[发明专利]柔性绳索动态扭转特性测试装置及其测试方法

摘要

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。

主权项

1.一种柔性绳索动态扭转特性测试装置的测试方法，该测试装置包括：主控制器(1)，伺服电机(2)，开关电源(3)，电机驱动器(4)，上支板(5)，支杆(6)，光电测试仪(7)，绳索(8)，重物(9)，反光贴(10)，下支板(12)和轴承(13)；上支板(5)与下支板(12)通过支杆(6)连接，主控制器(1)、伺服电机(2)、开关电源(3)和电机驱动器(4)均固定在上支板(5)上面，电机驱动器(4)与伺服电机(2)连接，伺服电机(2)轴穿过上支板(5)后通过连接器与绳索(8)一端连接，绳索(8)的另一端与重物(9)中心连接，重物(9)底部转轴与下支板(12)上面轴承(13)为间隙配合，伺服电机(2)轴、绳索(8)和轴承(13)均同轴安装；重物(9)上表面的同一圆周上均匀粘有反光贴(10)，光电测试仪(7)装在下支板(12)上面，光电转速传感器对准在重物(9)上的反光贴(10)；主控制器(1)与电机驱动器(4)和光电转速传感器电连接；所述支杆(6)为三根，均布在同一圆周的上支板(5)与下支板(12)间，通过调节支杆(6)下部的调节螺母(11)，微调支杆(6)的长度，以调节上支板(5)与下支板(12)的平行度；更换不同长度的支杆(6)进而对不同长度的柔性绳索进行测试；其特征在于，该装置的测试方法的步骤如下：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；具体为：设J为重物转动惯量，k为绳索试样扭转刚度系数，c为扭转阻尼，Ai为第i个周期的振幅，Ai+1为第i+1个周期的振幅，ωn为系统无阻尼固有频率，n为阻尼系数，ζ为阻尼比，Td为振动周期，δ为对数减幅系数，根据扭转振动曲线直接得到系统振动周期Td与相邻两个周期的振幅Ai与Ai+1，根据公式计算得到阻尼比ζ与阻尼系数n，再根据公式得到系统无阻尼固有振动频率ωn，而后根据关系式计算得到柔性绳索的刚度系数为k，阻尼为c。