CN101936798B - 一种测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统，本发明涉及的测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统结构由M型摆架，安全压板，滚轮支承和传感器支座组成，其特点是M型摆架设计采用一体式，弹性元件间相互垂直，当转子存在不平衡量旋转时，摆架弹性元件受迫振动将转子振动传递到相互垂直的两弹性元件上，通过安装在传感器支架上的传感器提取两向垂直振动信号并利用全息动平衡技术进行不平衡量的解算。该结构的摆架系统不仅能够测量两向振动信号，应用全息动平衡技术，提高平衡精度，同时可以更加接近转子实际运行的工况，提高平衡的可靠性，其结构简单，拆装方便，成本低，结果显示丰富，为平衡机结构的研究提供了一种新的探索方向。

Description

一种测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统

技术领域：

本发明属于平衡机领域，涉及一种基于全息动平衡技术在平衡机领域中的应用——基于全息动平衡技术的新型测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统。该发明将全息动平衡技术用于平衡机的摆架设计中，解决了回转体因不平衡产生的振动问题。

背景技术：

随着现代工业的迅猛发展，各种回转机械广泛应用各种工业领域。转子作为回转机械的主要部件，企业对其重视程度日益增加，而转子是否能够安全、高效的长期运行也成为整个企业正常生产的重要保障。回转机械产生振动的主要原因就是转子的不平衡。

转子平衡从形式上主要分为两个方面：一是在线平衡，主要应用于拆卸困难、运输不便的现场工况平衡；一是离线平衡，即利用平衡设备，主要指动平衡机对转子进行平衡测试与校正。平衡机是将转子放置在轴承或滚轮等支承架上并使其旋转，根据旋转时的离心力所引起的轴承振动或支承架的振动来确定不平衡量大小和相角位置的平衡装置。本质上来讲是通过轴承或摆架的振动情况来反映转子的振动情况，因此，测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统的设计成为平衡机设计的关键。

市场上使用的大部分动平衡机无法考虑现场的工况，其支承摆架系统设计刚度水平与垂直方向差异很大，而实际中转子支承系统各向刚度虽存在差异，但并未达到平衡机刚度差异的数量级上，导致转子(即被测工件)在平衡机上进行平衡校正后，安装到设备中时平衡效果会发生变化。另一方面，现有平衡机的结构只是测量单方向的振动信号，没有考虑转子支承刚度的影响，但由于转子支承刚度各向异性的普遍存在，仅根据单方向振动信号进行不平衡量的解算有一定误差。硬支承平衡机对工件进行平衡前，校正平面分离运算中出现的常数，需要人为进行测量来完成几何参数标定的设置，当转子尺寸或结构发生变化时需要重新进行标定设置，给不平衡量的计算带来一定误差。硬支承平衡机对基础要求严格，基础对平衡精度影响十分大，要求浇注地基，因此只能将转子拆卸下来后，长途运输到相关的单位进行平衡校正，使得在平衡机上平衡周期长，额外负担运输等费用的消耗，增加平衡成本，给生产带来了巨大的经济损失。

为了克服以上现有技术和平衡机的不足，本发明公开了一种新型的测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统，充分考虑现场实际工况，以全息动平衡理论为基础，同时利用全息谱的信息集成作用，可以明显的提高转子平衡效率和精度。

发明内容：

针对已有技术存在的缺陷或不足，即无法考虑现场的工况，平衡机的结构只是测量单方向的振动信号，降低信号信息的可用度，人为进行测量转子结构参数引入一定误差等方面的问题，本发明的目的在于，提出一种新型的结果简单的测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统，以全息动平衡理论为基础，充分利用全息谱的信息集成作用，以期提高平衡机的平衡精度；另外，减小平衡机支承状况与现场支承状况间的差异，有望减小转子在平衡机和机器使用中的平衡效果的差异。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统，包括M型摆架本体、安全压板、滚轮支承和传感器支座；所述M型摆架本体下部为一平台，中部设置有两个凸台，上部为两个相互垂直的弹性元件构成的M型结构；所述M型摆架本体上部设置有安全压板，该安全压板的两端与凸台固定连接；所述M型结构的连接点设置有滚轮支承；所述弹性元件与M型摆架本体下部之间设置有传感器支座。

所述传感器支座由支架底座定位压板、支架底座和传感器安装座组成；所述支架底座定位压板为由两块内侧具有凹槽的定位板构成，该定位板通过侧面设置的螺栓固定在M型摆架本体下部；所述支架底座由一个底部平台和设置在底部平台的倾斜方柱体构成，倾斜方柱体顶部设置有导向块；所述底部平台嵌入支架底座定位压板内侧凹槽中，该支架底座定位压板顶面设置有螺栓，该螺栓压在底部平台表面。

所述滚轮支承包括滚轮架、滚轮、弹性挡圈、心轴和滚动轴承；所述滚轮的内孔与轴承的外径过渡配合，而轴承的内孔与心轴过渡配合，心轴一端加工有螺纹可以将滚轮以及轴承固定在滚轮架上。

所述安全压板包括第一金属板、第二金属板及定位块；所述定位块通过螺纹扳手固定在第一金属板和第二金属板的连接处；安全压板的一端通过销轴与摆架铰接，另外一端采用螺栓与销轴配合的方式与摆架连接；所述摆架固定安装在M型摆架本体中部的凸台上。

本发明提出的测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统，该摆架结构具有相互垂直的弹性支承元件，能够将转子自身的振动有效传递到弹性元件上，可以实现对一个测振截面内互相垂直布置两个传感器进行振动信号的采集，这样在两个方向安装的传感器得到的谱图或轴心轨迹的形状，就不会随传感器安装的位置而改变，同时两个传感器进行信息融合后的综合信息将比单传感器更加全面地反映该截面的振动状态，提高了平衡精度，实现全息动平衡技术在平衡机中的应用。同时根据有限元理论，建立全息动测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统的有限元模型，并对其进行线性响应判断、静力分析、模态分析和谐响应分析，校核结构的可行性与强度，并对机构参数进行优化。

摆架系统具体包括：摆架本体与附属装置，所述附属装置还包括滚轮支承装置，安全压板，传感器支座；所述滚轮支承装置包括滚轮架，滚轮，心轴与滚动轴承；所述安全压板由第一金属板和第二金属板组成，两金属板中间装有定位块，用于固定前后两金属板的间距，压板中间装有顶柱，顶柱两侧装有四个用于定位的销轴，保证顶柱的定位不会左右偏移，所述顶柱中间开有滑动槽，用于调节顶柱与转子的间距，顶柱与安全压板的金属板间由螺纹扳手连接固定；传感器支座由支架底座，传感器安装座，支架底座定位压板组成，支架底座与摆架本体成45°夹角，确保传感器安装后能够测量摆架弹性元件的法向振动响应，所述支架底座与摆架本体接触面处加工有突台，以便满足减少精加工表面与定位的需要，所述支架底座与传感器安装座间设有滑槽，以便调整传感器与摆架弹性元件间的距离，所述支架底座定位压板为“山”型，确保支架底座与摆架本体紧密接触且定位精确。

在上述摆架系统中，所述摆架本体弹性元件呈M型，摆架本体底面精加工，与平衡机底座通过销空定位，同时通过8个螺栓固定联接。

在上述摆架系统中，所述安全压板的一侧通过销轴与摆架本体铰接，另外一侧通过销轴与螺栓配合的方式与摆架本体进行连接。

在上述摆架系统中，所述滚轮支承装置通过紧盯螺钉与摆架本体连接，所述滚轮心轴与滚轮架间相对位置用记号笔进行标记。

在上述摆架系统中，所述摆架本体，安全压板，滚轮支承装置，传感器支架均采用优质结构钢为材料制成。

在上述摆架系统中，所述安全压板中的顶柱采用胶木材料制成。

在上述摆架系统中，所述摆架本体与传感器支架采用电火花线切割成型，采用“一体式”可提供系统刚度。

本发明的测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统在转子激振力作用下受迫振动，通过安装在弹性元件旁边的传感器测的两向垂直的振动响应，从而可应用全息谱技术进行不平衡量的解算，提高平衡精度，结构简单，操作方便，易于实现转子失衡全面数据图形显示和数据管理。

本发明与现有平衡机相比具有以下特点：

1.融合全息谱技术

利用两向垂直振动信号进行不平衡量的解算，通过全息谱信息融合技术能够更多的利用振动信息量，更加准确的反应转子振动情况，相对仅采用单方向振动信息进行不平衡量的解算，本发明理论可达精度更高些。

2.平衡可靠性好

本发明中平衡机摆架水平方向与垂直方向的刚度差异较原有平衡机有所减小，与转子实际运行的工况更为贴切，从而使得经平衡机平衡后的转子在安装到设备中后仍可保证较高的平衡精度，提高了平衡机平衡的可靠性。

3.结构简单，成本低

本发明中摆架系统结构简单，较原有平衡机机械系统安装，调试更为简单，另外，不再使用电测系统进行校正平面分离，而采用PC机进行不平衡量的解算，能够使用更为复杂的算法，且使用成本低，结果显示生动、全面，方便用户建立故障库。

附图说明：

图1是新型测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统图；

图2是新型测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统使用安装图；

图3是新型测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统示意图；

图4是新型测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统传感器支座结构图；

图5是新型测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统滚轮支承装置结构图；

图6是新型测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统安全压板结构图；

图7是转子平衡前后三维全息谱对比图。

其中：1为摆架；2为转子系统；3为摆架本体；4为传感器支座；5为滚轮支承；6为安全压板；401为支架底座定位压板；402为支架底座；403为传感器安装座；501为滚轮架；502为滚轮；503为弹性挡圈；504为心轴；505为滚动轴承；601为前摆架；602为销轴；603为第一金属压板；604为顶柱；605为螺纹扳手；606为定位块；607为第二金属压板；608为螺栓；609为开合压块；610为销轴；611为后摆架。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

请参阅图1，图1是本发明新型测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统图，该系统主要由前摆架、后摆架和转子系统组成；

请参阅图2，图2是本发明新型测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统使用安装图，使用时，需要将安全压板6打开，如图2所示将安全压板的一端的紧固螺栓608放松，拔出销轴610，打开安全压板6。将被测工件的两端轴颈分别放在滚轮支承5上，调整被测工件与联轴器的位置，并通过螺栓将被测工件与联轴器进行联接，联轴器与电机相连用于驱动被测工件。关闭安全压板6后插入销轴610并将紧固螺栓608上紧。调节顶柱604与被测工件轴颈的间隙后通过安全压板中间扳手605将顶柱604锁紧，被测工件安装后如图1所示。

请参阅图3，图3是本发明新型测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统示意图。新型测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统包括摆架本体3与附属装置，附属装置包括传感器支座4、滚轮支承装置5及安全压板6。

请参阅图4，图4是本发明新型测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统传感器支座结构图。传感器支座由支架底座定位压板401、支架底座402和传感器安装座403组成。支座的顶部加工有凸台，与传感器安装座403底部加工的槽相配合，可以使传感器在支座上沿摆架待测面的法线方向上下移动，便于实际平衡过程对传感器位置的调节。在传感器安装座403上装有传感器，用于测量摆臂的振动。支架底座定位压板401通过侧面螺栓与摆架本体链接并固定，在上面同时由两个螺栓顶在支架底座402上，便于调整支架底座402并且定位可靠。

请参阅图5，图5是本发明新型测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统传滚轮支承装置结构图。滚轮支承装置包括滚轮架501、滚轮502、弹性挡圈503、心轴504与滚动轴承505组成。滚轮502的内孔与轴承505的外径过渡配合，而轴承505的内孔与心轴504过渡配合，心轴一端加工有螺纹可以将滚轮502以及轴承505固定在滚轮架501上。

请参阅图6，图6是本发明新型测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统安全压板结构图。安全压板由第一金属板603、第二金属板607及两金属板中间定位块606组成，压板中间装有顶柱604，用于调节顶柱与转子的间距，顶柱与安全压板的金属板间由螺纹扳手605连接固定。安全压板的一端通过销轴602与摆架铰接，另外一端采用螺栓608与销轴610配合的方式与摆架连接。

对本发明进行试验验证，全息平衡机实验台由电机驱动，最高速度可达3500r/min，电机与被测工件之间有万向联轴器连接。被测工件上有5个加重盘，每一加重盘上加重方位角的最小间隔为15°，从电机驱动端向被测工件自由端看去，被测工件沿逆时针方向旋转。实验中各次加重信息如表所示。

表1平衡实验各次加重信息(g∠°)

表1列出了转子平衡过程中的原始振动、试重振动与添加配重后的振动的工频数据。

表1平衡过程中测量的工频数据(单位：um∠°)

从上述试验结果中可以看到，添加配重后的振动响应较原始振动有了较为明显的减小，其对应三维全息谱(如图7所示)也较原始振动有了较明显的减小。试验表明，本发明能够有效地对转子进行平衡。计算配重结果与模拟不平衡量间存在一定差异，主要是由于转子本身不是绝对平衡状态，即转子实际不平衡量与模拟不平衡量不重合。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (3)

1.一种测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统，其特征在于：

包括两个相同的摆架和设置在摆架中间的转子系统；

所述摆架包括M型摆架本体、安全压板、滚轮支承和传感器支座；所述M型摆架本体下部为一平台，中部设置有两个凸台，上部为两个相互垂直的弹性元件构成的M型结构；所述M型摆架本体上部设置有安全压板，该安全压板的两端与凸台固定连接；所述M型结构的连接点设置有滚轮支承；所述弹性元件与M型摆架本体下部之间设置有传感器支座。

2.如权利要求1所述一种测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统，其特征在于：所述传感器支座由支架底座定位压板、支架底座和传感器安装座组成；所述支架底座定位压板为由两块内侧具有凹槽的定位板构成，该定位板通过侧面设置的螺栓固定在M型摆架本体下部；所述支架底座由一个底部平台和设置在底部平台的倾斜方柱体构成，倾斜方柱体顶部设置有导向块；所述底部平台嵌入支架底座定位压板内侧凹槽中，该支架底座定位压板顶面设置有螺栓，该螺栓压在底部平台表面。

3.如权利要求1所述一种测量两向垂直振动信号的平衡机摆架系统，其特征在于：所述滚轮支承包括滚轮架、滚轮、弹性挡圈、心轴和滚动轴承；所述滚轮的内孔与轴承的外径过渡配合，而轴承的内孔与心轴过渡配合，心轴一端加工有螺纹可以将滚轮以及轴承固定在滚轮架上。

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