CN102169041A - 一种注液式转子在线全息动平衡系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种注液式转子在线全息动平衡系统，包括工控机，及通过工控机信号连接的电磁继电器和电磁阀，电磁阀通过管道与电机相连平衡头连通；调速器与电机连接，所述电机相连的平衡头采用中心开口、储液腔均沿径向开口结构；所述电机上设有与工控机相连的数据采集分析模块，通过调速器调节电机旋转，工控机控制电磁阀小流量喷液，实现实时振动数据采集，自动键相处理、自动全息动平衡计算以及自动注液平衡控制。本系统可实现全程自动测量、计算和失衡校正功能。同时采用连续注液方式的平衡头结构等提高平衡精度和效率。该系统可适用于磨床、车床等主轴的在线平衡，以及其它转子用途转子的在线动平衡。

Description

一种注液式转子在线全息动平衡系统

技术领域

本发明属于机械系统转子动平衡领域，涉及一种在线动平衡技术的应用——一种注液式转子在线全息动平衡系统。该发明基于全息动平衡原理和技术，通过向平衡头内注液的方法，校正由于转子的失衡产生的振动。

背景技术

动平衡技术作为一项回转机械的关键和基础性的技术，一直受到工业界和学术界的密切关注和重视。大量的统计数据表明转子的不平衡通常是引起回转机械振动的主要原因。不平衡会引起转子的挠曲和内应力，使机器振动加剧，加速轴承和轴封等零件的磨损，降低机器的工作效率，严重时会引起各种事故的发生；不平衡不仅是旋转机械主要的激振源，而且也是许多种自激振动的诱发因素。一旦平衡状况得以改善，其它一些故障现象也将随之消失。随着现代工业的迅猛发展，回转机械的转速日益提高。相应的回转机械转子的平衡技术，也日益成了影响国民经济各个支柱产业中设备正常运转的关键技术。

转子平衡从形式上主要分为两个方面：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；一是现场平衡，主要应用于拆卸困难、运输不便的现场工况平衡。在线动平衡是现场平衡中的一种，通过实时测量回转机械的振动，根据测量的振动来确定不平衡量大小和相角位置，并且通过实时添加质量进行平衡校正，以期减小振动的一种装置或系统。本质上来讲在线动平衡是通过实时添加质量的方式，来取代停机后手工添加质量的方式实现线动平衡。平衡头是用来实现在不停机状态下进行质量补偿的部件。

离线动平衡系统虽然能够在一定程度上减小转子运行过程中的动不平衡，但是离线平衡需要多次启停机器才能标定转子的影响系数、计算平衡配重及实施平衡校正。然而许多转子工作时的失衡状态始终处于变化之中，例如由于冷却液的吸附、砂轮砂粒的不均衡脱落等原因均会造成的不平衡。在线平衡系统实时测量转子的振动并进行校正，从而保证转子在工作过程中始终保持良好的平衡状态。

现有的基于机械式在线平衡校正系统(装置)，结构比较复杂，采用端面注液方式，注液口较小。随着转速的升高，其注液时窗越来越短，准确注液就变得困难，从而导致无法在高速时进行平衡。在平衡量计算上，现有平衡技术通过测量单向振动信号进行平衡计算，不能准确反映转子的振动状态，影响平衡效果。

发明内容

本发明针对已有技术存在的缺陷或不足，即：注液式动平衡注液时间窗短，以及单向振动信息不能真实反映转子工况，提供一种新型注液式转子在线全息动平衡系统，提出一种新型连续注液式转子在线全息动平衡系统。系统基于动平衡理论，采用双向振动信息，平衡过程自动控制；喷液方式采用径向360°连续注液来提高注液效率和在线平衡的精度。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种注液式转子在线全息动平衡系统，包括工控机，及通过工控机信号连接的电磁继电器和电磁阀，电磁阀通过管道与电机相连平衡头连通；调速器与电机连接，其特征在于：所述电机相连的平衡头采用中心开口、储液腔均沿径向开口结构；所述电机上设有与工控机相连的数据采集分析模块，通过调速器调节电机旋转，工控机控制电磁阀小流量喷液，实现实时振动数据采集，自动键相处理、自动全息动平衡计算以及自动注液平衡控制。

本发明进一步的特征在于：

所述中心开口结构的平衡头包括相互套接的水槽盘和底盘，底盘中心设有突起注液孔；水槽盘设有与底盘注液孔相套接的中心孔，在水槽盘中心孔壁内侧设有三条沿周向平行分布的环形槽，水槽盘中心孔外侧设有三个均布储液腔，对应三个储液腔在水槽盘中心孔环形槽上分别设有一个与储液腔连通的出液孔；在储液腔外侧壁上设有放液孔。

所述储液腔腔体为为扇形，扇形角度为90°。

所述三个储液腔的外侧壁上分别设有放液孔，放液孔上设有螺栓。

所述底盘与水槽盘之间通过密封件密封，并通过螺栓紧固，形成仅通过底盘注液孔与水槽盘中心孔开口的储液腔。

所述数据采集分析模块采用两个安装位置呈90°夹角的振动传感器；振动传感器通过采集到的振动信号与工控机连接。

所述工控机设注液控制模块，注液控制模块包含开关量输入输出卡和电磁阀控制电路。通过工控机1控制输入输出板卡的通断控制相应的电磁阀的通断，从而实现向不平衡头中不同储液腔连续注液，完成在线动平衡。

所述工控机设有在线动平衡自动控制模块，平衡自动控制模块与振动传感器信号连接，进行键相信号处理、失衡量计算，一旦工频幅值超过事先设置的阈值，程序便启动注液控制功能，实现在线注液平衡。

所述电磁阀喷液量为3.36×10^-5m³/min。

本发明具有以下特点：

1.采用全息动平衡技术融合双向振动信息

平衡量求解基于全息动平衡技术，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，本发明平衡量计算精度更高。

2.平衡头采用中心开口、储液腔均沿径向开口结构

三个储液腔均采用内侧沿径向开口的设计结构，增大了平衡注液时窗，实现从平衡头中心向外径向注液方式，降低了注液槽的回转线速度，避免了注液中的飞溅，可实现高转速下的在线注液动平衡。

3.采用连续注液方式进行在线全息动平衡注液

采用水槽盘上内侧三个平行的环形槽设计及其环形槽上开注液口的设计，实现360°连续注液，消除了注液时间窗口的限制。采用连续注液方式取代传统的窗口控制注液方式，简化了喷液控制的难度，减小了平衡过程中的喷液时间，提高了平衡效率。

4.小流量注液控制

由于采用连续注液方式，在不降低平衡效率的前题下，可采用更小流量的喷液，提高喷液的控制精度和在线平衡精度。

5.结构简单，成本低

本发明中平衡头结构简单，调试更为简单；特有的三个储液腔，使得所需的注液装置数量达到最少，从而降低注液设备及其控制系统的成本。

6.振动检测和在线平衡自动实现

该系统融合了转子两个方向的振动信息，真实的反映转子的转动状态，同时通过径向注液的方式实现实时的在线动平衡，消除注液时的时间窗口的限制，实现连续注液，提高平衡效率和质量。

本发明通过在线动平衡自动控制软件，一经启动可自动进行采集数据、键相处理、平衡校正量计算以及注液控制，无需人工干预。

附图说明

图1是一种注液式转子在线全息动平衡系统示意图；

图2是本发明平衡头结构示意图；

图3是平衡前振动频谱图；

图4是平衡后振动频谱图。

图中：1、工控机(控制运算模块)；2、电磁继电器；3、电磁阀；4、电机；5、调速器；6、平衡头；601、水槽盘；602、底盘；603、储液腔，604、环形槽，605、出液孔，606、放液孔，607、注液孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，注液式转子在线全息动平衡系统，包括工控机1，及通过工控机1信号连接的电磁继电器2和电磁阀3，电磁阀3通过管道与电机4相连平衡头6连通；调速器5与电机4连接，其特征在于：所述电机4相连的平衡头6采用中心开口、储液腔均沿径向开口结构；所述电机4上设有与工控机1相连的数据采集分析模块，通过调速器5调节电机4旋转，工控机1控制电磁阀3小流量喷液，实现实时振动数据采集，自动键相处理、自动全息动平衡计算以及自动注液平衡控制。

如图2所示，中心开口结构的平衡头6包括相互套接的水槽盘601和底盘602，底盘602中心设有突起注液孔607；水槽盘601设有与底盘注液孔607相套接的中心孔，在水槽盘601中心孔壁内侧设有三条沿周向平行分布的环形槽604，水槽盘601中心孔外侧设有三个均布储液腔603，储液腔603腔体为为扇形，扇形角度为90°。对应三个储液腔603在水槽盘中心孔环形槽604上分别设有一个与储液腔603连通的出液孔605；在储液腔603外侧壁上分别设有放液孔606，放液孔606上设有螺栓。底盘602与水槽盘601之间通过密封件密封，并通过螺栓紧固，形成仅通过底盘注液孔与水槽盘中心孔开口的储液腔。

本发明电机4上所设数据采集分析模块采用两个安装位置成90°夹角的振动传感器；振动传感器通过采集到的振动信号与工控机1连接。

工控机1设有注液控制模块，注液控制模块包含开关量输入输出卡和电磁阀控制电路。通过工控机1控制输入输出板卡的通断控制相应的电磁阀的通断，从而实现向不平衡头中不同储液腔连续注液，完成在线动平衡。

为实现本发明在不降低平衡效率的前题下采用连续注液方式，采用更小喷液的流量，提高喷液的控制精度和在线平衡精度。电磁阀3喷液量为3.36×10^-5m³/min，还可根据实际需要通过调整水压对流量进行相应调整。

本发明的原理是：

调速器5调节电机4带动平衡头6高速旋转，同时工控机1发出控制信号，通过工控机1计算机控制输入输出板卡相应通道的状态，进而控制不同的电磁阀驱动电路动作，控制电磁继电器2及电磁阀3向平衡头6中不同储液腔连续小流量定量注液；液体经平衡头6中心孔进入水槽盘601中心孔壁内侧的三条沿周向平行分布的环形槽604，通过环形槽604的出液孔605进入水槽盘601中心孔外侧的三个均布的储液腔603中，实现线动平衡360°连续注液。同时电机4上安装有位置成90°夹角的振动传感器，测量向平衡头6注液过程中的振动数据，并将该采集后的振动信号实时传递给工控机1中计算机转子在线动平衡自动控制模块自动实现振动信号采集、自动键相处理、全息动平衡计算以及注液控制。

本发明其转子在线动平衡自动控制模块，一经开启，自动获取转子的振动信号、键相信号处理、失衡量计算，一旦工频幅值超过事先设置的阈值，程序便启动注液控制功能，实现在线注液平衡。

图3为对本发明进行试验验证平衡前的振动频谱图，其工频振动幅值为4.54mm/s，相位为294.2°。

如图4所示，为本发明进行验证试验平衡后的频谱图，其工频振动幅值为0.84mm/s，相位为323.2°。

对本发明进行试验验证，在线动平衡实验台由电机驱动，最高速度3000r/min。平衡头安装在电机轴上，模拟对机床主轴的平衡过程。被测工件为一个加重盘，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。实验中加重信息和平衡过程中测量的工频信息如表所示。

表1 平衡实验加重及振动信息

表1列出了转子平衡过程中的模拟不平衡、原始振动和平衡后振动的工频数据，如图2和图3所示。

从上述试验结果中可以看到，自动平衡后振动响应较原始振动有了较为明显的减小，失衡振动的幅值下降到了原始振动的18.5％。试验表明，本发明能够有效地对转子进行在线平衡。

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 (9)

1.一种注液式转子在线全息动平衡系统，包括工控机(1)，及通过工控机(1)信号连接的电磁继电器(2)和电磁阀(3)，电磁阀(3)通过管道与电机(4)相连的平衡头(6)连通；调速器(5)与电机(4)连接，其特征在于：所述电机(4)相连的平衡头(6)采用中心开口、储液腔均沿径向开口结构；所述电机(4)上设有与工控机(1)相连的数据采集分析模块，通过调速器(5)调节电机(4)旋转，工控机(1)控制电磁阀(3)小流量喷液，实现实时振动数据采集，自动键相处理、自动全息动平衡计算以及自动注液平衡控制。

2.如权利要求1所述一种注液式转子在线全息动平衡系统，其特征在于：所述中心开口结构的平衡头(6)包括相互套接的水槽盘(601)和底盘(602)，底盘(602)中心设有突起注液孔(607)；水槽盘(601)设有与底盘注液孔(607)相套接的中心孔，在水槽盘(601)中心孔壁内侧设有三条沿周向平行分布的环形槽(604)，水槽盘(601)中心孔外侧设有三个均布储液腔(603)，对应三个储液腔(603)在水槽盘中心孔环形槽(604)上分别设有一个与储液腔(603)连通的出液孔(605)；在储液腔(603)外侧壁上分别设有放液孔(606)。

3.如权利要求2所述一种注液式转子在线全息动平衡系统，其特征在于：所述储液腔(603)腔体为为扇形，扇形角度为90°。

4.如权利要求2所述一种注液式转子在线全息动平衡系统，其特征在于：所述放液孔(606)上设有螺栓。

5.如权利要求2所述一种注液式转子在线全息动平衡系统，其特征在于：所述底盘(602)与水槽盘(601)之间通过密封件密封，并通过螺栓紧固，形成仅通过底盘注液孔与水槽盘中心孔开口的储液腔。

6.如权利要求1所述一种注液式转子在线全息动平衡系统，其特征在于：所述数据采集分析模块采用两个安装位置呈90°夹角的振动传感器；振动传感器通过振动信号与工控机(1)连接。

7.如权利要求1所述一种注液式转子在线全息动平衡系统，其特征在于：所述工控机(1)设注液控制模块，注液控制模块包含开关量输入输出卡和电磁阀控制电路。

8.如权利要求1所述一种注液式转子在线全息动平衡系统，其特征在于：所述工控机(1)设有在线动平衡自动控制模块，平衡自动控制模块与振动传感器信号连接。

9.如权利要求1所述一种注液式转子在线全息动平衡系统，其特征在于：所述电磁阀(3)控制小流量的喷液量为3.36×10^-5m³/min。

Images