專利名稱：工程結(jié)構(gòu)風(fēng)洞模型狀態(tài)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)洞試驗(yàn)設(shè)備，具體涉及工程結(jié)構(gòu)風(fēng)洞模型狀態(tài)控制裝置制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
橋梁、機(jī)翼等領(lǐng)域的風(fēng)致振動(dòng)，特別是顫振和抖振，是威脅橋梁的結(jié)構(gòu)安全最大因素之一。在風(fēng)致振動(dòng)中，顫振是最危險(xiǎn)的一種振動(dòng)形式，顫振現(xiàn)象是一種典型的氣動(dòng)彈性失穩(wěn)現(xiàn)象，所有的氣動(dòng)彈性失穩(wěn)現(xiàn)象都是由作用在結(jié)構(gòu)上的自激力引起的，因此正確描述作用在結(jié)構(gòu)上的自激力是研究一切氣動(dòng)彈性是問現(xiàn)象的前提和關(guān)鍵。自激力是指在浸沒于氣流中的結(jié)構(gòu)上的由其自身運(yùn)動(dòng)和氣流相互作用而引起氣動(dòng)力。為了描述作用在結(jié)構(gòu)上的自激力，學(xué)者們提出了多種解析和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，其中，氣?dòng)導(dǎo)數(shù)是最合適最恰當(dāng)?shù)囊环N模型。氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)在大跨度橋梁顫振和抖振分析過程中起到了至 關(guān)重要的作用。氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)通常是通過模型風(fēng)洞試驗(yàn)來獲得，氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)試驗(yàn)識(shí)別方法可以分為兩大類。一類是自由振動(dòng)法；另一類是強(qiáng)迫振動(dòng)法。與自由振動(dòng)法相比，強(qiáng)迫振動(dòng)法氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)識(shí)別具有試驗(yàn)信號(hào)信噪比大，識(shí)別算法簡(jiǎn)單，計(jì)算量小，氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)識(shí)別精度高等優(yōu)點(diǎn)，因此，很早就有所應(yīng)用。比較典型的強(qiáng)迫振動(dòng)裝置有以下幾種一是1997年Jensen采用一種懸臂方式單端支承節(jié)段模型的強(qiáng)迫振動(dòng)裝置，但由于采用單端支承，測(cè)量精度不高；二是2002年，陳政清和于向東開發(fā)一套四點(diǎn)外懸掛節(jié)段模型強(qiáng)迫振動(dòng)裝置，該裝置可以使模型作單自由度豎向振動(dòng)或單自由度扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，但不能做彎扭耦合振動(dòng)；三是日本三井造船株式會(huì)社的三自由度大振幅強(qiáng)迫振動(dòng)裝置，它用五分量天平測(cè)力，可以使節(jié)段模型作水平，豎向或扭轉(zhuǎn)單自由度簡(jiǎn)諧振動(dòng)，也可以使節(jié)段模型作豎向和扭轉(zhuǎn)或水平和扭轉(zhuǎn)的耦合振動(dòng)，但大振幅一方面回增加非線性效應(yīng)，另一方面需要測(cè)力天平具有較大的量程，從而降低精度。類似的裝置還有很多種，這里不再介紹，目前，這類裝置采用的機(jī)構(gòu)主要都有曲柄連桿機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、偏心輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。這些機(jī)構(gòu)及控制方式有以下缺點(diǎn)(a)不能保證模型按預(yù)設(shè)的頻率運(yùn)動(dòng)或者只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)諧振動(dòng)，(b)模型的豎向位移和扭轉(zhuǎn)角度不精確，而且豎向振幅和扭轉(zhuǎn)振幅較小，(C)不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)豎向運(yùn)動(dòng)和扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不能實(shí)現(xiàn)任意輸入位移的運(yùn)動(dòng)，(d)噪音較大，(e)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，龐大笨重，占地面積寬。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種新型的工程結(jié)構(gòu)風(fēng)洞模型狀態(tài)控制裝置，使之能克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，通過控制伺服電機(jī)來控制模型的狀態(tài)，同時(shí)當(dāng)天平和模型不受試時(shí)，模型支承軸140可以退出風(fēng)洞并且密封。本發(fā)明的目的是通過如下的手段實(shí)現(xiàn)的。工程結(jié)構(gòu)風(fēng)洞模型狀態(tài)控制裝置，支承和控制在風(fēng)洞內(nèi)的受試模型的受試狀態(tài)及疊加的振動(dòng)(豎直方向的振動(dòng)，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，及其耦合振動(dòng))，主要由底座600、對(duì)稱設(shè)置在底座兩端的模型支承立座組成；模型支承立座上設(shè)置有高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；模型支承立立座具有立架510，立架上垂直設(shè)置有滑軌520和530，立座滑動(dòng)板540立于滑軌之上；高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的構(gòu)成為伺服電機(jī)210固定在立架510上，通過聯(lián)軸器220與絲桿230相連，絲桿230穿過立座滑動(dòng)板540的絲桿孔，絲桿的一端頭通過絲桿法蘭240與立座滑動(dòng)板540聯(lián)接，高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)立座滑動(dòng)板540在垂直方向的上下運(yùn)動(dòng)；角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的構(gòu)成為伺服電機(jī)110固定在立座滑動(dòng)板上，伺服電機(jī)110輸出端通過皮帶輪系120和減速機(jī)構(gòu)130與模型支承軸140相連，形成模型支承軸的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈。采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，具有以下優(yōu)點(diǎn)I)通過設(shè)定程序控制伺服電機(jī)，能夠使天平和模型按照預(yù)設(shè)的位移(包括豎向位移和扭轉(zhuǎn)角位移)和頻率(包括豎向振動(dòng)頻率和扭轉(zhuǎn)頻率)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了精確運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，可以模擬各種振動(dòng)包括隨即振動(dòng)。2)能夠?qū)崿F(xiàn)的位移(包括豎向位移和扭轉(zhuǎn)角位移)和頻率(包括豎向振動(dòng)頻率和扭轉(zhuǎn)頻率)相對(duì)而言都比較大，能夠滿足試驗(yàn)要求，測(cè)量精度高。 3)能夠?qū)崿F(xiàn)豎向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的耦合運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明采用兩個(gè)獨(dú)立的動(dòng)力源伺服電機(jī)110，伺服電機(jī)210。豎向和扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)互不干擾，實(shí)現(xiàn)了耦合運(yùn)動(dòng)。4)由于采用了伺服電機(jī)作為動(dòng)力源，同時(shí)，同步帶減速，齒輪減速，及絲杠傳動(dòng)的噪音很小，試驗(yàn)時(shí)，系統(tǒng)的噪音非常小，噪信比低于5%。5)當(dāng)試驗(yàn)停止后，為了不影響其它風(fēng)洞試驗(yàn)，模型支承軸可以很方便的退出風(fēng)洞，通過密封箱并密封，消除外界環(huán)境(包括溫度、濕度、灰塵)對(duì)試驗(yàn)裝置的影響。同時(shí)安裝天平和模型時(shí)，通過調(diào)節(jié)手動(dòng)絲桿機(jī)構(gòu)620，可以消除由于天平和模型的尺寸誤差對(duì)安裝的影響。6)相對(duì)通過連桿傳動(dòng)的裝置，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，占地面積小。7)本發(fā)明采用的外購(gòu)件比較常用，比如，伺服電機(jī)、聯(lián)軸器、齒輪減速器、同步帶減速。同時(shí)通過多次的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，其它零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，造價(jià)較低，所以該裝置的性價(jià)比很聞。


圖I是工程結(jié)構(gòu)風(fēng)洞模型狀態(tài)控制裝置的主視圖。圖2是工程結(jié)構(gòu)風(fēng)洞模型狀態(tài)控制裝置的俯視圖。圖3是工程結(jié)構(gòu)風(fēng)洞模型狀態(tài)控制裝置的主視圖(右部)。圖4是工程結(jié)構(gòu)風(fēng)洞模型狀態(tài)控制裝置的俯視圖(右部)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。由圖I可看出900為風(fēng)洞，工程結(jié)構(gòu)風(fēng)洞模型狀態(tài)控制裝置的兩個(gè)模型支承軸伸入風(fēng)洞內(nèi)，模型支承軸上固定設(shè)置被試模型和天平，本發(fā)明工程結(jié)構(gòu)風(fēng)洞模型狀態(tài)控制裝置通過兩個(gè)模型支承軸的豎向運(yùn)動(dòng)和軸向轉(zhuǎn)動(dòng)來調(diào)整被試模型和天平的狀態(tài)和受力情況。結(jié)合圖I至圖4可看出，控制裝置主要由底座600、對(duì)稱設(shè)置在底座兩端的模型支承立座組成。由于兩端的模型支承立座的對(duì)稱性，以下涉及模型支承立座和其部件的敘述均對(duì)右邊模型支承座模型支承立座展開。模型支承立座上設(shè)置有高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。模型支承立座具有立架510，立架上垂直設(shè)置有滑軌520和530，立座滑動(dòng)板540立于滑軌之上。所述高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)對(duì)豎向振動(dòng)，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)及耦合振動(dòng)的實(shí)現(xiàn)均通過立座滑動(dòng)板540來完成。高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的構(gòu)成為伺服電機(jī)210固定在立架510上，通過聯(lián)軸器220與絲桿230相連，絲桿230穿過立座滑動(dòng)板540的絲桿孔，絲桿的一端頭通過絲桿法蘭240與立座滑動(dòng)板540聯(lián)接，高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)立座滑動(dòng)板540在垂直方向的上下運(yùn)動(dòng)，通過控制伺服電機(jī)210來控制模型的豎向振動(dòng)狀態(tài)。角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的構(gòu)成為伺服電機(jī)110固定在立座滑動(dòng)板上，伺服電機(jī)110輸出端通過皮帶輪系120和減速機(jī)構(gòu)130與模型支承軸140相連，形成模型支承軸的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈?？刂扑欧姍C(jī)110來控制模型的水平狀態(tài)(即模型的扭轉(zhuǎn)角度，角速度，及角加速度)。 所述底座600上設(shè)置有一對(duì)水平導(dǎo)軌，模型支承立座立于水平導(dǎo)軌610上，一手動(dòng)絲桿機(jī)構(gòu)620穿過立架510上的絲桿孔構(gòu)成模型支承立座水平位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，當(dāng)模型不受試時(shí)，為了不影響其它風(fēng)洞試驗(yàn)，模型可以很方便的退出風(fēng)洞，當(dāng)天平和模型的尺寸誤差很較大時(shí)，通過手動(dòng)絲桿機(jī)構(gòu)620的調(diào)節(jié)即可調(diào)節(jié)誤差。這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。凡是根據(jù)上述描述做出各種可能的等同替換或改變，均被認(rèn)為屬于本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.工程結(jié)構(gòu)風(fēng)洞模型狀態(tài)控制裝置，支承和控制在風(fēng)洞內(nèi)的受試模型的受試狀態(tài)及疊加的振動(dòng)，其特征在于，主要由底座￠00)、對(duì)稱設(shè)置在底座兩端的模型支承立座組成；模型支承立座上設(shè)置有高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；模型支承立座具有立架(510)，立架上垂直設(shè)置有二滑軌(520)和530，立座滑動(dòng)板(540)立于滑軌之上；高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的構(gòu)成為伺服電機(jī)(210)固定在立架(510)上，通過聯(lián)軸器(220)與絲桿(230)相連，絲桿(230)穿過立座滑動(dòng)板的絲桿孔，絲桿的一端頭通過絲桿法蘭(240)與立座滑動(dòng)板聯(lián)接，高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)立座滑動(dòng)板在垂直方向的上下運(yùn)動(dòng)；角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的構(gòu)成為伺服電機(jī)(110)固定在立座滑動(dòng)板(540)上，伺服電機(jī)(110)輸出端通過皮帶輪系(120)和減速機(jī)構(gòu)(130)與模型支承軸(140)相連，形成模型支承軸的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述之工程結(jié)構(gòu)風(fēng)洞模型狀態(tài)控制裝置，其特征在于所述底座(600)上設(shè)置有一對(duì)水平導(dǎo)軌，模型支承立座立于水平導(dǎo)軌上，一手動(dòng)絲桿機(jī)構(gòu)穿過立架(510)上的絲桿孔構(gòu)成模型支承立座水平位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種工程結(jié)構(gòu)風(fēng)洞模型狀態(tài)控制裝置，支承和控制在風(fēng)洞內(nèi)的受試模型的受試狀態(tài)和振動(dòng)，主要由底座、對(duì)稱設(shè)置在底座兩端的模型支承立座組成；模型支承座上設(shè)置有高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)豎向振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)及其耦合運(yùn)動(dòng)，能夠模擬各種振動(dòng)包括隨機(jī)振動(dòng)，位移和頻率范圍寬，并且精確可控，造價(jià)較低。
文檔編號(hào)G01M9/04GK102879170SQ201210359328
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者黃松和, 廖海黎, 王 琦, 張文桂, 李明水, 汪永元, 馬存明, 翟守才, 孫延國(guó), 謝大帥 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)