一種波浪浮標波高、波周期的檢定裝置製造方法

2023-06-02 18:57:36

一種波浪浮標波高、波周期的檢定裝置製造方法
【專利摘要】本申請公開了一種波浪浮標波高、波周期的檢定裝置，包括波浪模擬裝置、電機與制動裝置、控制器裝置、終端控制裝置，波浪模擬裝置包括浮標搭載平臺、擺動機構、北環半軸、雙環桁架機構和南環半軸。本申請可以更逼真的模擬出波浪浮標在海面上運動軌跡，波浪浮標在隨檢定裝置轉動時，在平動的基礎上可以擺動，且擺動的角度可以調節，可更加精確的模擬波浪正弦特性運動，更準確的測量檢定波浪浮標的波高、波周期，而且波浪浮標在一次裝夾完成後，不必裝卸即可完成浮標的方位轉至下一個檢測點。本申請可以檢定波高範圍為2m至10m，波周期為3.7s—60s，本申請的旋轉方向可變，可對應模擬兩個相反的波向。
【專利說明】一種波浪浮標波高、波周期的檢定裝置

【技術領域】
[0001]本申請涉及海洋波浪浮標計量檢定【技術領域】，具體地說是一套靜態的能夠模擬海洋波浪正弦運動規律的裝置，主要用於對波浪浮標的波高和波周期進行計量檢定。

【背景技術】
[0002]波浪是海洋水文觀測的六大要素之一，也是海水的重要運動形式之一。重力加速度式波浪浮標則是目前使用最廣泛的測波浮標之一，隨著海洋技術的不斷發展，各國對波浪浮標的準確度要求越來越高。現有已研製的檢定校準裝置大多只可驗證浮標是否工作，對于波高、波周期兩項參數的校準不精確，且可檢測波高和周期範圍有限，已經不滿足現在的技術發展需求。在美國海洋大氣局資料浮標中心(N0AA、NDBC)建有垂直升降式正弦模擬校準裝置，但其結構複雜，易磨碎部件多，電機負載不均，維護費用較高。
[0003]波浪理論認為，海浪表面的水質點是在其平衡位置附近作周期性振動，在不同的時刻有不同的垂直加速度，測出此加速度，經二次積分即可得到海浪的垂直位移即波高。靜態模擬波浪檢定裝置都是賦予被檢浮標或加速度計以某種方式的正弦振動或近似正弦的垂直振動、或圓周運動。旋轉式正弦模擬檢定裝置，將被檢浮標安裝在一個繞水平軸旋轉的剛性臂上，旋轉直徑即為波高，旋轉周期即為波浪周期，此種旋轉式裝置結構簡單、參數易調整、模擬方式接近海浪理論要求。而技術關鍵點就是如何逼真的模擬出波浪浮標在海洋波浪中運動的形式狀態。


【發明內容】

[0004]本申請要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供一種波浪浮標波高、波周期的檢定裝置。
[0005]為解決上述技術問題，本申請採用的技術方案是:
[0006]一種波浪浮標波高、波周期的檢定裝置，包括波浪模擬裝置、電機與制動裝置、控制器裝置、終端控制裝置和用於安裝整個波浪浮標波高、波周期檢定裝置的安裝平臺，其中，波浪模擬裝置包括浮標搭載平臺、擺動機構、北環半軸、雙環桁架機構和南環半軸；電機與制動裝置包括制動裝置、電磁離合器、減速電機和絕對值編碼器；所述雙環桁架機構中心兩側分別連接北環半軸和南環半軸，北環半軸和南環半軸的旋轉中心線重合，北環半軸上連接擺動機構，北環半軸為空心三層軸結構,包括心軸、中軸、外軸,心軸通過軸承裝入中軸中，中軸通過軸承裝入外軸中；南環半軸上依次連接電磁離合器、減速電機和絕對值編碼器；浮標搭載平臺設置在雙環桁架機構的兩端，制動裝置設置在安裝平臺上；制動裝置、電磁離合器、減速電機和絕對值編碼器的輸出端分別與控制器裝置的輸入端連接，控制器裝置的輸出端與浮標搭載平臺的輸出端分別與終端控制裝置的輸入端連接。
[0007]本申請所述雙環桁架機構包括橫梁、X型加強杆、主梁a、主梁b以及直徑相等的南環桁架和北環桁架，南環桁架和北環桁架通過橫梁及X型加強杆連接，X型加強杆設置在橫梁之間；南環桁架和北環桁架均以主梁a作為主臂一，南環桁架和北環桁架均以主梁b作為主臂二，主臂一與主臂二呈十字形狀設置；南環桁架與北環桁架上相互平行的主臂一中設置導軌，導軌兩端對稱設置浮標搭載平臺。
[0008]本申請所述南環半軸和北環半軸的旋轉中心線重合度誤差小於等於2mm。
[0009]本申請所述擺動機構包括傳動鏈條、從動鏈輪、擺動鏈輪a、擺動鏈輪b、鏈輪a、鏈輪b、擺動齒輪a、擺動齒輪b、導向滑塊機構和角度調節機構，其中，從動鏈輪固定在導軌兩端的浮標搭載平臺上；擺動齒輪a和擺動鏈輪a分別安裝在中軸兩端，擺動鏈輪a安裝在中軸上靠近雙環桁架機構中心的一端，擺動齒輪a安裝在中軸的另一端；擺動鏈輪b和擺動齒輪b分別安裝在心軸兩端，擺動鏈輪b安裝在心軸上靠近雙環桁架機構中心的一端，擺動齒輪b安裝在心軸的另一端；鏈輪a依次與角度調節機構、導向滑塊機構連接並布置在北環半軸的一側，鏈輪b依次與角度調節機構、導向滑塊機構連接並布置在北環半軸的另一側；導向滑塊機構通過其上的齒條與擺動齒輪a嚙合連接，另一側的導向滑塊機構通過其上的齒條與擺動齒輪b嚙合連接；鏈輪a、鏈輪b、導向滑塊機構、角度調節機構共同組成一個曲柄滑塊機構；外軸上安裝第一固定鏈輪和第二固定鏈輪，其中第一固定鏈輪與鏈輪a連接，第二固定鏈輪與鏈輪b連接；擺動鏈輪a與固定在一端浮標搭載平臺上的從動鏈輪通過傳動鏈條連接，擺動鏈輪b與固定在另一端浮標搭載平臺上的從動鏈輪通過傳動鏈條連接。
[0010]本申請所述北環桁架的主梁a上等間距設置張緊輪機構和固定座，主梁a端部安裝有端部張緊裝置。
[0011]本申請採用上述結構後，帶來如下的技術效果:
[0012]本申請所述的一種波浪浮標波高、波周期的檢定裝置，可以更逼真的模擬出波浪浮標在海面上運動軌跡，波浪浮標在隨檢定裝置轉動時，在平動的基礎上可以擺動，且擺動的角度可以調節，可更加精確的模擬波浪正弦特性運動，更準確的測量檢定波浪浮標的波高、波周期，而且波浪浮標在一次裝夾完成後，不必裝卸即可完成浮標的方位轉至下一個檢測點。
[0013]本申請所述的一種波浪浮標波高、波周期的檢定裝置，可以檢定波高範圍為2m至10m，波周期為3.7s — 60s，本申請的旋轉方向可變，可對應模擬兩個相反的波向。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本申請所述波浪浮標波高、波周期的檢定裝置系統構成示意圖；
[0015]圖2是正弦特性波浪波高、波周期圖示意圖；
[0016]圖3是旋轉雙環桁架式波浪模擬裝置原理圖；
[0017]圖4是本申請所述波浪浮標波高、波周期的檢定裝置總體示意圖；
[0018]圖5是本申請所述波浪浮標波高、波周期的檢定裝置結構組成圖；
[0019]圖6是本申請所述旋轉雙環祐1架的結構示意圖；
[0020]圖7是鏈條張緊機構示意圖(圖4中A向局部放大圖)；
[0021]圖8是圖5中B向局部放大圖；
[0022]圖9是浮標搭載平臺結構示意圖。
[0023]其中有:1、波浪模擬裝置；2、電機與制動裝置；3、控制器裝置；4、終端控制裝置；10、浮標搭載平臺；11、擺動機構；12、北環半軸；13、雙環桁架機構；21、制動裝置；101、南環半軸;102、剎車片;103、端部張緊裝置；106、北環桁架;107、橫梁;108、X型加強杆；110、南環桁架；111、主梁a ;112、主梁b ;113、輻射梁a ;114、輻射梁b ;115、加強板；116、加強筋；117、固定座；120、圓盤；121、張緊輪機構；122、傳動鏈條；123、從動鏈輪；124、擺動鏈輪a ;125、擺動鏈輪b ; 126、鏈輪a ;127、鏈輪b ; 128、擺動齒輪a ; 129、擺動齒輪b ; 130、導向滑塊機構；131、角度調節機構；132、心軸；133、中軸；134、外軸；201、電磁離合器；202、減速電機；203、絕對值編碼器；204、導柱；205、第一固定鏈輪；206、第二固定鏈輪。

【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和具體較佳實施方式對本申請作進一步詳細的說明。
[0025]如圖1所示，一種波浪浮標波高、波周期的檢定裝置，包括波浪模擬裝置1、電機與制動裝置2、控制器裝置3、終端控制裝置4和用於安裝整個波浪浮標波高、波周期的檢定裝置的安裝平臺，其中，波浪模擬裝置1包括浮標搭載平臺10、擺動機構11、北環半軸12、雙環桁架機構13和南環半軸101 ;電機與制動裝置2包括制動裝置21、電磁離合器201、減速電機202和絕對值編碼器203 ;所述雙環桁架機構13中心兩側分別連接北環半軸12和南環半軸101，北環半軸12和南環半軸101的旋轉中心線重合，北環半軸12上連接擺動機構11，南環半軸101上依次連接電磁離合器201、減速電機202和絕對值編碼器203 ;浮標搭載平臺10設置在雙環桁架機構13的兩端，制動裝置21設置在安裝平臺上；制動裝置21、電磁離合器201、減速電機202和絕對值編碼器203的輸出端分別與控制器裝置3的輸入端連接，控制器裝置3的輸出端、浮標搭載平臺10的輸出端分別與終端控制裝置4的輸入端連接。
[0026]優選地，南環半軸101、北環半軸12同心誤差不大於2_。
[0027]如圖4、5、6所示，本裝置中的雙環桁架機構13包括橫梁107、X型加強杆108、主梁alll、主梁bll2以及直徑相等的南環桁架110和北環桁架106，南環桁架110和北環桁架106通過橫梁107及X型加強杆108連接，X型加強杆108設置在橫梁107之間；南環桁架110和北環桁架106均以主梁alll作為主臂一，南環桁架110和北環桁架106均以主梁bll2作為主臂二，主臂一與主臂二呈十字形狀裝配安裝在圓盤120上，用不同長度規格的輻射梁all3、輻射梁bll4組成輻射狀結構，各梁之間通過加強板115、加強筋116和剎車片102加強連接，以提高雙環桁架機構13的剛強度。南環桁架110與北環桁架106上相互平行的主臂一中設置導軌，導軌兩端對稱設置浮標搭載平臺10。
[0028]在裝配完成的雙環桁架機構13的兩側圓盤120上裝入北環半軸12和南環半軸101，南環半軸101直接與軸承座、電磁離合器202、減速電機203和絕對值編碼器203相連，北環半軸12為空心三層軸結構，包括心軸132、中軸133、外軸134，心軸132通過軸承裝入中軸133中，中軸133通過軸承裝入外軸134中；內部的心軸132和中軸134分別控制浮標搭載平臺10的擺動，外軸134則通過軸承座固定。在北、南環桁架106、110上的共四根主梁alll上對稱設置導軌，並裝入線性滑塊，浮標搭載平臺10安裝在線性滑塊上，可在導軌上自由滑動。
[0029]如圖7所示，北環桁架106的主梁alll上等間距設置有一組張緊輪機構121和固定座117，主梁alll端部均裝有端部張緊裝置103 ;張緊輪機構121主要用於張緊傳動鏈條122，使得傳動鏈條122不脫鏈，固定座117用於固定浮標搭載平臺10，而端部張緊裝置103除具有張緊的作用外，還使得浮標搭載平臺10自由滑動定位至檢測點的操作變得快捷、方便。
[0030]如圖2所示，在旋轉式正弦模擬檢定裝置中，為更逼真的模擬出浮標隨海面上運動軌跡，要求浮標在隨雙環桁架機構13旋轉時，在平動的基礎上擺動，且擺動的角度可以調節。
[0031]如圖3、8所示，當位於雙環桁架機構13中心的主動鏈輪和位於浮標搭載平臺10上的從動鏈輪123的節距、齒數完全相同，傳動鏈節距的變化可忽略時，相對於任一慣性系，不論主動鏈輪、從動鏈輪123空間相對位置如何變化，任一時刻兩輪的旋轉速度，旋轉方向均相同。
[0032]在北環半軸12中心固定主動鏈輪，浮標搭載平臺10上設置從動鏈輪123，保證主動鏈輪、從動鏈輪123位於同一平面內，主動鏈輪與從動鏈輪123通過傳動鏈條122連接。當雙環桁架機構13旋轉時，從動鏈輪123將隨雙環桁架機構13繞主動鏈輪旋轉(公轉)，如果主動鏈輪相對於地面無轉動，則從動鏈輪123相對於地面必定也無轉動(即無自轉)，若主動鏈輪作擺動動作，相應的從動鏈輪123同步動作。
[0033]本申請中，主動鏈輪包括擺動鏈輪al24、擺動鏈輪bl25、鏈輪al26、鏈輪bl27、擺動齒輪al28、擺動齒輪bl29、第一固定鏈輪205和第二固定鏈輪206。
[0034]由此，如圖8所示，本申請中所述的擺動機構11包括傳動鏈條122、從動鏈輪123、擺動鏈輪al24、擺動鏈輪bl25、鏈輪al26、鏈輪bl27、擺動齒輪al28、擺動齒輪bl29、導向滑塊機構130和角度調節機構131 ;其中，從動鏈輪123固定在導軌兩端的浮標搭載平臺10上；擺動齒輪al28和擺動鏈輪al24分別安裝在中軸133兩端，擺動鏈輪al24安裝在中軸133上靠近雙環桁架機構13中心的一端，擺動齒輪al28安裝在中軸133的另一端；擺動鏈輪bl25和擺動齒輪bl29分別安裝在心軸132兩端，擺動鏈輪bl25安裝在心軸132上靠近雙環桁架機構13中心的一端，擺動齒輪bl29安裝在心軸132的另一端；鏈輪al26依次與角度調節機構131、導向滑塊機構130連接並布置在北環半軸12的一側，鏈輪bl27依次與角度調節機構131、導向滑塊機構130連接並布置在北環半軸12的另一側；導向滑塊機構130通過其上的齒條與擺動齒輪al28嚙合連接，另一側的導向滑塊機構130通過其上的齒條與擺動齒輪bl29嚙合連接；鏈輪al26、鏈輪bl27、導向滑塊機構130、角度調節機構131共同組成一個曲柄滑塊機構；外軸134上安裝第一固定鏈輪205和第二固定鏈輪206，其中第一固定鏈輪205與鏈輪al26連接，第二固定鏈輪206與鏈輪bl27連接；擺動鏈輪al24與固定在一端浮標搭載平臺10上的從動鏈輪123通過傳動鏈條122連接，擺動鏈輪bl25與固定在另一端浮標搭載平臺10上的從動鏈輪123通過傳動鏈條122連接。
[0035]由圖8可知，浮標搭載平臺10隨雙環桁架機構13做旋轉運動的同時擺動的運動機理在於:雙環桁架機構13做旋轉運動時，帶動外軸134上的第一固定鏈輪205和第二固定鏈輪206旋轉，通過鏈條傳動分別帶動鏈輪al26同向旋轉運動，通過導向滑塊機構130將旋轉運動轉變為導向滑塊機構130上的齒條上下往復運動，齒條帶動擺動齒輪al28以一定角度擺動，同時帶動安裝於中軸133另外一端的擺動鏈輪al24擺動，通過傳動鏈條122將帶動從動鏈輪123運動，即變成浮標搭載平臺10—定角度的擺動。擺動的角度可通過調節角度調節機構131來調節。
[0036]針對以上描述，提供以下實施例:
[0037]南環桁架110和北環桁架106直徑均為11m，每環均以四根14#槽鋼作為主臂，用10#槽鋼作為輻射梁；雙環桁架機構13的最外層採用厚度為12mm的鋼板拼接，總裝完成後打磨光整，鋼板邊緣凸出雙環桁架機構13框架60_以作為制動裝置21的剎車片102。此種剎車方式有效減少了制動力對整個框架的衝擊。
[0038]浮標搭載平臺10安裝在以上所述導軌上，可根據需要調節選擇距離中心的位置，可調節量程為lm至5m，分別對應模擬波高為2m至10m。
[0039]如圖9所示，本申請上述所述的浮標搭載平臺10，具體可見「海洋波浪浮標檢定裝置的機電優化設計與實現」劉山《天津大學碩士學士論文》2012年12月。與其區別在於增加了導柱204，使得在旋緊螺柱推動V型塊夾緊波浪浮標時，V型塊不會擺動，減少了裝夾時的難度，提高了工作效率。
[0040]為保證整個裝置在旋轉過程中浮標搭載平臺10相對穩定(固定擺幅的往返擺動)，整個檢定裝置只有一個變頻電機驅動，檢定裝置旋轉速度為lrpm—16rpm,對應波周期為3.7s—60s,旋轉機構轉向可變，對應模擬兩個相反的波向。
[0041]上述實施例僅例示性說明本申請的原理及其功效，而非用於限制本申請。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本申請的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本申請所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本申請的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種波浪浮標波高、波周期的檢定裝置，其特徵在於:包括波浪模擬裝置(I)、電機與制動裝置(2)、控制器裝置(3)、終端控制裝置(4)和用於安裝整個波浪浮標波高、波周期檢定裝置的安裝平臺，其中，波浪模擬裝置(I)包括浮標搭載平臺(10)、擺動機構(11)、北環半軸(12)、雙環桁架機構(13)和南環半軸(101);電機與制動裝置(2)包括制動裝置(21)、電磁離合器(201)、減速電機(202 )和絕對值編碼器(203 );所述雙環桁架機構(13 )中心兩側分別連接北環半軸(12)和南環半軸(101 )，北環半軸(12)和南環半軸(101)的旋轉中心線重合，北環半軸(12)上連接擺動機構(11)，北環半軸(12)為空心三層軸結構，包括心軸(132)、中軸(133)、外軸(134)，心軸(132)通過軸承裝入中軸(133)中，中軸(133)通過軸承裝入外軸(134)中；南環半軸(101)上依次連接電磁離合器(201)、減速電機(202)和絕對值編碼器(203);浮標搭載平臺(10)設置在雙環桁架機構(13)的兩端，制動裝置(21)設置在安裝平臺上；制動裝置(21)、電磁離合器(201)、減速電機(202)和絕對值編碼器(203)的輸出端分別與控制器裝置(3)的輸入端連接，控制器裝置(3)的輸出端與浮標搭載平臺(10)的輸出端分別與終端控制裝置(4)的輸入端連接。
2.根據權利要求1所述的一種波浪浮標波高、波周期的檢定裝置，其特徵在於:所述雙環桁架機構(13)包括橫梁(107)、X型加強杆(108)、主梁a (111)、主梁b (112)以及直徑相等的南環桁架(110)和北環桁架(106)，南環桁架(110)和北環桁架(106)通過橫梁(107)及X型加強杆(108)連接，X型加強杆(108)設置在橫梁(107)之間；南環桁架(110)和北環桁架(106 )均以主梁a (111)作為主臂一，南環桁架(110)和北環桁架(106 )均以主梁b(112)作為主臂二，主臂一與主臂二呈十字形狀設置；南環桁架(110)與北環桁架(106)上相互平行的主臂一中設置導軌，導軌兩端對稱設置浮標搭載平臺(10)。
3.根據權利要求2所述的一種波浪浮標波高、波周期的檢定裝置，其特徵在於:南環半軸(101)和北環半軸(12)的旋轉中心線重合度誤差小於等於2mm。
4.根據權利要求1所述的一種波浪浮標波高、波周期的檢定裝置，其特徵在於:所述擺動機構(11)包括傳動鏈條(122)、從動鏈輪(123)、擺動鏈輪a (124)、擺動鏈輪b (125)、鏈輪a (126)、鏈輪b (127)、擺動齒輪a (128)、擺動齒輪b (129)、導向滑塊機構(130)和角度調節機構(131 )，其中，從動鏈輪(123)固定在導軌兩端的浮標搭載平臺(10)上；擺動齒輪a (128)和擺動鏈輪a (124)分別安裝在中軸(133)兩端，擺動鏈輪a (124)安裝在中軸(133)上靠近雙環桁架機構(13)中心的一端，擺動齒輪a (128)安裝在中軸(133)的另一端；擺動鏈輪b (125)和擺動齒輪b (129)分別安裝在心軸(132)兩端，擺動鏈輪b (125)安裝在心軸(132)上靠近雙環桁架機構(13)中心的一端，擺動齒輪b (129)安裝在心軸(132)的另一端；鏈輪a (126)依次與角度調節機構(131 )、導向滑塊機構(130)連接並布置在北環半軸(12)的一側，鏈輪b (127)依次與角度調節機構(131)、導向滑塊機構(130)連接並布置在北環半軸(12)的另一側；導向滑塊機構(130)通過其上的齒條與擺動齒輪a (128)嚙合連接，另一側的導向滑塊機構(130)通過其上的齒條與擺動齒輪b (129)嚙合連接；鏈輪a (126)、鏈輪b (127)、導向滑塊機構(130)、角度調節機構(131)共同組成一個曲柄滑塊機構；外軸(134)上安裝第一固定鏈輪(205)和第二固定鏈輪(206)，其中第一固定鏈輪(205)與鏈輪a (126)連接，第二固定鏈輪(206)與鏈輪b (127)連接；擺動鏈輪a (124)與固定在一端浮標搭載平臺(10)上的從動鏈輪(123)通過傳動鏈條(122)連接，擺動鏈輪b(125)與固定在另一端浮標搭載平臺(10)上的從動鏈輪(123)通過傳動鏈條(122)連接。
5.根據權利要求2所述的一種波浪浮標波高、波周期的檢定裝置，其特徵在於:北環桁架(106)的主梁a (111)上等間距設置張緊輪機構(121)和固定座(117)，主梁a (111)端部安裝有端部張緊裝置(103)。
【文檔編號】G01C25/00GK204085535SQ201420503826
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月3日 優先權日:2014年9月3日
【發明者】朱飛, 徐喜東, 薛宜童, 謝向前, 周濤, 施春榮 申請人:中船重工鵬力（南京）大氣海洋信息系統有限公司