[发明专利]一种模拟风帆受力的加载试验台

说明书

技术领域

本发明涉及一种力学实验技术领域的加载试验设备，尤其涉及一种模拟风帆受力的加载试验台。

背景技术

海上风力资源丰富，而且风能具有清洁、可再生、储量丰富等诸多优点。利用风能作为动力来助航，不仅可以达到节约燃料能源的目的，而且能减少温室气体的排放。因此，研究船舶风帆加装技术对节能减排和环境保护具有重要的现实意义。

然而，海上风向和风速具有多变性，并且不是任何风向都有利于船舶的航行。当航向确定时，需要根据不同风向将风帆调整到最佳的迎风角度以便于助航，因而需要设计一套能够实时调整风帆迎风角度的自适应控制系统。目前，该项技术还正处于试验开发阶段，并且随船试验和风洞试验均存在实验周期长、成本高、实时性差的问题。因此，为了缩短自适应控制系统的开发周期、节约研究成本，亟需设计一种能够实时模拟多变风场条件下风帆受力的加载试验装置。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种能够缩短控制系统开发周期、节约研究成本且能够实时模拟多变风场条件下风帆受力的加载试验台。

为了解决上述存在的技术问题，本发明目的通过下述技术方案来实现的：

一种模拟风帆受力的加载试验台，包括机械硬件和液压系统；

其机械硬件构成包括试验台底座、油箱、电动机、低速大扭矩马达、小齿轮、大齿轮、第一齿轮轴、第二齿轮轴、第一轴承及轴承座、第二轴承及轴承座、第三轴承及轴承座、第四轴承及轴承座、减速机、第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器、第四联轴器、磁粉制动器、编码器和扭矩传感器；油箱和电动机均安装在试验台底座上，低速大扭矩马达通过马达支架安装在试验台底座上，小齿轮套装在第一轴承及轴承座和第二轴承及轴承座支撑的第一齿轮轴上，大齿轮套装在第三轴承及轴承座和第四轴承及轴承座支撑的第二齿轮轴上，大齿轮和小齿轮之间啮合传动，第一——第四轴承及轴承座均安装在试验台底座上；低速大扭矩马达输出轴通过第一联轴器连接第一齿轮轴一端，编码器安装在第一齿轮轴的另一端；减速机安装在减速机支架上，减速机支架安装在试验台底座上，减速机输入轴与大齿轮之间通过第二联轴器连接，减速机输出轴连接第三联轴器；磁粉制动器安装在磁粉制动器支架上，磁粉制动器支架安装在试验台底座上，磁粉制动器与第四联轴器连接；扭矩传感器安放在第三联轴器和第四联轴器之间；

其液压系统包括油箱、电动机、齿轮泵、调速换向阀、低速大扭矩马达、第一单向阀、第二单向阀、第一溢流阀、第二溢流阀、第一压力传感器、第二压力传感器和流量传感器；电动机与齿轮泵之间通过钟形罩连接，齿轮泵的吸油口与油箱之间通过液压油管连接，齿轮泵的排油口与调速换向阀之间通过液压油管连接；低速大扭矩马达与调速换向阀之间通过液压油管连接；第一压力传感器和第二压力传感器分别安装在低速大扭矩马达进、出口油路上；第一单向阀和第二单向阀连接并跨接在低速大扭矩马达进、出口间，第一溢流阀和第二溢流阀相连接并跨接在低速大扭矩马达进、出口间，两个接点与油箱连接；流量传感器连接在低速大扭矩马达和第一单向阀之间。

为了方便试验台的移动，在试验台底座上安装有脚轮。

试验时，利用大齿轮转动的角度来模拟风帆转动的角度，所以试验中通过测量或计算大齿轮的转动角度来确定风帆的回转角度。磁粉制动器用于产生负载扭矩，来模拟实际船舶航行中所受到的风阻等阻力，磁粉制动器所产生的阻力值由电控系统给出的电流信号进行控制。磁粉制动器和大齿轮之间安放一个减速机，用于成比例地放大磁粉制动器所产生的扭矩值，进而更加真实地反应实际风帆所受风阻。

对于液压系统，齿轮泵作为液压动力源为系统提供液压能。调速换向阀是在换向阀上集成了一个调速阀，它有两个功能：一是换向，改变液压油的流向，实现马达的正反转；二是调节系统的流量，控制马达的转速。低速大扭矩马达用来驱动小齿轮，进而驱动模拟风帆回转机构的大齿轮。两个单向阀和两个溢流阀分别安装在马达的两个工作油口与油箱之间，组成制动阀组，即可缓解急停和反向运动时产生的液压冲击，又可起到补油的作用，防止了马达吸空损坏。试验时，电动机带动齿轮泵旋转为系统提供液压能驱动低速大扭矩马达旋转，进而由马达带动小齿轮驱动模拟风帆回转机构的大齿轮旋转。调速换向阀通过电控系统给定的电流信号来改变液压油的流向并调节系统的流量，以便控制低速大扭矩马达的旋转角度，进而使模拟风帆回转机构的大齿轮按照一定规律转到最有利于船舶航行的位置。