變長度移動繩的橫向振動測量方法技術

本發明專利技術公開了變長度移動繩的橫向振動測量方法，其特征是設置繩循環傳動單元，是由主動輪、從動輪、張緊輪，張力傳感器輪系以及用于驅動主動輪的第一步進電機構成循環輪系，呈閉合環的繩繞在循環輪系上形成豎直平面中的繩循環傳動單元；通過設置第一滑塊和第二滑塊的單獨運動或者聯動，來實現繩的定長、伸長、縮短等工況以及對應工況的測量方法；設置位移測量系統；是以非接觸式位移傳感器組位于繩的正上方，可以測量位于其正下方繩上質點在豎直方向的位移，實現變長度移動繩的橫向振動測量，可用于模擬工程上移動繩應用的各種工況，為檢驗移動繩模型振動響應計算算法提供實驗依據，也可進一步用于移動繩振動的控制。

【技術實現步驟摘要】
本申請是申請日為20140903，申請號為2014104462601，專利技術名稱為軸向移動繩橫向振動測量裝置及測量方法，申請人為合肥工業大學的分案申請。
本專利技術涉及一種用于測量變長度移動繩在給定移動速度以及張力下橫向振動的測試裝置。更具體涉及一種在給定初始位移下移動繩橫向位移振動非接觸式測量的測試實驗平臺以及試驗系統。
技術介紹
軸向繩移系統是軸向移動系統的一種類型，在工程上有許多應用，如纜車索道、繩系衛星、繩線、動力傳送帶、磁帶、紙帶等。軸向繩移系統簡化力學模型按繩長變化規律大致分為三類。如圖1a所示為長定的繩移系統，其特點是研究區域長度不變，繩具有移動速度，在研究區域兩端有新增和消失的繩，其應用實例有傳送帶、纜車索道、動力傳動的皮帶等；圖1b所示的伸長的繩移系統和圖1c所示的縮短的繩移系統可歸為一類，其特點是研究區域長度變化，在一端有新增或消失的繩，其應用實例有電梯的鋼索，吊車舉吊重物的上升下降，繩系衛星系統的主星釋放或回收子星時的繩系等。顯然，這類系統的振動響應及振動特性對于工程系統的振動及穩定性控制具有重要的應用價值。因為繩系的移動，在方程中出現隨時間變化的系數項，形成了參數激勵，該類型的振動為參數振動，不能夠用傳統的線性系統的方法獲得其理論解。目前研究學者已經提出了多種數值計算方法來求解移動繩的振動問題，對于這些計算方法仍需要實驗裝置進行檢驗算法。為此，實驗裝置需要滿足能模擬圖1a、圖1b和圖1c所示的三種系統形式，即包括定長度繩移系統及變長度繩移系統；要能夠給定繩移的速度、方向以及繩的張力，能夠改變繩的材料參數，如密度、彈性模量等，能給繩系特定的激勵，如初始位移激勵、脈沖激勵等，以及能跟蹤測量繩上多個質點在移動時的橫向位移以及繩移時繩長方向多個指定點的橫向位移。但迄今為止，這類實驗裝置尚沒見公開報導，還沒有一種能夠提供多個工況的移動繩振動試驗裝置以及測量平臺來檢驗數值算法的計算結果。
技術實現思路
本專利技術是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種變長度移動繩的橫向振動測量方法，一是用于為求解移動繩的振動的數值計算方法提供測量裝置，以便對數值計算方法進行檢驗；二是用于移動繩振動的控制；三是作為高校專業課教學以及科研的實驗平臺。本專利技術為解決技術問題采用如下技術方案：本專利技術軸向移動繩橫向振動測量裝置的結構特點是：設置繩循環傳動單元，是由主動輪、從動輪、張緊輪，張力傳感器輪系以及用于驅動主動輪的第一步進電機構成循環輪系，呈閉合環的繩繞在所述循環輪系上形成豎直平面中的繩循環傳動單元；所述主動輪、從動輪和張緊輪共同固定設置在底板上；設置底板坐標軸，所述底板坐標軸是指繩移方向上的固結于底板上的坐標軸。設置位移測量系統：包括呈水平固定安裝在繩的上方、且與繩的移動方向平行的直線導軌、與直線導軌滑動配合的第一滑塊和第二滑塊；在所述第一滑塊的下方固定連接有橫梁，非接觸式位移傳感器組布置在所述橫梁的底部；與所述直線導軌水平平行設置有直線滾珠絲杠導軌滑臺，所述直線滾珠絲杠導軌滑臺上滑動配合的第三滑塊可以通過縱向連接板和橫向連接板來驅動所述第一滑塊和/或第二滑塊的移動，并帶動橫梁及非接觸式位移傳感器組的平移；縱向連接板用于第三滑塊和第一滑塊的連接或者第三滑塊和第二滑塊的連接，橫向連接板用于第一滑塊和第二滑塊的連接；縱向連接板和橫向連接板易于拆卸和安裝，通過縱向連接板和橫向連接板不同的安裝組合方式實現繩不同的移動工況；所述非接觸式位移傳感器組位于繩的正上方，非接觸式位移傳感器組中的每只傳感器可以測量位于其正下方繩上質點在豎直方向的位移；所述張力傳感器輪系通過連接板固聯在第二滑塊的下方。本專利技術軸向移動繩橫向振動測量裝置的結構特點也在于：所述非接觸式位移傳感器組采用激光位移傳感器，在繩的初始繩長中心位置布置有位移標尺，用于測量初始繩長中心位置的位移量。所述繩循環傳動單元中的繩可以更換為不同的材質。所述繩可以是鋼帶、尼龍帶、布帶或皮帶。本專利技術變長度移動繩的橫向振動測量方法的特點是：啟動第一步進電機和第二步進電機，第三滑塊與第一滑塊通過縱向連接板相連接，第一滑塊與第二滑塊通過橫向連接板相連接，由第一步進電機通過滾珠絲杠導軌滑臺上的第三滑塊驅動第一滑塊和第二滑塊以給定速度同步移動時，給繩子提供一個設定的初始激勵；位移傳感器組在繩伸長或縮短時跟蹤測量繩上指定質點在移動時的橫向位移，用于驗證給定初始激勵條件下，變長度移動繩上質點橫向振動模型的數值求解算法的準確性。與已有技術相比，本專利技術有益效果體現在：1、本專利技術可用于模擬工程上移動繩應用的各種工況，并且可用于測量在各種工況下移動繩上多個特定點的橫向位移振動，為檢驗移動繩模型振動響應計算算法提供實驗依據，也可進一步用于移動繩振動的控制，可以作為高校專業課教學以及科研的實驗平臺；2、本專利技術中第一步進電機和第二步進電機的配合使用，能實現五種測量工況，使控制系統大為簡化，減少控制誤差；3、本專利技術采用滾珠絲杠導軌滑臺及直線導軌，有效提高實驗傳送的穩定性及精確性，同時滿足上下運動的同步性。4、本專利技術可以通過更換不同材質的繩，實現對不同材料繩系橫向振動位移的測量。附圖說明圖1a為定長繩移系統示意圖；圖1b為伸長的繩移系統示意圖；圖1c為縮短的繩移系統示意圖；圖2為本專利技術立面結構示意圖；圖3為本專利技術中直線滾珠絲杠導軌滑臺與直線導軌配合示意圖；圖中標號：1底板，2從動輪，3繩，4為CHB力值測量表，5直線導軌，6張力傳感器輪系，7第二滑塊，8位移傳感器組，9第一滑塊，10橫梁，11振動信號采集調理模塊，12計算機，13主動輪，14第一步進電機，15電機控制面板，16電機驅動模塊，17第三滑塊，18第二步進電機，19直線滾珠絲杠導軌滑臺，22縱向連接板，23橫向連接板，25固定螺栓，26絲杠，27位移標尺，28張緊輪。具體實施方式參見圖2和圖3，本實施例中軸向移動繩橫向振動測量裝置的結構設置為：設置繩循環傳動單元，是由主動輪13、從動輪2、張緊輪28，張力傳感器輪系6以及用于驅動主動輪13的第一步進電機14構成循環輪系，呈閉合環的繩3繞在循環輪系上形成豎直平面中的繩循環傳動單元；主動輪13、從動輪2和張緊輪28共同固定設置在底板1上；設置底板坐標軸，底板坐標軸是指繩移方向上的固結于底板1上的坐標軸。設置位移測量系統：包括呈水平固定安裝在繩的上方、且與繩的移動方向平行的直線導軌5、與直線導軌5滑動配合的第一滑塊9和第二滑塊7；在第一滑塊9的下方固定連接有橫梁10，非接觸式位移傳感器組8布置在橫梁10的底部；與所述直線導軌5水平平行設置有直線滾珠絲杠導軌滑臺19，由第二步進電機18實現驅動、并由絲杠26實現傳動的直線滾珠絲杠導軌滑臺19上滑動配合有第三滑塊17，第三滑塊17可以通過縱向連接板22和橫向連接板23來驅動第一滑塊9和/或第二滑塊7的移動，并帶動橫梁10及非接觸式位移傳感器組8的平移；其中，縱向連接板22用于第三滑塊17和第一滑塊9的連接或者第三滑塊17和第二滑塊7的連接，橫向連接板用于第一滑塊9和第二滑塊7的連接；縱向連接板22和橫向連接板23易于拆裝，通過縱向連接板22和橫向連接板23不同的安裝組合方式實現繩3不同的移動工況；非接觸式位移傳感器組8位于繩3的正上方，非接觸式位移本文檔來自技高網...

【技術保護點】
變長度移動繩的橫向振動測量方法，其特征是：設置軸向移動繩橫向振動測量裝置的結構形式是：設置繩循環傳動單元，是由主動輪(13)、從動輪(2)、張緊輪(28)、張力傳感器輪系(6)以及用于驅動主動輪(13)的第一步進電機(14)構成循環輪系，呈閉合環的繩(3)繞在所述循環輪系上形成豎直平面中的繩循環傳動單元；所述主動輪(13)、從動輪(2)和張緊輪(28)共同固定設置在底板(1)上；設置底板坐標軸，所述底板坐標軸是指繩移方向上的固結于底板(1)上的坐標軸；設置位移測量系統：包括呈水平固定安裝在繩的上方、且與繩的移動方向平行的直線導軌(5)、與直線導軌(5)滑動配合的第一滑塊(9)和第二滑塊(7)；在所述第一滑塊(9)的下方固定連接有橫梁(10)，非接觸式位移傳感器組(8)布置在所述橫梁(10)的底部；與所述直線導軌(5)水平平行設置有直線滾珠絲杠導軌滑臺(19)，第二步進電機(18)用于驅動所述直線滾珠絲杠導軌滑臺(19)，與所述直線滾珠絲杠導軌滑臺(19)滑動配合的第三滑塊(17)可以通過縱向連接板(22)和橫向連接板(23)來驅動所述第一滑塊(9)和/或第二滑塊(7)的移動，并帶動橫梁(10)及非接觸式位移傳感器組(8)的平移；縱向連接板(22)用于第三滑塊(17)和第一滑塊(9)的連接或者第三滑塊(17)和第二滑塊(7)的連接，橫向連接板用于第一滑塊(9)和第二滑塊(7)的連接；縱向連接板(22)和橫向連接板(23)易于拆卸和安裝，通過縱向連接板(22)和橫向連接板(23)不同的安裝組合方式實現繩(3)不同的移動工況；所述非接觸式位移傳感器組(8)位于繩(3)的正上方，非接觸式位移傳感器組(8)中的每只傳感器可以測量位于其正下方繩上質點在豎直方向的位移；所述張力傳感器輪系(6)通過連接板固聯在第二滑塊(7)的下方；所述變長度移動繩的橫向振動測量方法是按如下方式進行：啟動第一步進電機(14)和第二步進電機(18)，第三滑塊(17)與第一滑塊(9)通過縱向連接板(22)相連接，第一滑塊(9)與第二滑塊(7)通過橫向連接板(23)相連接，由第二步進電機(18)通過滾珠絲杠導軌滑臺(19)上的第三滑塊(17)驅動第一滑塊(9)和第二滑塊(7)以給定速度同步移動時，給繩子提供一個設定的初始激勵；非接觸式位移傳感器組(8)在繩伸長或縮短時跟蹤測量繩上指定質點在移動時的橫向位移，用于驗證給定初始激勵條件下，變長度移動繩上質點橫向振動模型的數值求解算法的準確性。...

【技術特征摘要】
1.變長度移動繩的橫向振動測量方法，其特征是：設置軸向移動繩橫向振動測量裝置的結構形式是：設置繩循環傳動單元，是由主動輪(13)、從動輪(2)、張緊輪(28)、張力傳感器輪系(6)以及用于驅動主動輪(13)的第一步進電機(14)構成循環輪系，呈閉合環的繩(3)繞在所述循環輪系上形成豎直平面中的繩循環傳動單元；所述主動輪(13)、從動輪(2)和張緊輪(28)共同固定設置在底板(1)上；設置底板坐標軸，所述底板坐標軸是指繩移方向上的固結于底板(1)上的坐標軸；設置位移測量系統：包括呈水平固定安裝在繩的上方、且與繩的移動方向平行的直線導軌(5)、與直線導軌(5)滑動配合的第一滑塊(9)和第二滑塊(7)；在所述第一滑塊(9)的下方固定連接有橫梁(10)，非接觸式位移傳感器組(8)布置在所述橫梁(10)的底部；與所述直線導軌(5)水平平行設置有直線滾珠絲杠導軌滑臺(19)，第二步進電機(18)用于驅動所述直線滾珠絲杠導軌滑臺(19)，與所述直線滾珠絲杠導軌滑臺(19)滑動配合的第三滑塊(17)可以通過縱向連接板(22)和橫向連接板(23)來驅動所述第一滑塊(9)和/或第二滑塊(7)的移動，并帶動橫梁(10)及非接觸式位移傳感器組(8)的平移；縱向連接板(22)用于第三滑塊(17)和第一滑塊(9)的連接或者第三滑塊(17)和第二滑塊(7)的連接，橫向連接板用于第一滑塊(9)和第二滑塊(7)的連接；縱向連接板(22)和橫向連接板(23)易于拆卸和安裝，通過縱向連接板(22)和橫向連接板(23)不同的安裝組合方式實現繩(3)不同的移動...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳恩偉，陸益民，劉帥，楊歷，劉正士，湯祥，吳群，
申請(專利權)人：合肥工業大學，
類型：發明
國別省市：安徽;34