倾斜与摇摆试验台设计

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图 2 液压原理图
要的能量损失。
2 计算机测控系统和试验台控制原理
系统的电气控制由一台计算机完成，由于倾 斜摇摆试验系统是典型的随动系统，为实现试验 过程的动态监控，需具备的控制功能： 首摇方向 的控 制， 横 向 摇 摆、 倾 斜 的 控 制， 纵 向 摇 摆、 倾 斜的 控 制， 首 摇、 横 摇、 纵 摇 的 锁 紧 控 制， 冷 却 水供给控制和油源控制。本控制系统可对首、横、 纵三方向分别或复合按正弦规律摇摆运动，还能 进行同步复合摇摆、倾斜试验或进行异步组合摇 摆、倾斜运动。计算机控制系统采用集中控制模 式如图 3 所示。
倾斜与摇摆试验台设计
张建中1 姚忠福2 孔德文2 朱 英2 辛莹莹2 1 山东科技大学泰安校区 泰安 271019 2 山东科技大学机械电子工程学院 青岛 266510
摘 要： 倾斜与摇摆试验台是确定设备在倾斜和摇摆环境中使用和储运的适应能力，可用于船舶、水上飞 机、海洋石油勘探平台，是机电液一体化产品。试验台可对首、横、纵三方向分别或复合按正弦规律摇摆运动， 还能进行同步复合摇摆、倾斜试验或进行异步组合摇摆、倾斜运动。
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工程机械，2006 （ 8） ： 24，25. ［2］ 欧阳昕 . 三自由度摇摆台控制系统设计［J］． 船舶工
程，2010 （ 1） ： 24，25. ［3］ 高娟，基于虚拟样机技术的三自由度重型摇摆试验台
的研究［D］． 哈尔滨： 哈尔滨工业大学，2006. ［4］ 刘军 . 一种新的三自由度摇摆台位置逆解及仿真［J］．
关键词： 倾斜与摇摆； 试验台； 机电液一体化； 集中控制； 工控机 中图分类号： TP29 文献标识码： A 文章编号： 1001 － 0785 （ 2013） 04 － 0115 － 02 Abstract： The tilting and swaying test rig is used to determine adaptability of the operation，storage and transportation of equipment in the tilting and swaying environment，acting as platforms for ship，seaplane and offshore oil prospection，which is the integration product of mechanics-electronics-hydraulics. The test rig can perform not only swaying motion as the sine law in three directions separately or complexly，but also synchronous composite swaying tests，tilt tests or asynchronous combined swaying and tilting movements. Keywords： tilting and swaying； test rig； integration of mechanics-electronics-hydraulics； centralized control； Industrial personal computer
组合机床与自动化加工技术，2009 （ 1） ： 24，25.
作 者： 姚忠福 地 址： 山东省泰安市岱宗大街 223 号山东科技大学机
电工程系 邮 编： 271019
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服放大 器 与 给 定 值 进 行 比 较 调 节， 另一路送入计算机内 A / DPC726 板 卡，计算机进行数据处理，显示以 及打 印 等 操 作 . 软 件 包 采 用 Microsoft Windows 作为操作系统平台， Microsoft Visual C + + 6. 0 作为开发 工具，利用面向对象的思想开发而 成。软件包的人机界面以数据和曲 线实时显示窗口为主，同时显示输 入参数设定值、系统状态、试验进 度等内容。硬件电路： 伺服放大器 可完成正弦波以及倾斜角度信号放 大、调节、滤波等功能，系统框图 如图 4 所示。
其结构及其动态特性又直接影响了系统的性能和 正常使用。
工作台面的摇摆角度测量采用 JW98 型角位移 传感器，它是通过固定在壳体上的导电塑料和固 定在转轴上的电刷相对位移将角位移的机械参数 转换成与角度成比例的电压信号输出。角位移传 感器与伺服功率放大器组成一闭环系统，以保证 台面的倾斜、摇摆角度准确，液压系统液压原理 见图 2。在三自由度的旋转系统中，重载大惯量的 万向支撑是实现的关键，本设备采用空间交叉轴 支撑的方法实现万向支撑。空间交叉轴如果设计 的不合理将会增加系统的惯性矩，造成系统不必
1. 工控系统 2. 电气控制箱 3. 试验台面
结构 设 计 能 够 实 现 纵 摇、横 摇、首摇三自由度运动，最大运动
4. 台体底座 5. 油路集流块 6. 油源系统 图 1 系统结构
幅度达 15°，用于模拟舰船和车辆 真实的摇摆 环 境。 在 三 自 由 度 的 试 验 台 中， 可 实 现横摇、纵摇、 首 摇， 通 过 一 对 液 压 缸 中 的 无 杆 腔与有杆腔相连，可实现一个自由度方向上的摇 摆。其液压系统的工作原理是： 通过油泵 － 电机 组与油箱分列式动力泵站输出压力油，一路通过 电液伺 服 阀 输 送 到 液 压 缸， 另 一 路 通 过 顺 序 阀、 二位四通的电磁换向阀、减压阀作为液压锁的外 控压力源。工作台体 3 个方向的摇摆与倾斜由电 液伺服阀控制两直线液压缸的运动实现，并由电 磁换向阀控制液控单向阀锁紧台面，以保证台面 可靠的横向倾斜位置。其中液压缸为伺服液压缸，
综上所述，主要从电液控制和 计算机控制两个方面论述，摇摆试 验台性能的高低对于海洋设备实际 使用和运输过程中的可靠性和环境
图 4 系统框图
抵御能力有重要意义。
图 3 计算机控制系统
根据系统的功能，电气控制采用计算机自动 控制，通过编制软件产生幅度、周期可调的正弦 波以 及 倾 斜 角 度 设 置 等， 由 计 算 机 通 过 D / A8112PG 板卡输出到伺服放大器推动伺服阀使台 面按正弦波规律或按倾斜角度设置方式工作，数 据采集通过角位移传感器将反馈角位移量送入伺
倾斜与摇摆试验台是安置在水 上装备 （ 包括船舶、水上飞机、海 洋石油勘探平台） 上的机械、电工、 电子产品的一种基本环境测试装置， 安置在水上装备上 的 机 械、电 工、 电子各类产品都要经受该环境的作 用。摇摆试验是由液压系统、摇摆 台体、电气控制箱和计算机控制系 统组成，结构如图 1 所示。
1 结构设计