双自由度海洋浮动平台仿真装置.pdf

本发明涉及一种海洋工程技术领域的双自由度海洋浮动平台仿真装置，本发明平台的两边中间各设一个固定在第一底板上的A型支撑，夹具-轴组合装置连接平台和两A型支撑，平台另两边的其中一边中间连接曲柄连杆机构，第一底板上固定设置第一减速电机，第一底板设置在第二底板上，第一底板与第二底板通过锥齿齿轮组啮合连接，第一行程控制机构固定在第二底板上，第二行程控制机构固定在第二行程机构支架上，第二底板上固定设置第二减速电机底座，第二减速电机底座上固定设置第二减速电机，第二底板通过底脚膨胀螺栓固定设置于地面。本发明同时实现两自由度均由减速电机驱动，可通过变频器和行程控制机构独立调节频率和角度，简单、安全、可靠。

1、  一种双自由度海洋浮动平台仿真装置，包括：平台、两A型支撑、第一减速电机、锥齿齿轮组、曲柄连杆机构、第一底板，其特征在于，还包括：夹具-轴组合装置、第一行程控制机构、第二减速电机、第二行程控制机构、第二底板、第二减速电机底座、第二行程控制机构支架，平台的两边中间各设一个固定在第一底板上的A型支撑，夹具-轴组合装置连接平台和两A型支撑，平台另两边的其中一边中间连接曲柄连杆机构，第一底板上固定设置第一减速电机，第一底板设置在第二底板上，第一底板与第二底板通过锥齿齿轮组啮合连接，第一行程控制机构固定在第二底板上，第二行程控制机构固定在第二行程机构支架上，第二底板上固定设置第二减速电机底座，第二减速电机底座上固定设置第二减速电机，第二底板通过底脚膨胀螺栓固定设置于地面。

2、  根据权利要求1所述的双自由度海洋浮动平台仿真装置，其特征是所述的曲柄连杆机构设置在第一减速电机上。

3、  根据权利要求1所述的双自由度海洋浮动平台仿真装置，其特征是所述的第一减速电机前设置第一交流变频调速器。

4、  根据权利要求1所述的双自由度海洋浮动平台仿真装置，其特征是所述的第二减速电机后接一第二交流变频调速器。

5、  根据权利要求1所述的双自由度海洋浮动平台仿真装置，其特征是所述的第一底板和第二底板之间通过转盘形成转动连接，所述的转盘由上转盘、下转盘和滚珠构成，上转盘固定于第一底板的下表面，下转盘固定于第二底板的上表面，滚珠位于上转盘和下转盘之间。

6、  根据权利要求1所述的双自由度海洋浮动平台仿真装置，其特征是所述的第一底板下和第二底板上表面设置导向滚轮，导向滚轮在第二底板上滑动。

7、  根据权利要求1所述的双自由度海洋浮动平台仿真装置，其特征是所述的锥齿齿轮组由水平伞齿轮、垂直伞齿轮构成，第一底板上设置水平伞齿轮，第二底板上的第二减速电机的输出轴段上设置垂直伞齿轮，两齿轮啮合构成锥齿齿轮组。

8、  根据权利要求1所述的双自由度海洋浮动平台仿真装置，其特征是所述的第一底板上设置一套由两个行程开关组成的第一行程控制机构，第一行程控制机构的位置在曲柄连杆机构的一侧。

9、  根据权利要求1所述的双自由度海洋浮动平台仿真装置，其特征是所述的第一行程控制机构包括一立板、两个滚轮手柄式行程开关，立板固定在第二底板上，立板在固定于第二行程控制机构支架上，两个滚轮手柄式行程开关分别设置在两个长形板上。

10、  根据权利要求1所述的双自由度海洋浮动平台仿真装置，其特征是所述的立板通过螺栓和垫圈连接两长形板，两长形板可绕螺栓转动，以调整与拨片撞击的位置，两个滚轮手柄式行程开关分别设置在两长形板上，两长形板分别通过钻孔与立板固定，在立板上设有定位孔。

双自由度海洋浮动平台仿真装置
技术领域
本发明涉及一种海洋工程技术领域的装置，具体是一种模拟海浪波动的频率、角度可调的双自由度海洋浮动平台仿真装置。
背景技术
目前海洋浮式平台的研究都选择在人造水池中通过造波机等设备制造模拟海洋环境来进行实验，这种方法虽能较为接近的模拟实际情况，但其场地要求高、设备众多，投资高昂。对于中小型的海洋模拟实验，往往没有如此高的预算来支持建造人造水池作为实验装置。
通过对现有技术的文献检索，中国专利CN1614376A、中国专利CN2518096Y和中国专利CN101201291都分别提出了各自的海洋平台仿真装置，但有些设计复杂，装置庞大，有些不能满足大型实验需要或不能灵活调节各项参数。
另外中国专利“单自由度可调振幅平台”(申请号200810201923.8)中提出了一种单自由度可调振幅平台，该技术自述：一种海洋工程技术领域的单自由度可调振幅平台，包括：平台、A型支撑、平台与支撑间连接装置、曲柄连杆机构、电机以及底板，曲柄连杆机构驱动平台做往复摆动，以两侧A型支撑作为平台转动轴线。所述曲柄连杆机构由行星多孔圆盘曲柄和连杆组成，行星多孔圆盘曲柄设有圆盘中心轴孔和多个行星孔，圆盘中心轴孔与电机轴配合连接，行星孔与连杆配合。行星多孔圆盘曲柄上中心轴孔与各行星孔间距对应不同曲柄长度，连杆与不同行星孔连接即可改变平台振幅。该技术虽然通过曲柄连杆机构驱动平台摆动，由行星多孔圆盘形式的曲柄能够调节平台振幅。但是并不能真实的模拟复杂海洋环境，也不能模拟艏摇和横摇或纵摇。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术中的不足和缺点，提出一种双自由度海洋浮动平台仿真装置，使其将所有环境因素简化合成为浮式平台的周期性摆动和转动，通过机械方式驱动平台来代替水池模拟方法，并且该平台的自由度以及摆动角度、频率可调，调节方式简单、迅速。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：平台、两A型支撑、夹具-轴组合装置、曲柄连杆机构、第一减速电机、第一底板、第一行程控制机构、第二减速电机、第二行程控制机构、第二底板、第二减速电机底座、第二行程控制机构支架，平台的两边中间各设一个固定在第一底板上的A型支撑，夹具-轴组合装置连接平台和两A型支撑，平台另两边的其中一边中间连接曲柄连杆机构，第一底板上固定设置第一减速电机，第一底板设置在第二底板上，第一底板与第二底板通过锥齿齿轮组啮合连接，第一行程控制机构固定在第一底板上，第二行程控制机构固定在第二行程机构支架上。第二底板上固定设置第二减速电机底座，第二减速电机底座上固定设置第二减速电机。第二底板通过底脚膨胀螺栓固定设置于地面。
所述的平台为四边形。
所述的曲柄连杆机构设置在第一减速电机上。
所述的第一减速电机前设置第一交流变频调速器。
所述的第二减速电机前接一第二交流变频调速器。
所述的第一底板小于第二底板。
所述的第一底板和第二底板之间通过转盘形成转动连接。
所述的第一底板下和第二底板上表面设置导向滚轮，导向滚轮在第二底板上滑动。
所述的转盘由上转盘、下转盘和滚珠构成，上转盘固定于第一底板的下表面，下转盘固定于第二底板的上表面，滚珠位于上转盘和下转盘之间。
所述的锥齿齿轮组由水平伞齿轮、垂直伞齿轮构成，第一底板上设置水平伞齿轮，第二底板上的第二减速电机的输出轴段上设置垂直伞齿轮，两齿轮啮合构成锥齿齿轮组。
所述的第一底板上设置第一行程控制机构，该第一行程控制机构包括两个行程开关，第一行程控制机构的位置在曲柄连杆机构的一侧。
所述的第一行程控制机构包括一立板、两个滚轮手柄式行程开关，立板固定在第二底板上，立板再固定于第二行程控制机构支架上。
所述的立板通过螺栓和垫圈连接两长形板，两长形板可绕螺栓转动，以调整与拨片撞击的位置，两个滚轮手柄式行程开关分别设置在两长形板上，两长形板分别通过钻孔与立板固定，在立板上设有按照长形板转动轨迹所钻的定位孔。
所述的两个滚轮手柄式行程开关分别设置在两个长形板上。
本发明的工作原理为：在单自由度可调振幅平台实现平台垂直方向绕轴摆动的同时，用第二减速电机驱动锥齿齿轮组，使平台可以整体相对于地面实现另一个转动自由度。本发明采用机械装置来进行水波模拟，电机驱动机械平台，通过改变电机的驱动频率和行程开关拨片的位置达到平台在两个自由度的频率和角度可调。两个自由度其一为平台绕中轴的摆动自由度，其二为平台相对地面的旋转自由度。本发明通过两个自由度的运动配合更加真实的模拟海浪波动。
平台转动自由度的实现是通过第一底板和第二底板(第二底板固定于地面)的相对转动，从而带动平台相对地面转动。第一底板和第二底板的相对转动通过锥齿齿轮组的相互啮合运动来带动的，而锥齿齿轮组的啮合运动由第二减速电机驱动垂直齿轮产生。在此机构基础上，第二减速电机前部连接第二交流变频调速器使第二减速电机转速降低到海洋平台晃动频率的范围之内，只需调节第二交流变频调速器输出频率来改变第二减速电机转速，锥齿齿轮组的啮合角速度即发生变化，从而实现平台转动频率的调节。调节锥齿齿轮组转角幅度，通过在锥齿齿轮组旋转行程内的不同角度设置上、下限位的行程开关来实现锥齿轮组转角幅度的调节，即可调节平台相对地面的转动幅度。行程开关串联在第二减速电机正、反转电路中，当齿轮转动撞击其行程内某角度的上限位开关则减速电机反转，齿轮反转；再撞击对称布置的下限位开关，减速电机正转，齿轮也改变转动方向。这样，齿轮始终运动在上、下限位开关之间，从而只要调整上、下限位开关的位置，就可控制齿轮转动角度范围，平台相对地面的转动角度就相应得到调节。
本发明依据需要设定第二交流变频调速器输出频率的电压给第二减速电机，第二减速电机内部经齿轮减速后，输出更低的转速给锥齿轮组，锥齿齿轮组驱动第一底板A。齿轮撞击拨片设置在其转动行程内某角度的上、下限位开关，被控制在上、下限位开关间往复转动，从而平台在对应的角度内转动。
本发明提出的一种模拟海浪波动的频率、角度可调的双自由度海洋浮动平台仿真装置，使其将所有环境因素简化合成为浮式平台的周期性摆动和转动，通过机械方式驱动平台来代替水池模拟方法，并且该平台的自由度以及摆动角度、频率可调，调节方式简单、迅速。
附图说明
图1为本发明装置的主视图。
图2为本发明装置的右视剖面图。
图3为本发明转盘轴承结构示意图；
其中：(a)是转盘轴承的剖面，(b)是转盘轴承的结构放大示意。
图4为本发明锥齿齿轮组的示意图。
图5为本发明导向滚轮的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1和图2所示，本实施例包括：平台1、两A型支撑2和3、夹具-轴组合装置4、曲柄连杆机构5、第一减速电机6、第一底板7、第一行程控制机构8、第一交流变频调速器9、第二减速电机31、第二行程控制机构32、第二底板33、第二交流变频调速器34、第二减速电机底座36、第二行程控制机构支架37、水平齿轮28、垂直齿轮29、转盘轴承30、导向滚轮35，平台1为四边形，其中两条对边中间各设一个A型支撑2、3，夹具-轴组合装置4连接平台1和两A型支撑2、3。平台1另两边的其中一边中间连接曲柄连杆机构5，曲柄连杆机构5设置在第一减速电机6上，驱动平台1。第一减速电机6前接第一交流变频调速器9。第一底板7上固定设置第一减速电机6和A型支撑2、3，第一底板7设置在第二底板33上，第一底板7小于第二底板33的。
第一底板7和第二底板33之间通过转盘30形成转动连接，如图1所示。
如图1所示，由第二减速电机31带动锥齿齿轮组运动，第二减速电机31固定于固定在第二底板33上的第二减速电机底座36上，第二减速电机31后接一第二交流变频调速器34。第二行程控制机构32固定在固定于地面上的第二行程机构支架37上。
如图1所示，第一底板7上焊接一套由两个可旋转行程开关组成的第一行程控制机构8，第一行程控制机构8的位置在曲柄连杆机构5的一侧。
如图3所示，转盘30由上转盘25、下转盘26和滚珠27构成，图3(a)是转盘轴承的剖面图，其中上转盘25固定于第一底板7的下表面，下转盘26固定于第二底板33的上表面，滚珠27位于上转盘25和下转盘26之间，图3(b)所示，滚珠27使得转盘25和下转盘26之间的相对滑动更加稳定。
第二底板33上固定设置第二减速电机底座36，第二减速电机底座36上固定设置第二减速电机31、第二交流变频调速器34。
第二底板33通过底脚膨胀螺栓固定设置于地面。
如图4所示，第一底板7上设置水平伞齿轮28，第二底板33上的第二减速电机31的输出轴段上设置垂直伞齿轮29，两齿轮啮合构成锥齿齿轮组，第二减速电机31驱动垂直伞齿轮29，由垂直伞齿轮29的转动带动水平伞齿轮28的转动，从而使平台实现相对地面的转动自由度。
如图5所示，第一底板7下和第二底板33上表面设置导向滚轮35，导向滚轮35在第二底板33上滑动，以增加第一底板7相对第二底板33转动的稳定性。
第一行程控制机构8包括一立板、两个滚轮手柄式行程开关，立板焊接在第二底板33上，立板通过螺栓和垫圈连接两长形板，两长形板可绕螺栓转动，以调整与拨片撞击的位置，两个滚轮手柄式行程开关分别设置在两长形板上，两长形板分别通过钻孔与所述立板固定，在立板上设有按照长形板转动轨迹所钻的定位孔。第一行程控制机构8中的设有两个滚轮手柄式的行程开关可旋转来对应不同的曲柄角度要求。两个滚轮手柄式行程开关分别设置在两个长形板上，当拨片撞击其中一个行程开关的滚轮，触发电路，减速电机反转使得曲柄改变方向旋转，运动到另一个行程开关处，触发滚轮，减速电机正转，曲柄再次改变运动方向。整个行程机构实现曲柄在一定角度内转动，并可改变行程开关位置改变曲柄转动的角度范围。
第二行程控制机构32是以与第一行程控制机构8相同原理制成，不同处在于将立板焊接在固定于地面上的第二行程控制机构支架37上。
本实施例实现了增加了一个转动自由度，通过调节第二减速电机31的驱动频率和调节第二行程控制机构32的行程开关，就可以实现此自由度的调节，使得转动频率在2-20赫兹范围内，转动角度在0-15度内，更加有利于模拟真实的海浪运动情况，尤其是当海面具有漩涡时海洋浮动平台的运动，并可同时实现两自由度且独立控制、调节。