[发明专利]柔性绳索动态扭转特性测试装置及其测试方法

说明书

本发明公开了一种柔性绳索动态扭转特性测试装置及其测试方法。上、下支板通过支杆连接，主控制器、伺服电机、开关电源和电机驱动器均固定在上支板上，伺服电机轴穿过上支板后通过连接器与绳索一端连接，绳索的另一端与重物中心连接，重物底部转轴与下支板轴承间隙配合；重物上表面的同一圆周上均匀粘有反光贴，光电转速传感器对准在重物上的反光贴。伺服电机通过绳索给重物给定的初始转速，待重物转速稳定后锁死伺服电机，光电转速传感器测量重物旋转速度变化并将转速信号传递给主控制器进行处理后输出，通过重物的转速衰减曲线结合线性振动理论得到绳索的动态扭转刚度及扭转阻尼。本发明采用非接触式的光电转速传感器，使测量结果更加准确。

技术领域

本发明涉及柔性绳索动态扭转特性的测量，尤其是涉及一种柔性绳索动态扭转特性测试装置及其测试方法。

背景技术

柔性绳索由于具有无限自由度，受力方向性即只能拉伸不可收缩以及较高的韧性等特点而在各种工程中有着广泛的应用。比如吊装系统、电梯系统、拉索桥梁、纺织以及舰船深水探测等应用中绳索有着其他结构不可替代的作用。近年来空间绳系系统概念的提出为绳索开辟了在空间中新的广泛应用领域。绳索的纵向特性被广泛研究但其动态扭转特性一般被较少关注，且由于绳索材料的非线性特性及绳索的编制方式各异，很难从理论上对绳索动态扭转特性进行研究，一般需通过试验进行研究。但柔性绳索的扭转刚度较小，需设计较为巧妙的测试装置和方法才能对其动态扭转特性进行测试并加以分析得到绳索的动态扭转特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性绳索动态扭转特性测试装置及其测试方法，以获得柔性绳索的动态扭转刚度及阻尼。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一、一种柔性绳索动态扭转特性测试装置

本发明的测试装置，包括：主控制器，伺服电机，开关电源，电机驱动器，上支板，支杆，光电测试仪，绳索，重物，反光贴，下支板和轴承；

上支板与下支板通过支杆连接，主控制器、伺服电机、开关电源和电机驱动器均固定在上支板上面，电机驱动器与伺服电连接，伺服电机轴穿过上支板后通过连接器与绳索一端连接，绳索的另一端与重物中心连接，重物底部转轴与下支板上面轴承为间隙配合，伺服电机轴、绳索和轴承均同轴安装；重物上表面的同一圆周上均匀粘有反光贴，光电测试仪装在下支板上面，光电转速传感器对准在重物的反光贴；主控制器与电机驱动器和光电转速传感器电连接。

所述支杆为三根，均布在同一圆周的上支板与下支板间，通过调节支杆下部的调节螺母，微调支杆的长度，以调节上支板与下支板的平行度；更换不同长度的支杆进而对不同长度的柔性绳索进行测试。

二、一种柔性绳索动态扭转特性测试方法

该方法的步骤如下：

步骤1)通过闭环控制使伺服电机达到设定转速，重物将随伺服电机旋转，由于绳索扭转阻尼的存在，在忽略空气阻力的条件下，重物转动速度将与伺服电机转速相同，此时系统达到平衡状态；

步骤2)控制伺服电机停止转动并锁死，则重物将因转动速度的存在，在绳索扭转弹性作用下进行扭转振动；

步骤3)利用主控制器的捕获口进行数字信号采集光电转速传感器的电平信号并进行处理与保存，即能得到重物转动的角位移及角速度，进而得到重物的扭转振动曲线；

步骤4)根据重物的扭转振动曲线并应用线性振动理论，计算得到柔性绳索的动态等效刚度和阻尼。