，且两个安全阀11反向并联，防止过高油压波动对液压马达9的冲击。

本发明实施例提供的舱段摇摆试验系统，承重装置与试验舱段1的侧壁活动连接，承重装置不但对试验舱段1产生支撑和托举的作用，而且通过活动连接，使试验舱段1具有转动摇摆的自由度。如图2所示，承重装置可以包括有托架12和多个托轮13，托轮13为圆柱形，可转动安装于托架12，试验舱段1的侧壁与多个托轮13的侧壁滚动连接。托轮13直接与试验舱段1接触并支撑和托举试验舱段1；托轮13可以以其中心轴为转轴转动，且托轮13的转轴与试验舱段1的转轴相平行。多个托轮13可以是对称布置在试验舱段1的中轴线两侧，使舱段在两侧的受力更为均匀；沿试验舱段1的中轴线可以均匀设置有多套承重装置，使试验舱段1在前后方向所受的支撑力更为均匀。承重装置还可以包括有平台支架14和挡板15。平台支架14可以作为整个试验系统的底座，为承重装置提供一个平整的安装面，挡板15和托架12均安装于平台支架14上；挡板15的一端与试验舱段1的端面滑动连接，两个挡板15分别位于试验舱段1的前后两端，用于约束、限定试验舱段1在前后方向的纵向移动。

需要指出，本发明实施例提供的舱段摇摆试验系统，还可以包括有用于调节控制系统运行的控制装置，控制装置可以包括控制台及各种传感器，通过传感器采集试验舱段1的姿态并控制驱动装置，使试验舱段1平稳摇摆。比如，控制台可以采用上位机16、下位机17的控制模式；控制软件使用beckhoff公司的twincat，可对plc、pid、i/o、cnc轴位控制及用户需要完成的特殊任务进行多任务的时间安排；上位机16可以采用工业控制计算机，根据输入期望角度指令和反馈的角度信号进行下位机17力矩控制指令的规划，并通过与下位机17通讯发出指令信号、获取控制信息，进行在线实时监测试验舱段1的运行过程；下位机17可以与驱动装置对应设置，每一套驱动装置对应设置一台下位机17，下位机17完成数据采集、闭环控制等实时控制功能以及与上位机16的通讯功能。传感器可以包括有力传感器，温度、压力等监测传感器以及陀螺仪；其中陀螺仪可以设置有多台以进行冗余配置，比如在试验舱段1的艏部、中部和艉部分别安装陀螺仪。可以设置压力传感器以监测钢丝绳3的张紧力状态，一方面保证钢丝绳3张紧力不小于设定的最小张紧力，另一方面当发现钢丝绳3受力超过极限受力时，及时采取保护措施，例如减小试验舱段1摇摆角度、停止舱段摇摆或停机等措施，以避免损坏设备。另外，本发明实施例舱段摇摆试验系统的动力单元2，还可以包括比例控制阀18、高压蓄能器19、低压蓄能器20、连通电磁阀21、节流阀22和补油回路23。比例控制阀18根据第一油压传感器24和第二油压传感器25的压力差，以相应的控制策略改变其开度，从而来控制液压马达9输出相应的力矩，并通过钢丝绳3及其张紧单元4对试验舱段1施加驱动力矩；高压蓄能器19与液压油源配合实时供给液压马达9流量，并保证比例控制阀18入口压力的稳定；低压蓄能器20主要用于消除液压马达9运动过程中冲击所造成的振动；在系统开始运行至停止前，连通电磁阀21得电关闭，在试验舱段1正常停止时，比例控制阀18处于中位，连通电磁阀21失电打开，液压马达9两腔沟通，试验舱段1在节流阀22提供的液压阻尼力矩和外部阻尼力矩的共同作用下逐渐衰减，此时补油回路23为液压马达9补油。

由以上实施例可以看出，本发明提供的舱段摇摆试验系统，承重装置与试验舱段1的侧壁沿周向活动连接，承重装置不但对试验舱段1产生支撑和托放作用，而且通过活动连接，使试验舱段1具有转动摇摆的自由度；同时，动力单元2能够通过传动单元带动试验舱段1在承重装置上发生摇摆式的转动，从而使试验舱段1产生以其中轴线为转轴的往复转动，模拟舰艇实体舱段在海洋环境中的摇摆，极大方便了摇摆条件下舰艇内部系统和设备的性能研究和验证工作，能够有效缩短试验周期、节省试验成本并增加试验的安全性和可控性。

以上所述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。