CN205049331U - 一种测试电涡流阻尼器旋转阻尼系数的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种测试电涡流阻尼器旋转阻尼系数的装置，涉及斜拉索振动控制技术领域。该装置的测试仪支架的顶部固定有用于测试旋转扭矩和转速的测试仪，电机支架的顶部固定有电机和减速机，电机与减速机通过驱动芯轴连接；测试仪的中心水平设置有测试仪芯轴，测试仪芯轴的一端通过第一联轴器与驱动芯轴连接，另一端通过第二联轴器连接有阻尼轴；阻尼轴的外部套有两个固定于阻尼轴的定位挡圈和一个无线应变测试仪，无线应变测试仪连接有至少三套三向应变片，该三向应变片固定于阻尼轴的外表面，并沿阻尼轴周向均匀分布。本实用新型不但结构简单，易于操作；而且测试精度高。

Description

一种测试电涡流阻尼器旋转阻尼系数的装置

技术领域

本实用新型涉及斜拉索振动控制技术领域，具体来讲是一种测试电涡流阻尼器旋转阻尼系数的装置。

背景技术

斜拉索是斜拉桥的重要受力构件，由于斜拉索的初始阻尼小、长细比大，在交通荷载和外界风荷载作用下，易发生振动问题。经过实践检验，通过安装斜拉索阻尼器来增加斜拉索***的模态阻尼，以控制斜拉索振动的做法是一种行之有效的做法。目前的斜拉索阻尼器有多种类型，包括液压阻尼器、脉冲阻尼器、旋转阻尼器、粘滞阻尼器、电涡流阻尼器等。其中，电涡流阻尼器是一种新型斜拉索阻尼器，该阻尼器通过位移传递***，将斜拉索的振动转化为阻尼盘在永磁铁形成的环向交变磁场中转动，从而产生电涡流阻尼来控制斜拉索的振动。

决定电涡流阻尼器振动控制效果的最重要参数是电涡流阻尼器的旋转阻尼系数C_r。旋转阻尼系数C_r仅与阻尼装置的内部构造有关，即阻尼盘的尺寸、材料电导率、永磁铁的磁感应强度、阻尼盘与永磁铁的距离等，而与斜拉索的动力响应无关。为了得到阻尼系数C_r，通常可以采用理论计算、数值模拟和试验测试三种方法。

理论计算是指在一定假设的前提下，建立阻尼盘在磁场中转动时产生的阻尼作用的理论模型，基于此理论模型而计算阻尼系数。但是永磁铁构成的交变磁场在空间分布规律非常复杂，理论公式难以准确描述，因此计算结果往往误差较大。

数值模拟是利用电磁场有限元分析软件(如Maxwell)，建立阻尼装置的有限元模型，模拟永磁铁形成的空间变化磁场和阻尼盘在该空间磁场内运动产生的电涡流阻尼作用。该方法比理论计算模型更接近真实，但实际上永磁铁本身磁感应强度是不均匀的，永磁铁在磁铁固定盘作用下的磁感应强度的变化，受磁铁固定盘材料性质的影响，由于这两个参数无法准确测量，因此有限元模型的输入参数存在一定误差，导致了最终的数值模拟结果也存在一定的误差。

试验测试方法采用的是万能试验机，万能试验机不能直接应用，需要将电涡流阻尼装置的旋转运动转化为线性运动，试验方式较为复杂。除此之外，常用的万能试验机的吨位较大，而电涡流阻尼器的阻尼系数较小，使得测试结果精度不高。

比较以上三种方法可知，理论计算和数值模拟的缺点不易改变(误差较大)，只能作为阻尼器初步设计的参考，最终的阻尼系数还是需要通过试验来确定；而采用万能试验机测试，操作复杂而且精度不高。因此，采用一种简单实用的试验检测方法，准确测试阻尼器阻尼系数C_r是当务之急。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种测试电涡流阻尼器旋转阻尼系数的装置，不但结构简单，易于操作；而且测试精度高。

为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：提供一种测试电涡流阻尼器旋转阻尼系数的装置，包括底板和固定于底板顶部的测试仪支架、电机支架，测试仪支架的顶部固定有用于测试旋转扭矩和转速的测试仪，电机支架的顶部固定有电机和减速机，电机与减速机通过驱动芯轴连接；测试仪的中心水平设置有测试仪芯轴，测试仪芯轴的一端通过第一联轴器与所述驱动芯轴连接，另一端通过第二联轴器连接有用于与电涡流阻尼器连接的阻尼轴；所述阻尼轴的外部套设有两个用于限制电涡流阻尼器轴向移动的定位挡圈，两个定位挡圈均固定于阻尼轴；阻尼轴的外部还套设有无线应变测试仪，无线应变测试仪连接有至少三套三向应变片，所述三向应变片固定于阻尼轴外表面，并沿阻尼轴周向均匀分布。

在上述技术方案的基础上，所述测试仪通过至少2个调节螺母固定于测试仪支架。

在上述技术方案的基础上，所述调节螺母为四个，四个调节螺母沿测试仪的纵轴线对称设置。

在上述技术方案的基础上，所述阻尼轴的外表面沿其周向均匀分布有四套三向应变片。

在上述技术方案的基础上，所述测试仪的内部设置有扭矩采集模块和转速采集模块。

在上述技术方案的基础上，该装置还包括微控制器，所述微控制器分别与电机、减速机、测试仪、无线应变测试仪连接。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型中，测试仪支架的顶部固定有用于测试旋转扭矩和转速的测试仪，电机支架的顶部固定有电机和减速机，测试仪通过测试仪芯轴分别与减速机、阻尼轴连接，阻尼轴通过轴承、平键与待测的电涡流阻尼器连接。与现有技术中需要设置较大吨位的万能试验机相比，本实用新型的测试装置结构简单、易于安装，后期的调试与养护便捷，能满足实际生产设计要求。

2、利用本实用新型的装置进行测试时，电机通过驱动芯轴带动测试仪的测试仪芯轴转动，测试仪芯轴通过第二联轴器带动阻尼轴转动，阻尼轴通过平键带动待测的电涡流阻尼器的两个阻尼盘发生转动，转动的阻尼盘与磁铁固定盘上的永磁铁发生相对转动，产生电涡流阻尼，进而形成阻尼扭矩阻碍阻尼轴的转动。当测试装置与待测的电涡流阻尼器均保持匀速转动时，即可通过测试仪准确测试出旋转扭矩T和转速ω，最终根据公式C_r＝T/ω，计算出相应的旋转阻尼系数C_r。整个操作过程简单方便、易于操作，且与现有技术中采用数值模拟方式或理论计算方式相比，本实用新型的测试方法的误差较小。

3、本实用新型中，阻尼轴的外部套设有两个定位挡圈，两个定位挡圈分别紧贴两个阻尼盘的外侧，能防止两个阻尼盘在转动过程中沿阻尼轴的轴向发生移动，从而起到限位的作用；除此之外，阻尼轴的外部还套设有无线应变测试仪，无线应变测试仪通过导线连接有至少三套三向应变片，该无线应变测试仪和三向应变片用来测试阻尼轴环向的应力分布，根据测试到的应力值判断测试装置是否处于非理想工作状态下，需要进行同轴度调节，从而有效保证了测试过程中的稳定性和准确性。

4、本实用新型中，测试仪通过调节螺母固定于测试仪支架。当通过三向应变片的应变值判断出测试装置处于非理想工作状态下时，可通过调节螺母对测试仪进行微调，使整个装置在转动过程中保证良好的同轴度，进而保证了测试装置是处于理想工作状态下进行的测试，有效提高了测试精度。

5、本实用新型的适用范围广，不仅能适用于各类电涡流阻尼器的旋转阻尼系数的测试，还能扩展到其他设备的扭矩、转速测试领域。

附图说明

图1为本实用新型实施例中测试电涡流阻尼器旋转阻尼系数的装置的结构示意图；

图2为图1中A部分的放大示意图；

图3为本实用新型实施例中三向应变片的分布示意图。

附图标记：

1-阻尼盘；2-磁铁固定盘；3-轴承；4-平键；5-固定螺母；6-定位挡圈；7-定位环；8-阻尼轴；9-三向应变片；10-无线应变测试仪；11-第二联轴器；12-测试仪芯轴；13-测试仪；14-第一联轴器；15-驱动芯轴；16-减速机；17-电机；18-底板；19-测试仪支架；20-调节螺母；21-电机支架。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细说明。

在实际操作时，阻尼系数C_r并不是直接测得，而是通过间接测试旋转扭矩及转速，再根据公式计算得到。具体来说，根据电涡流阻尼器旋转装置的力学关系：

T＝C_r·ω

式中，T是旋转扭矩，单位为N·m；ω是转速，单位为rad/s。其中T和ω通过本实用新型装置测出，然后利用上述公式计算出电涡流阻尼器的旋转阻尼系数C_r，即C_r＝T/ω。本实用新型主要是针对准确测量旋转扭矩T和转速ω进行的测试构造的设计。

参见图1所示，本实用新型实施例提供一种测试电涡流阻尼器旋转阻尼系数的装置(简称测试装置)，包括底板18和固定于底板18顶部的测试仪支架19、电机支架21，测试仪支架19的顶部固定有用于测试旋转扭矩和转速的测试仪13，电机支架21的顶部固定有电机17和减速机16，电机17与减速机16通过驱动芯轴15连接，且电机17、减速机16、测试仪13三者的中轴线位于同一水平线上。

测试仪13的中心水平设置有测试仪芯轴12，该测试仪芯轴12的一端通过第一联轴器14与用于连接电机17与减速机16的驱动芯轴15连接，另一端通过第二联轴器11连接有用于与电涡流阻尼器连接的阻尼轴8。

其中，参见图1和图2所示，阻尼轴8的外部套设有两个用于限制电涡流阻尼器轴向移动的定位挡圈6，两个定位挡圈6均通过固定螺母5固定于阻尼轴8；阻尼轴8的外部还套设有无线应变测试仪10，无线应变测试仪10通过导线连接有至少三套三向应变片9，该三向应变片9固定于阻尼轴8外表面，并沿阻尼轴8周向均匀分布。该无线应变测试仪10和三向应变片9用来测试阻尼轴8环向的应力分布，如果阻尼轴8按照理想工作状态做纯扭转运动，则位于阻尼轴8不同位置的三向应变片9的应变值应该基本接近；如果三向应变片9的应变值差异较大，则说明阻尼轴8不仅发生了纯扭转变形，而且发生了一定程度上的弯曲变形，整个测试装置处于非理想工作状态下，需要进行同轴度调节。

参见图1所示，为了调节本测试装置的同轴度，减少转动带来的偏差，提高测试精确度，测试仪13通过至少2个调节螺母20固定于测试仪支架19。当通过三向应变片9的应变值判断出测试装置处于非理想工作状态下时，可通过调节螺母20对测试仪13进行微调，使整个装置在转动过程中保证良好的同轴度，进而使测试装置处于理想的工作状态。本实施例中，调节螺母20为四个，沿测试仪13的纵轴线对称设置，使得微调的精准度更高，操作起来更加方便。

本实施例中，测试装置还包括用于控制各部件的微控制器(图未示)，测试仪13内部设置有扭矩采集模块(图未示)和转速采集模块(图未示)，微控制器分别与电机17、减速机16、测试仪13、无线应变测试仪10连接。另外，参见图3所示，为了更好的测试阻尼轴8环向的应力分布，阻尼轴8的外表面沿其周向均匀分布有四套三向应变片9，通过测试4点处的应变值，能准确判断出测试装置是否处于理想工作状态。

利用本实用新型装置进行旋转阻尼系数测试时，具体操作如下：

S1：测试***的搭建：将安装好的测试装置与待测的电涡流阻尼器进行连接，转到S2。

以双阻尼盘式电涡流阻尼器为例，实际操作时，S1的具体步骤为：在安装好的测试装置的阻尼轴8上依次套装待测的电涡流阻尼器的一个阻尼盘1、磁铁固定盘2和另一阻尼盘1，其中，磁铁固定盘2通过轴承3与阻尼轴8连接，两个阻尼盘1通过平键4与阻尼轴8连接，且磁铁固定盘2的底部固定于底板18，磁铁固定盘2与两个阻尼盘1之间各设置有用于保持间距的定位环7；将阻尼轴8上的两个定位挡圈6分别紧贴两个阻尼盘1的外侧并固定，使得两个阻尼盘1在转动过程中不会沿阻尼轴8的轴向发生移动，转到S2。

S2：测试***的试运转：启动测试装置；启动后的测试装置通过阻尼轴8带动待测的电涡流阻尼器不停转动，直至测试装置与待测的电涡流阻尼器均保持匀速转动，转到S3。

实际操作时，S2的具体步骤为：启动电机17，电机17通过驱动芯轴15带动减速机16转动，通过减速机16的减速后，驱动芯轴15的转速降低，输出扭矩增加；驱动芯轴15通过第一联轴器14带动测试仪13的测试仪芯轴12转动，测试仪芯轴12通过第二联轴器11带动阻尼轴8转动，阻尼轴8通过平键4带动待测的电涡流阻尼器的两个阻尼盘1发生转动，转动的阻尼盘1与磁铁固定盘2上的永磁铁发生相对转动，产生电涡流阻尼，进而形成阻尼扭矩阻碍阻尼轴8的转动；当阻尼扭矩与电机17的输出功率相等时，测试装置与待测的电涡流阻尼器均保持匀速转动，转到S3。

S3：测试***的调试：利用减速机16将测试装置的转动速度减慢；判断位于阻尼轴8外表面不同位置的三向应变片9的应变值是否相差超过2με，若是，说明阻尼轴8发生了一定程度上的弯曲变形，整个测试装置处于非理想工作状态，转到S4；若不是，说明阻尼轴8仅发生纯扭转变形，整个装置处于理想工作状态，转到S5。

S4：测试仪的微调：通过调节螺母20对测试仪13进行微调，直至整个装置处于理想工作状态下，转到S5。

S5：数据的实测：记录测试仪13实时测试的旋转扭矩T和转速ω，根据公式C_r＝T/ω，计算出相应的旋转阻尼系数C_r。

实际测试时，为了提高测试数据的准确性和可靠性，在S5之后，可通过改变电机17转速，测试并计算出多组的旋转阻尼系数C_r，作为实测数据参考。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本实用新型相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。

Claims (6)

1.一种测试电涡流阻尼器旋转阻尼系数的装置，其特征在于：包括底板(18)和固定于底板(18)顶部的测试仪支架(19)、电机支架(21)，测试仪支架(19)的顶部固定有用于测试旋转扭矩和转速的测试仪(13)，电机支架(21)的顶部固定有电机(17)和减速机(16)，电机(17)与减速机(16)通过驱动芯轴(15)连接；

测试仪(13)的中心水平设置有测试仪芯轴(12)，测试仪芯轴(12)的一端通过第一联轴器(14)与所述驱动芯轴(15)连接，另一端通过第二联轴器(11)连接有用于与电涡流阻尼器连接的阻尼轴(8)；

所述阻尼轴(8)的外部套设有两个用于限制电涡流阻尼器轴向移动的定位挡圈(6)，两个定位挡圈(6)均固定于阻尼轴(8)；阻尼轴(8)的外部还套设有无线应变测试仪(10)，无线应变测试仪(10)连接有至少三套三向应变片(9)，所述三向应变片(9)固定于阻尼轴(8)外表面，并沿阻尼轴(8)周向均匀分布。

2.如权利要求1所述的测试电涡流阻尼器旋转阻尼系数的装置，其特征在于：所述测试仪(13)通过至少2个调节螺母(20)固定于测试仪支架(19)。

3.如权利要求2所述的测试电涡流阻尼器旋转阻尼系数的装置，其特征在于：所述调节螺母(20)为四个，四个调节螺母(20)沿测试仪(13)的纵轴线对称设置。

4.如权利要求1所述的测试电涡流阻尼器旋转阻尼系数的装置，其特征在于：所述阻尼轴(8)的外表面沿其周向均匀分布有四套三向应变片(9)。

5.如权利要求1所述的测试电涡流阻尼器旋转阻尼系数的装置，其特征在于：所述测试仪(13)的内部设置有扭矩采集模块和转速采集模块。

6.如权利要求1至5中任一项所述的测试电涡流阻尼器旋转阻尼系数的装置，其特征在于：该装置还包括微控制器，所述微控制器分别与电机(17)、减速机(16)、测试仪(13)、无线应变测试仪(10)连接。