專利名稱：一種車載桅桿升降系統(tǒng)風載荷測試裝置及其方法
技術領域：
本發(fā)明涉及桅桿系統(tǒng)的風載荷測試領域，尤其是涉及一種車載桅桿升降系統(tǒng)的風力可控的風載荷測試裝置及其方法。
背景技術：
為了提高車載偵查的作用范圍，增強偵察車的自我隱藏能力，國內陳立學等人研究了一種車載升降桅桿系統(tǒng)。該系統(tǒng)位于偵察車上，由若干節(jié)薄壁空心桅桿組成。桅桿米取液壓驅動和機械傳動相結合的復合結構形式，桅桿頂部裝有各種探測設備，桅桿完全伸出時最高可達十余米，這樣大大增加了偵察車的偵查范圍。對于車載桅桿升降系統(tǒng)的研究國內做的相對較少，陳立學等人提出了桅桿的設計方法和走線方式，夏元杰等人對桅桿系統(tǒng)做了模態(tài)分析和仿真；國外對桅桿結構、頂部光電 設備結構、走線方式、液壓控制平臺等研究較多，對試驗領域則涉及較少。國內外對桅桿的研究大多集中在雷達和海上作業(yè)的桅桿，常用的風載荷測試方法有風洞試驗、搖擺試驗和水池中的拖拽試驗。因為車載桅桿升降系統(tǒng)由很多節(jié)組成，為了提升偵查距離桅桿高度一般在10米以上且橫截面積較小，受風力影響時頂部偏移量較大，考慮到車載桅桿系統(tǒng)的結構特點以及測試精度、成本等問題，所以上述方法均不適合于車載桅桿升降系統(tǒng)的風載荷測試。由于風力對桅桿應力應變的影響直接關系到桅桿的強度和穩(wěn)定性，為保障桅桿在大風天氣下的觀測精度，需要有一種可行的加載方案來對桅桿進行風載荷模擬試驗。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種車載桅桿升降系統(tǒng)的風力可控的風載荷測試裝置及其方法。該方法克服了現有風載荷測試方法誤差大且不適合車載桅桿系統(tǒng)的弊端，而且能夠測試各種狀態(tài)下的風載荷，并且節(jié)能環(huán)保、可控性強、節(jié)省試驗空間。車載桅桿升降系統(tǒng)風載荷測試裝置包括多節(jié)伸縮式車載桅桿、反力架、配重、應變片、拉力裝置、計算機；多節(jié)伸縮式車載桅桿上端部設有配重，在多節(jié)伸縮式車載桅桿的各節(jié)底部固定有應變片，多節(jié)伸縮式車載桅桿與多節(jié)伸縮式車載桅桿平行設有反力架，反力架上設多個拉力裝置，拉力裝置包括反力架橫梁、比例調壓閥、氣缸架、滑輪組、拉力傳感器、套環(huán)、鋼絲繩、拉環(huán)、氣管、氣源，滑輪組包括動滑輪支架、動滑輪、定滑輪支架、定滑輪；反力架橫梁上設有比例調壓閥和氣缸架，氣缸架上設有氣缸，氣缸包括活塞桿、氣缸無桿腔、氣缸有桿腔，活塞桿底部的活塞兩側分為無桿腔和有桿腔，活塞桿的一端連接動滑輪支架，動滑輪支架連接動滑輪，氣缸架一端設有定滑輪支架，定滑輪支架連接定滑輪，鋼絲繩一端固定在定滑輪支架下端，通過動滑輪和定滑輪后鋼絲繩另一端固定在拉環(huán)，拉環(huán)、拉力傳感器、套環(huán)順次連接，套環(huán)套在車載桅桿各節(jié)中部上和連接配重底部上；比例調壓閥包括比例調壓閥進氣口、比例調壓閥出氣口，比例調壓閥的進氣口連接氣源，比例調壓閥的出氣口通過氣管連接無桿腔，有桿腔與大氣相通；反力架與拉力裝置的橫梁相連，比例調壓閥、拉力傳感器、應變片與計算機相連。車載桅桿升降系統(tǒng)風載荷測試方法根據設定的等效風力值轉化為相應的電壓信號發(fā)送至各個比例調壓閥，比例調壓閥調節(jié)開口大小進而調節(jié)氣缸的氣壓，使得氣缸推力連續(xù)可調，氣缸活塞桿推動動滑輪從而在鋼絲繩上產生拉力，鋼絲繩通過拉力傳感器將拉力水平作用到多節(jié)伸縮式車載桅桿和配重上，拉力傳感器將電壓值傳給計算機，計算機將各路電壓值換算成相應的拉力值，并與實際設定的各路輸出等效風力值進行比對，控制調節(jié)輸出電壓，使拉力傳感器采集到的實際拉力值逐步接近并達到實際輸出的風力值；試驗時實時采集應變片的應變值，以檢測桅桿風載荷試驗時的變形和受力情況。本發(fā)明具有的有益效果是
I、拉力可由比例調壓閥、拉力傳感器以及控制器進行閉環(huán)控制，連續(xù)可調且精度較高。2、用氣缸加載，響應迅速、節(jié)能環(huán)保。
3、采用滑輪組，減小氣缸行程，節(jié)省試驗空間。4、配重模塊化，可根據需要進行加減。
以下結合附圖
和實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明
圖I是車載桅桿升降系統(tǒng)風載荷試驗結構原理布局 圖2是本發(fā)明氣缸、定滑輪和動滑輪結構示意 圖3是本發(fā)明拉環(huán)、套環(huán)和拉力傳感器結構示意 圖4是本發(fā)明的氣壓原理圖。圖中試驗桅桿I、反力架2、反力架橫梁3、比例調壓閥4、氣缸5、氣缸架6、滑輪組
7、拉力傳感器8、套環(huán)9、鋼絲繩10、活塞桿11、動滑輪支架12、動滑輪13、定滑輪支架14、定滑輪15、拉環(huán)16、配重17、應變片18、比例調壓閥進氣口 19、比例調壓閥出氣口 20、氣缸無桿腔21、氣缸有桿腔22、氣管23、氣源24。
具體實施例方式如圖所示，車載桅桿升降系統(tǒng)風載荷測試裝置包括多節(jié)伸縮式車載桅桿I、反力架
2、配重17、應變片18、拉力裝置、計算機；多節(jié)伸縮式車載桅桿I上端部設有配重17，在多節(jié)伸縮式車載桅桿I的各節(jié)底部固定有應變片18，多節(jié)伸縮式車載桅桿I與多節(jié)伸縮式車載桅桿I平行設有反力架2，反力架2上設多個拉力裝置，拉力裝置包括反力架橫梁3、比例調壓閥4、氣缸架6、滑輪組7、拉力傳感器8、套環(huán)9、鋼絲繩10、拉環(huán)16、氣管23、氣源24，滑輪組7包括動滑輪支架12、動滑輪13、定滑輪支架14、定滑輪15 ;反力架橫梁3上設有比例調壓閥4和氣缸架6，氣缸架6上設有氣缸5，氣缸5包括活塞桿11、氣缸無桿腔21、氣缸有桿腔22，活塞桿11底部的活塞兩側分為無桿腔21和有桿腔22，活塞桿11的一端連接動滑輪支架12，動滑輪支架12連接動滑輪13，氣缸架6 —端設有定滑輪支架14，定滑輪支架14連接定滑輪15，鋼絲繩10 —端固定在定滑輪支架14下端，通過動滑輪13和定滑輪15后鋼絲繩10另一端固定在拉環(huán)16,拉環(huán)16、拉力傳感器8、套環(huán)9順次連接,套環(huán)9套在車載桅桿I各節(jié)中部上和連接配重17底部上；比例調壓閥4包括比例調壓閥進氣口 19、比例調壓閥出氣口 20，比例調壓閥4的進氣口 20連接氣源24，比例調壓閥4的出氣口 19通過氣管23連接無桿腔21，有桿腔22與大氣相通；反力架2與拉力裝置的橫梁3相連，比例調壓閥
4、拉力傳感器8、應變片18與計算機相連?？紤]到桅桿I頂部有較大的偏移量，最頂部氣缸架6的安裝位置要更加遠離桅桿，同時由于頂部配重17處施加的力較大，最上面一節(jié)氣缸5的力和活塞桿行程均要較大，氣缸5選擇時應盡量使氣缸5工作于最大輸出力的25%到75%之間。氣缸活塞桿11通過滑輪組7將力施加于鋼絲繩10上，使用滑輪組7可使氣缸活塞桿11的行程較直接加載時減半，但同時需要的力將為直接加載時的一倍。調節(jié)定滑輪架支架14，使鋼絲繩10、拉環(huán)16、拉力傳感器8與套環(huán)9保持水平，以確保加載力的水平以及采集到的拉力值的準確度，試驗前應使鋼絲繩10處于預緊狀態(tài)。
考慮到桅桿I每節(jié)底部應力應變較大，將應變片或應變花18貼到各節(jié)桅桿底部，線可沿桅桿返回計算機。拉力傳感器8、氣缸5、比例調壓閥4的數目隨桅桿的節(jié)數而定，考慮到桅桿最下一節(jié)不受風力而頂部光電設備受風力影響較大，一般有桅桿有多少節(jié)就選用多少套設備。試驗時要需要在頂端施加配重17以模擬桅桿頂部的一些設備，配重17做成模塊化，分為不同規(guī)格的質量塊，試驗時根據需要進行合理選擇和搭配，配重17橫截面做成正方形，最下面一塊與桅桿最上面一節(jié)相連，其余配重塊固定在最下面一塊上。拉力傳感器8電源線和信號線沿鋼絲繩10到反力架橫梁3上，并沿著反力架2回到計算機，比例調壓閥4的電源線和控制線沿著反力架2回到計算機，氣管可沿反力架2及橫梁3進行安裝布置。車載桅桿升降系統(tǒng)風載荷測試方法根據設定的等效風力值轉化為相應的電壓信號發(fā)送至各個比例調壓閥4，比例調壓閥4調節(jié)開口大小進而調節(jié)氣缸5的氣壓，使得氣缸5推力連續(xù)可調，氣缸5活塞桿11推動動滑輪13從而在鋼絲繩10上產生拉力，鋼絲繩10通過拉力傳感器8將拉力水平作用到多節(jié)伸縮式車載桅桿I和配重17上，拉力傳感器8將電壓值傳給計算機，計算機將各路電壓值換算成相應的拉力值，并與實際設定的各路輸出等效風力值進行比對，控制調節(jié)輸出電壓，使拉力傳感器8采集到的實際拉力值逐步接近并達到實際輸出的風力值；試驗時實時采集應變片18的應變值，以檢測桅桿風載荷試驗時的變形和受力情況。本方法可試驗恒定風載荷，同時也可測試動態(tài)的風載荷，試驗前只需計算好風壓大小即可，氣缸較高的響應速度使動態(tài)風壓的測試成為可能。加載時需循序漸進平穩(wěn)加載，使各個氣缸的壓力值逐步達到預設值，不可直接將需要壓力值施加到桅桿上。應變片可采用膠結式進行粘貼，根據桅桿的材料以及采集系統(tǒng)的橋路方式選擇相應的應變片或應變花，應變片貼在各節(jié)桅桿的底部，試驗時實時采集應變值，以檢測桅桿風載荷試驗時的變形和受力情況。
權利要求
1.一種車載桅桿升降系統(tǒng)風載荷測試裝置，其特征在于包括多節(jié)伸縮式車載桅桿(I)、反力架(2)、配重(17)、應變片(18)、拉カ裝置、計算機；多節(jié)伸縮式車載桅桿(I)上端部設有配重(17)，在多節(jié)伸縮式車載桅桿(I的各節(jié)底部固定有應變片(18，多節(jié)伸縮式車載桅桿(I)與多節(jié)伸縮式車載桅桿(I)平行設有反力架(2)，反力架(2)上設多個拉カ裝置，拉カ裝置包括反力架橫梁(3)、比例調壓閥(4)、氣缸架(6)、滑輪組(7)、拉カ傳感器(8)、套環(huán)(9)、鋼絲繩(10)、拉環(huán)(16)、氣管(23)、氣源(24)，滑輪組(7)包括動滑輪支架(12)、動滑輪(13)、定滑輪支架(14)、定滑輪(15);反力架橫梁(3)上設有比例調壓閥(4)和氣缸架(6)，氣缸架(6)上設有氣缸(5)，氣缸(5)包括活塞桿(11)、氣缸無桿腔(21)、氣缸有桿腔(22)，活塞桿(11)底部的活塞兩側分為無桿腔(21)和有桿腔(22)，活塞桿(11)的一端連接動滑輪支架(12)，動滑輪支架(12)連接動滑輪(13)，氣缸架(6)—端設有定滑輪支架(14)，定滑輪支架(14)連接定滑輪(15)，鋼絲繩(10)—端固定在定滑輪支架(14)下端，通過動滑輪(13)和定滑輪(15)后鋼絲繩(10)另一端固定在拉環(huán)(16)，拉環(huán)(16)、拉カ傳感器(8)、套環(huán)(9)順次連接，套環(huán)(9)套在車載桅桿(I)各節(jié)中部上和連接配重(17)底部上；比例調壓閥(4)包括比例調壓閥進氣ロ( 19 )、比例調壓閥出氣ロ( 20 )，比例調壓閥(4)的進氣ロ(20 )連接氣源(24 )，比例調壓閥(4 )的出氣ロ( 19 )通過氣管(23 )連接無桿腔(21)，有桿腔(22)與大氣相通；反力架(2)與拉カ裝置的橫梁(3)相連，比例調壓閥(4)、拉カ傳感器(8)、應變片(18)與計算機相連。
2.ー種使用如權利要求I所述裝置的車載桅桿升降系統(tǒng)風載荷測試方法，其特征在于根據設定的等效風カ值轉化為相應的電壓信號發(fā)送至各個比例調壓閥(4)，比例調壓閥(4)調節(jié)開ロ大小進而調節(jié)氣缸(5)的氣壓，使得氣缸(5)推力連續(xù)可調，氣缸(5)活塞桿(II)推動動滑輪(13)從而在鋼絲繩(10)上產生拉力，鋼絲繩(10)通過拉カ傳感器(8)將拉カ水平作用到多節(jié)伸縮式車載桅桿(I)和配重(17)上，拉カ傳感器(8)將電壓值傳給計算機，計算機將各路電壓值換算成相應的拉カ值，并與實際設定的各路輸出等效風カ值進行比對，控制調節(jié)輸出電壓，使拉力傳感器(8)采集到的實際拉力值逐步接近并達到實際輸出的風カ值；試驗時實時采集應變片(18)的應變值，以檢測桅桿風載荷試驗時的變形和受力情況。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種車載桅桿升降系統(tǒng)的風力可控的風載荷測試裝置及其方法。根據設定的等效風力值轉化為相應的電壓信號發(fā)送至各個比例調壓閥，比例調壓閥調節(jié)開口大小進而調節(jié)氣缸的氣壓，使得氣缸推力連續(xù)可調，氣缸活塞桿推動動滑輪從而在鋼絲繩上產生拉力，鋼絲繩通過拉力傳感器將拉力水平作用到多節(jié)伸縮式車載桅桿和配重上，拉力傳感器將電壓值傳給計算機，計算機將各路電壓值換算成相應的拉力值，控制調節(jié)輸出電壓，使拉力傳感器采集到的實際拉力值逐步接近并達到實際輸出的風力值；試驗時實時采集應變片的應變值，以檢測桅桿風載荷試驗時的變形和受力情況。本發(fā)明可以節(jié)省試驗空間，減少活塞桿行程；提高測試精度，滿足不同風力檢測需要。
文檔編號G01M99/00GK102680264SQ20121016146
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月23日 優(yōu)先權日2012年5月23日
發(fā)明者周曉軍, 徐云, 李釗 申請人:浙江大學