专利名称：一种车载桅杆升降系统风载荷测试装置及其方法
技术领域：
本发明涉及桅杆系统的风载荷测试领域，尤其是涉及一种车载桅杆升降系统的风力可控的风载荷测试装置及其方法。
背景技术：
为了提高车载侦查的作用范围，增强侦察车的自我隐藏能力，国内陈立学等人研究了一种车载升降桅杆系统。该系统位于侦察车上，由若干节薄壁空心桅杆组成。桅杆米取液压驱动和机械传动相结合的复合结构形式，桅杆顶部装有各种探测设备，桅杆完全伸出时最高可达十余米，这样大大增加了侦察车的侦查范围。对于车载桅杆升降系统的研究国内做的相对较少，陈立学等人提出了桅杆的设计方法和走线方式，夏元杰等人对桅杆系统做了模态分析和仿真；国外对桅杆结构、顶部光电 设备结构、走线方式、液压控制平台等研究较多，对试验领域则涉及较少。国内外对桅杆的研究大多集中在雷达和海上作业的桅杆，常用的风载荷测试方法有风洞试验、摇摆试验和水池中的拖拽试验。因为车载桅杆升降系统由很多节组成，为了提升侦查距离桅杆高度一般在10米以上且横截面积较小，受风力影响时顶部偏移量较大，考虑到车载桅杆系统的结构特点以及测试精度、成本等问题，所以上述方法均不适合于车载桅杆升降系统的风载荷测试。由于风力对桅杆应力应变的影响直接关系到桅杆的强度和稳定性，为保障桅杆在大风天气下的观测精度，需要有一种可行的加载方案来对桅杆进行风载荷模拟试验。

发明内容
本发明的目的在于提供一种车载桅杆升降系统的风力可控的风载荷测试装置及其方法。该方法克服了现有风载荷测试方法误差大且不适合车载桅杆系统的弊端，而且能够测试各种状态下的风载荷，并且节能环保、可控性强、节省试验空间。车载桅杆升降系统风载荷测试装置包括多节伸缩式车载桅杆、反力架、配重、应变片、拉力装置、计算机；多节伸缩式车载桅杆上端部设有配重，在多节伸缩式车载桅杆的各节底部固定有应变片，多节伸缩式车载桅杆与多节伸缩式车载桅杆平行设有反力架，反力架上设多个拉力装置，拉力装置包括反力架横梁、比例调压阀、气缸架、滑轮组、拉力传感器、套环、钢丝绳、拉环、气管、气源，滑轮组包括动滑轮支架、动滑轮、定滑轮支架、定滑轮；反力架横梁上设有比例调压阀和气缸架，气缸架上设有气缸，气缸包括活塞杆、气缸无杆腔、气缸有杆腔，活塞杆底部的活塞两侧分为无杆腔和有杆腔，活塞杆的一端连接动滑轮支架，动滑轮支架连接动滑轮，气缸架一端设有定滑轮支架，定滑轮支架连接定滑轮，钢丝绳一端固定在定滑轮支架下端，通过动滑轮和定滑轮后钢丝绳另一端固定在拉环，拉环、拉力传感器、套环顺次连接，套环套在车载桅杆各节中部上和连接配重底部上；比例调压阀包括比例调压阀进气口、比例调压阀出气口，比例调压阀的进气口连接气源，比例调压阀的出气口通过气管连接无杆腔，有杆腔与大气相通；反力架与拉力装置的横梁相连，比例调压阀、拉力传感器、应变片与计算机相连。车载桅杆升降系统风载荷测试方法根据设定的等效风力值转化为相应的电压信号发送至各个比例调压阀，比例调压阀调节开口大小进而调节气缸的气压，使得气缸推力连续可调，气缸活塞杆推动动滑轮从而在钢丝绳上产生拉力，钢丝绳通过拉力传感器将拉力水平作用到多节伸缩式车载桅杆和配重上，拉力传感器将电压值传给计算机，计算机将各路电压值换算成相应的拉力值，并与实际设定的各路输出等效风力值进行比对，控制调节输出电压，使拉力传感器采集到的实际拉力值逐步接近并达到实际输出的风力值；试验时实时采集应变片的应变值，以检测桅杆风载荷试验时的变形和受力情况。本发明具有的有益效果是
I、拉力可由比例调压阀、拉力传感器以及控制器进行闭环控制，连续可调且精度较高。2、用气缸加载，响应迅速、节能环保。
3、采用滑轮组，减小气缸行程，节省试验空间。4、配重模块化，可根据需要进行加减。
以下结合附图
和实施方式对本发明作进一步详细的说明
图I是车载桅杆升降系统风载荷试验结构原理布局 图2是本发明气缸、定滑轮和动滑轮结构示意 图3是本发明拉环、套环和拉力传感器结构示意 图4是本发明的气压原理图。图中试验桅杆I、反力架2、反力架横梁3、比例调压阀4、气缸5、气缸架6、滑轮组
7、拉力传感器8、套环9、钢丝绳10、活塞杆11、动滑轮支架12、动滑轮13、定滑轮支架14、定滑轮15、拉环16、配重17、应变片18、比例调压阀进气口 19、比例调压阀出气口 20、气缸无杆腔21、气缸有杆腔22、气管23、气源24。
具体实施例方式如图所示，车载桅杆升降系统风载荷测试装置包括多节伸缩式车载桅杆I、反力架
2、配重17、应变片18、拉力装置、计算机；多节伸缩式车载桅杆I上端部设有配重17，在多节伸缩式车载桅杆I的各节底部固定有应变片18，多节伸缩式车载桅杆I与多节伸缩式车载桅杆I平行设有反力架2，反力架2上设多个拉力装置，拉力装置包括反力架横梁3、比例调压阀4、气缸架6、滑轮组7、拉力传感器8、套环9、钢丝绳10、拉环16、气管23、气源24，滑轮组7包括动滑轮支架12、动滑轮13、定滑轮支架14、定滑轮15 ;反力架横梁3上设有比例调压阀4和气缸架6，气缸架6上设有气缸5，气缸5包括活塞杆11、气缸无杆腔21、气缸有杆腔22，活塞杆11底部的活塞两侧分为无杆腔21和有杆腔22，活塞杆11的一端连接动滑轮支架12，动滑轮支架12连接动滑轮13，气缸架6 —端设有定滑轮支架14，定滑轮支架14连接定滑轮15，钢丝绳10 —端固定在定滑轮支架14下端，通过动滑轮13和定滑轮15后钢丝绳10另一端固定在拉环16,拉环16、拉力传感器8、套环9顺次连接,套环9套在车载桅杆I各节中部上和连接配重17底部上；比例调压阀4包括比例调压阀进气口 19、比例调压阀出气口 20，比例调压阀4的进气口 20连接气源24，比例调压阀4的出气口 19通过气管23连接无杆腔21，有杆腔22与大气相通；反力架2与拉力装置的横梁3相连，比例调压阀
4、拉力传感器8、应变片18与计算机相连。考虑到桅杆I顶部有较大的偏移量，最顶部气缸架6的安装位置要更加远离桅杆，同时由于顶部配重17处施加的力较大，最上面一节气缸5的力和活塞杆行程均要较大，气缸5选择时应尽量使气缸5工作于最大输出力的25%到75%之间。气缸活塞杆11通过滑轮组7将力施加于钢丝绳10上，使用滑轮组7可使气缸活塞杆11的行程较直接加载时减半，但同时需要的力将为直接加载时的一倍。调节定滑轮架支架14，使钢丝绳10、拉环16、拉力传感器8与套环9保持水平，以确保加载力的水平以及采集到的拉力值的准确度，试验前应使钢丝绳10处于预紧状态。
考虑到桅杆I每节底部应力应变较大，将应变片或应变花18贴到各节桅杆底部，线可沿桅杆返回计算机。拉力传感器8、气缸5、比例调压阀4的数目随桅杆的节数而定，考虑到桅杆最下一节不受风力而顶部光电设备受风力影响较大，一般有桅杆有多少节就选用多少套设备。试验时要需要在顶端施加配重17以模拟桅杆顶部的一些设备，配重17做成模块化，分为不同规格的质量块，试验时根据需要进行合理选择和搭配，配重17横截面做成正方形，最下面一块与桅杆最上面一节相连，其余配重块固定在最下面一块上。拉力传感器8电源线和信号线沿钢丝绳10到反力架横梁3上，并沿着反力架2回到计算机，比例调压阀4的电源线和控制线沿着反力架2回到计算机，气管可沿反力架2及横梁3进行安装布置。车载桅杆升降系统风载荷测试方法根据设定的等效风力值转化为相应的电压信号发送至各个比例调压阀4，比例调压阀4调节开口大小进而调节气缸5的气压，使得气缸5推力连续可调，气缸5活塞杆11推动动滑轮13从而在钢丝绳10上产生拉力，钢丝绳10通过拉力传感器8将拉力水平作用到多节伸缩式车载桅杆I和配重17上，拉力传感器8将电压值传给计算机，计算机将各路电压值换算成相应的拉力值，并与实际设定的各路输出等效风力值进行比对，控制调节输出电压，使拉力传感器8采集到的实际拉力值逐步接近并达到实际输出的风力值；试验时实时采集应变片18的应变值，以检测桅杆风载荷试验时的变形和受力情况。本方法可试验恒定风载荷，同时也可测试动态的风载荷，试验前只需计算好风压大小即可，气缸较高的响应速度使动态风压的测试成为可能。加载时需循序渐进平稳加载，使各个气缸的压力值逐步达到预设值，不可直接将需要压力值施加到桅杆上。应变片可采用胶结式进行粘贴，根据桅杆的材料以及采集系统的桥路方式选择相应的应变片或应变花，应变片贴在各节桅杆的底部，试验时实时采集应变值，以检测桅杆风载荷试验时的变形和受力情况。
权利要求
1.一种车载桅杆升降系统风载荷测试装置，其特征在于包括多节伸缩式车载桅杆(I)、反力架(2)、配重(17)、应变片(18)、拉カ装置、计算机；多节伸缩式车载桅杆(I)上端部设有配重(17)，在多节伸缩式车载桅杆(I的各节底部固定有应变片(18，多节伸缩式车载桅杆(I)与多节伸缩式车载桅杆(I)平行设有反力架(2)，反力架(2)上设多个拉カ装置，拉カ装置包括反力架横梁(3)、比例调压阀(4)、气缸架(6)、滑轮组(7)、拉カ传感器(8)、套环(9)、钢丝绳(10)、拉环(16)、气管(23)、气源(24)，滑轮组(7)包括动滑轮支架(12)、动滑轮(13)、定滑轮支架(14)、定滑轮(15);反力架横梁(3)上设有比例调压阀(4)和气缸架(6)，气缸架(6)上设有气缸(5)，气缸(5)包括活塞杆(11)、气缸无杆腔(21)、气缸有杆腔(22)，活塞杆(11)底部的活塞两侧分为无杆腔(21)和有杆腔(22)，活塞杆(11)的一端连接动滑轮支架(12)，动滑轮支架(12)连接动滑轮(13)，气缸架(6)—端设有定滑轮支架(14)，定滑轮支架(14)连接定滑轮(15)，钢丝绳(10)—端固定在定滑轮支架(14)下端，通过动滑轮(13)和定滑轮(15)后钢丝绳(10)另一端固定在拉环(16)，拉环(16)、拉カ传感器(8)、套环(9)顺次连接，套环(9)套在车载桅杆(I)各节中部上和连接配重(17)底部上；比例调压阀(4)包括比例调压阀进气ロ( 19 )、比例调压阀出气ロ( 20 )，比例调压阀(4)的进气ロ(20 )连接气源(24 )，比例调压阀(4 )的出气ロ( 19 )通过气管(23 )连接无杆腔(21)，有杆腔(22)与大气相通；反力架(2)与拉カ装置的横梁(3)相连，比例调压阀(4)、拉カ传感器(8)、应变片(18)与计算机相连。
2.ー种使用如权利要求I所述装置的车载桅杆升降系统风载荷测试方法，其特征在于根据设定的等效风カ值转化为相应的电压信号发送至各个比例调压阀(4)，比例调压阀(4)调节开ロ大小进而调节气缸(5)的气压，使得气缸(5)推力连续可调，气缸(5)活塞杆(II)推动动滑轮(13)从而在钢丝绳(10)上产生拉力，钢丝绳(10)通过拉カ传感器(8)将拉カ水平作用到多节伸缩式车载桅杆(I)和配重(17)上，拉カ传感器(8)将电压值传给计算机，计算机将各路电压值換算成相应的拉カ值，并与实际设定的各路输出等效风カ值进行比对，控制调节输出电压，使拉力传感器(8)采集到的实际拉力值逐步接近并达到实际输出的风カ值；试验时实时采集应变片(18)的应变值，以检测桅杆风载荷试验时的变形和受力情況。
全文摘要
本发明公开了一种车载桅杆升降系统的风力可控的风载荷测试装置及其方法。根据设定的等效风力值转化为相应的电压信号发送至各个比例调压阀，比例调压阀调节开口大小进而调节气缸的气压，使得气缸推力连续可调，气缸活塞杆推动动滑轮从而在钢丝绳上产生拉力，钢丝绳通过拉力传感器将拉力水平作用到多节伸缩式车载桅杆和配重上，拉力传感器将电压值传给计算机，计算机将各路电压值换算成相应的拉力值，控制调节输出电压，使拉力传感器采集到的实际拉力值逐步接近并达到实际输出的风力值；试验时实时采集应变片的应变值，以检测桅杆风载荷试验时的变形和受力情况。本发明可以节省试验空间，减少活塞杆行程；提高测试精度，满足不同风力检测需要。
文档编号G01M99/00GK102680264SQ20121016146
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月23日 优先权日2012年5月23日
发明者周晓军, 徐云, 李钊 申请人:浙江大学