CN101666676A - 复合交变扭矩扭振加载试验平台 - Google Patents

Abstract

一种复合交变扭矩扭振加载试验平台，主要解决使用方便等技术问题，其采用技术方案是，在采用变频电机可控加载的测试轴的端部连接有一固设于尾端支承的磁粉制动器，在该测试轴上还设置二测速轮，并对应该二测速轮分别设置有二传感器，二传感器分别经导线连接有测试装置，适用于各式扭矩扭振仿真模拟平台。

Description

复合交变扭矩扭振加载试验平台

技术领域：

本发明涉及一种测量扭矩、扭振的仪表的测试及校准，特别是一种校准、测量的加载试验平台。

背景技术：

在旋转机械中，扭转振动是其可靠性的重要因素，如舰船的轴系，由于主机的不平衡惯性力和螺旋桨的不平衡水动力均会使轴系产生交变扭矩和扭振，并由此可能引起轴系扭断等重大事故，严重影响人身和设备的安全，针对上述情况，使用者或研究人员均需要提供能连续监测旋转机构的相关交变扭矩和扭振的参数，避免设备工作在临界转速区，以提高设备运行的可靠性和安全性，现有的测试装置，如丹麦、德国和比利时等国家的有关公司，拥有各种不同型式的测试仪，其中齿轮感应式测试仪，由于其安装方便和适合长期监测等特点，再结合计算机数据系统分析，对大型旋转机构如船轴系具有良好适应，颇受人欢迎，上述测试装置(测试仪)大都是采用扭振加载平台进行校准、标定或测试，这种加载平台包括有控制器和平台结构，并经传感器和测试装置连接，其中控制器控制一变频调速电机，该电机驱动一测试轴，该轴承于平台的二支承轴承，轴上分别设置有一测速齿轮，一可替换的联轴器和一可替换的偏心飞轮，测速齿轮的外周侧对应设置有连接测试装置的传感器，扭振加载平台的控制器可按设定的参数调节变频调速电机的转速，配合相应选定的联轴器和偏心飞轮，产生设定的扭振振幅、扭振形态和测试轴固有频率等参数值，为测试装置的测试、校准提供必要的技术条件，扭振加载平台也可通过测试分析，为旋转机械的设计和故障诊断的判别，提供具有科学依据的技术参数。也能为使用者提供旋转机械设备所需的操作信号，使期避免工作在临界转速区，提高设备运行的可靠性，但是现有的扭振加载平台，由于对扭振测试的表现形式是基于测试对象、测试结果的单调目标，因而其扭振加载试验平台的仿真形式单一，工况固定，调节改变困难，而且这些加载试验平台很难适时应用于扭振测试研究和交变扭矩的测试、校准。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种改进的复合交变扭矩扭振加载平台，它能集扭振信号激励和复合交变扭矩加载功能于一体，使用方便并能快速应用于扭振测试研究和交变扭矩的测试、校准。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是，复合交变扭矩扭振加裁试验平台包括有控制装置、加载平台和测试装置，控制装置的控制器经导线连接有加裁平台的变频调速电机，该变频调速电机连接有测试轴，该测试轴上分别设置有测速轮、联轴器、偏心飞轮，测速轮外周侧设置有连接向测试装置的测试系统的传感器，其特点是：加载平台的测试轴的端部连接有一固设于尾端支承的磁粉制动器，在该测试轴上还设置有前、后测速轮，该前、后测速轮的外周侧的前、后架上分别设置有和前、后测速轮对应的测试装置的前、后传感器，该前、后传感器经前、后导线连接有测试装置的测试系统。本发明的磁粉制动器可通过随机手动操控其激磁电流改变测试轴的输出扭矩，在驱动端和负载端的速度量变化较大处设置相应测速轮和对应的传感器，经转换可分别提供模拟交变扭矩和扭振，完成实时转速、扭振角位移、交变角、FFT变换等信息显示与记录。

本发明采用磁粉制动器和双测速轮的试验平台结构，不仅保持现有扭振加载试验平台的优点，而且将交变扭矩和扭振信号激励复合成一体，从而克服了传统扭振加裁试验平台的仿真形式单一、工况固完，调节改变困难等缺陷，实现适时快速应用于扭振测试研究和交变扭矩的测试、校准，是扭振加裁试验平台在技术上新的突破点，且其结构件增加不多，可充分利用现有技术装备，具有较大的实用价值。

附图说明：

图1是本发明复合交变扭矩扭振加载试验平台轴测示意图。

具体实施方式：

参照图1，复合交变扭矩扭振加载试验平台包括有控制装置1、加载平台2和测试装置3。

控制装置1是根据测量扭振参数和扭振产生机理而设计的，包括有PLC、电流控制电睡、触摸屏、人机界面、变频调速器等组成，其基本功能和现有技术相似，变频调速器是用以控制变频调速电机的输出转速。

加载平台2，包括有变频调速电机21、测试轴22、左、右支承23，23’、前、后测速轮24、24’、联轴器25、偏心飞轮26、磁粉制动器27、尾端支承28和平台基座29；其中：

变频调速电机21，为现有产品，其转速范围是50-1000r/min，以动态交变正弦/线性和稳态激励方式调速，变频调速电动21输出轴上连接有测试轴22；

测试轴22结构基本上和现有设备相似，分别支承在左支承23和二右支承23’上，左、右支承23、23’是固定设置在平台基座29上；

前测速轮24，可为齿轮、轮周均布刻槽的转轮或其他类似结构的轮形体，前测速轮24是位于测试轴22的驱动端，即速度变化量较大处，可直接实现扭振测量；后测速轮24’结构和前测速轮24相同，其安装位置在负载端，即速度变化量较小处，并分别由二右支承23’承托，直接实现扭振测量；

联轴器25，可为胀套/挠性联轴器，其特点是无背隙，同步运转，高刚性，且允许偏差大，可纠正轴系偏心扭曲，提高测试轴22产生扭振幅度，其不同柔度可改变测试轴刚度，其刚度不小于1.6Nm/rab，改变轴系固有频率，使轴系扭矩临界转速偏移，试验时可按需要选用；

磁粉制动器27，是性能优越的自动控制元件，如三菱公司的伸出轴式(ZKB)磁粉离合/制动器及空心轴式(ZA)磁粉离合/制动器，可按实际需求选用，磁粉制动器27以磁粉为工作介质，以激磁电流为控制手段，达到控制制动或传递扭矩的目的，其输出扭矩和激磁电流呈良好的线性关系，而与转速或滑差无关，且响应速度快，结构简单，在本发明的加载试验平台中，是能给测试轴22施加一静态或交变扭矩的关键组件之一，磁粉制动器27的连接方式是，其输入轴输入元件和测试轴22连接，其输出轴(输出元件)固定连接于尾端支承28，该尾端支承28的支承座是固设在平台基座29。

测试装置3，包括有前、后架31、31’、前、后传感器32、32’、前后导线33、33’和测试系统34，前架31和前测速轮24相对并固设有前传感器32，后架31’和后测速轮24’相对并固设有后传感器32’；前、后传感器32、32’可为磁电转速传感器，将测试轴22上前、后测速轮24、24’的交变扭矩和扭振变化信息输出，经前、后导线33、33’连接向测试系统34，经测试系统34的脉冲光电隔离放大/变换调理电路转换成标准TTL电平信号，在微机处理系统控制下，通过32位40MHz嵌入式数据采集卡，对脉冲时域数据进行高速采样和实时记录，配合相关数据处理方法，采用LCD图形显示器实现显示输出。

本发明的特点表现在：

1、平台控制系统可仿真模拟旋转机械的动力特性，以变频调速电机21输出稳态工况和按正弦或线性变化的交变激励工况，可提供各种旋转机构扭振测试所需工况，如舰船轴系动力特性的仿真；

2、通过方便地拆卸和/或更换联轴器25、偏心飞轮26和操控磁粉制动器27，以改变系统模拟仿真参数，如扭振振幅、角频率和交变扭矩等；

3、通过在线实时数据测控系统，完成对仿真模拟平台所提供的交变扭转角、扭振角速度和扭振角位移波形参数的全时域、频域及相关三维瀑布图的全功能复合归一化文件。

Claims (6)

1、一种复合交变扭矩扭振加载试验平台，该试验平台包括有控制装置、加载平台和测试装置，控制装置的控制器经导线连接有加载平台的变频调速电机，该变频调速电机连接有测试轴，该测试轴上分别设置有测速轮、联轴器、偏心飞轮，测速轮外周侧设置有连接向测试装置的测试系统的传感器，其特征在于：加载平台(2)的测试轴(22)的端部连接有一固设于尾端支承(26)的磁粉制动器(27)，在该测试轴(22)上还设置有前、后测速轮(24、24’)，该前、后测速轮(24、24’)对应的测试装置(3)的前、后传感器(32、32’)，该前、后传感器(32、32’)经前、后导线(33、33’)连接有测试装置(3)的测试系统。

2、根据权利要求1所述的复合交变扭矩扭振加载试验平台，其特征是前、后测速轮(24、24’)是齿轮或轮周均布刻槽的转轮。

3、根据权利要求1所述的复合交变扭矩扭振加载试验平台，其特征是前、后测速轮(24、24’)在测试轴(22)上的位置是分设在联轴器(25)和偏心飞轮(26)的前、后两侧。

4、根据权利要求1所述的复合交变扭矩扭振加载试验平台，其特征是磁粉制动器(25)为伸出轴式磁粉制动器或空心轴式磁粉制动器。

5、根据权利要求1所述的复合交变扭矩扭振加载试验平台，其特征是联轴器(25)是挠性联轴器，该联轴器(25)的刚度不小于1.6Nm/rad。

6、根据权利要求1所述的复合交变扭矩扭振加载试验平台，其特征是偏心飞轮(26)的厚度不小于5mm，偏心距不小于6mm。

Images