CN106768928A - 一种力可控的机械传动式转子碰摩试验台 - Google Patents

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Abstract

一种力可控的机械传动式转子碰摩试验台，包括转子组件和施力机构；施力机构包括施力机构底座、滑台、施力机构电机、Y向动态扭矩传感器、施力轮、施力轴、X向动态扭矩传感器和磁粉制动器。该试验台通过施力轮给转盘施力代替碰摩钉或碰摩柱，实现了碰摩试验法向碰撞力的可控加载。本发明采用磁粉制动器作为安全保护装置，当切向摩擦力作用在施力轮的扭矩大于等于磁粉制动器的安全输出扭矩时，施力轮会带动施力轴开始转动，从而使得碰摩点由滑动摩擦转变为滚动摩擦，降低了切向摩擦力对施力轮的影响，避免了碰摩钉或碰摩柱断裂的安全隐患。将转子组件通过倒T型槽安装在机座上，方便地实现了不同型号转盘、转轴的可重构，提高了试验台的通用性。

Description

一种力可控的机械传动式转子碰摩试验台
技术领域
本发明涉及一种力可控的机械传动式转子碰摩试验台,属于旋转机械模拟试验技术领域。
背景技术
旋转机械是指依靠转子旋转运动进行工作的机器，由转子、轴承等零部件组成。转子作为旋转机械的主要部件，与定子的碰摩是旋转机械中最常发生也是极具破坏性的一种故障。通过转子碰摩试验台模拟转子碰摩故障，研究不同碰摩程度下旋转机械的运行状态，对于预防旋转机械碰摩事故的发生具有重要的实际意义。
转子碰摩试验装置多采用碰摩钉或碰摩柱等部件进行碰摩模拟试验，通过手动或液压自动加载的方式调节碰摩钉或碰摩柱与转子的法向碰撞力，碰摩时的切向摩擦力则采用应变片进行测量；其不足之处在于，采用液压缸加载的方式虽可实现法向碰撞力的自动调节，但液压缸配套的液压系统会增加试验装置的占地面积，同时增大了试验装置的系统调试难度；采用碰摩钉或碰摩柱与转子进行碰摩，当碰摩试验要求的法向碰撞力过大时，容易引起切向摩擦力的过载，从而导致碰摩钉或碰摩柱存在断裂的安全隐患，现有试验装置难以满足高强度碰摩试验的安全需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种力可控的机械传动式转子碰摩试验台，使其能更准确、安全地模拟旋转机械碰摩故障，为预防旋转机械碰摩事故的发生提供更可靠的试验依据。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种力可控的机械传动式转子碰摩试验台，包括转子组件、施力机构和机座；转子组件包括转盘、转轴和转子驱动电机，其特征在于:该碰摩试验台还包括数据采集及控制单元，所述的施力机构包括施力机构底座、滑台、施力机构电机、Y向动态扭矩传感器、施力轮、施力轴、X向动态扭矩传感器和磁粉制动器；施力轴通过轴承安装在施力架上，施力轴、X向动态扭矩传感器和磁粉制动器之间通过联轴器相连，施力架、X向动态扭矩传感器和磁粉制动器安装在滑台上；滑台通过施力机构导轨副与施力机构底座相连，并通过施力机构丝杠副与Y向动态扭矩传感器的一端相连，Y向动态扭矩传感器的另一端与施力机构电机相连；所述施力轮的圆心与转盘的圆心保持在同一水平面；施力机构底座通过移动机构导轨副与机座相连，施力机构底座通过移动机构丝杠副与移动机构电机相连；所述的数据采集及控制单元分别通过信号线与驱动电机、移动机构电机、施力机构电机、Y向动态扭矩传感器、磁粉制动器和X向动态扭矩传感器电连接，采集Y向动态扭矩传感器和X向动态扭矩传感器的扭矩信号，并分别控制驱动电机的转速、移动机构电机的转动角度、施力机构电机的输出扭矩和磁粉制动器的输出扭矩。
优选地，在机座上开有两条平行的倒T型槽，转子组件通过倒T型槽与机座相连。
优选地，该转子碰摩试验台还包括移动机构底座，该移动机构底座固定在机座上，施力机构底座通过移动机构导轨副设置在移动机构底座上，在移动机构底座与机座之间设有使施力轮的圆心与转盘的圆心保持在同一水平面的调节机构。
优选地，所述的调节机构由垫板和调节螺栓组成。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：本发明的方案在进行试验时，采用机械传动的结构通过施力机构电机间接给转盘施力，实现了碰摩试验法向碰撞力的可控加载；试验台通过施力轮给转盘施力，与采用碰摩钉或碰摩柱施力相比，施力轮可承受的碰摩力强度高，且施力轮外圆周的任意一点均可作为施力点，施力轮的磨损非常小，能长期维持高精度，试验设施的耐用性强于采用碰摩钉或碰摩柱固定点施力的方式；②采用磁粉制动器作为安全保护装置，当切向摩擦力作用在施力轮的扭矩大于等于磁粉制动器的安全输出扭矩时，说明试验产生的切向摩擦力过大，容易引发试验事故，此时，施力轮会带动施力轴开始转动，从而使得碰摩点由滑动摩擦转变为滚动摩擦，降低了切向摩擦力对施力轮的影响，避免了试验事故的发生，若采用碰摩钉或碰摩柱的施力方式，则不可避免的存在碰摩钉或碰摩柱断裂的安全隐患。因此，本发明装置在进行旋转机械碰摩故障模拟试验时，能安全、方便、低成本地实现法向碰撞力的精确、可靠控制，从而为预防旋转机械碰摩事故的发生提供更可靠的试验依据。③本试验台采用转轴的轴承通过轴承套与轴承安装座相连、轴承安装座通过螺栓安装在机座的倒T型槽上，移动机构底座通过调节机构与机座相连的安装方式，方便地实现了不同型号转盘、转轴的可重构，提高了试验台的通用性。
附图说明
图1是本发明提供的一种力可控的机械传动式转子碰摩试验台实施例的结构原理示意图。
图2是本发明法向碰撞力加载的控制框图。
图3是本发明切向摩擦力阈值调节的控制框图。
图中：1-机座；2-垫板；3-移动机构导轨副；4-移动机构底座；5-施力机构底座；6-施力机构电机；7-施力机构导轨副；8-滑台；9-施力架；10-施力轮；11-施力轴；12-转轴；13-转盘；14-轴承安装座；15-转子驱动电机；16-轴承套；17-倒T型槽；18-磁粉制动器；19-X向动态扭矩传感器；20-施力机构丝杠副；21-移动机构电机；22-移动机构丝杠副；23-Y向动态扭矩传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构、原理及工作过程进行进一步说明
参见图1，本发明提供的一种力可控的机械传动式转子碰摩试验台，包括机座1、转子组件和施力机构，转子组件包括转盘13、转轴12、转子驱动电机15和数据采集及控制单元，所述的施力机构包括施力机构底座5、滑台8、施力机构电机6、Y向动态扭矩传感器23、施力架9、施力轮10、施力轴11、X向动态扭矩传感器19和磁粉制动器18；施力轴11通过轴承安装在施力架9上，施力轴11、X向动态扭矩传感器19和磁粉制动器18之间通过联轴器相连，施力架9、X向动态扭矩传感器19和磁粉制动器18安装在滑台8上。
滑台8通过施力机构导轨副7与施力机构底座5相连，该滑台8并通过施力机构丝杠副20与Y向动态扭矩传感器23的一端相连，该Y向动态扭矩传感器23的另一端与施力机构电机6相连；所述施力轮10的圆心与转盘13的圆心保持在同一水平面；施力机构底座5通过移动机构导轨副3与机座1相连，施力机构底座5通过移动机构丝杠副22与移动机构电机21相连。
所述的数据采集及控制单元分别通过信号线与转子驱动电机15、移动机构电机21、施力机构电机6、Y向动态扭矩传感器23、磁粉制动器18和X向动态扭矩传感器19电连接，采集Y向动态扭矩传感器23和X向动态扭矩传感器19的扭矩信号，分别控制转子驱动电机15的转速、移动机构电机21的转动角度、施力机构电机6的输出扭矩和磁粉制动器18的输出扭矩。
为方便地实现了不同型号转盘13、转轴12的可重构，提高试验台的通用性，可在机座1上开设两条平行的倒T型槽17，将转子组件中转子驱动电机15、轴承安装座14通过倒T型槽17与机座1相连。。
在实验过程中，为了使施力轮10的圆心与转盘13的圆心保持在同一水平面内，该转子碰摩试验台还包括移动机构底座4，该移动机构底座4固定在机座1上，施力机构底座5通过移动机构导轨副3设置在移动机构底座4上，在移动机构底座4与机座1之间设置调节机构，可方便调节施力轮10的圆心与转盘13的圆心保持在同一水平面上。本实施例中，调节机构采用由垫板2和调节螺栓组成。
当需要更换不同型号的转盘13、转轴12时，只需调整轴承安装座14在倒T型槽17的位置、更换与转轴12轴承配套的轴承套16、调整设置在移动机构底座4与机座1之间的调节机构即可实现转盘13、转轴12的可重构
图2、3所示，试验时，施力机构电机6、Y向动态扭矩传感器23构成闭环控制，磁粉制动器18为开环控制，数据采集及控制单元通过Y向构动态扭矩传感器23、X向动态扭矩传感器19采集法向碰撞力、切向摩擦力的大小，从而得到研究旋转机械碰摩故障所需的试验数据，为预防旋转机械碰摩事故的发生提供更可靠的试验依据。
本发明的原理和工作过程如下：
根据待试验的转盘13、转轴12尺寸，调整设置在移动机构底座4与机座1之间的调节机构，使施力轮10的圆心与转盘13的圆心保持在同一水平面；移动机构电机21驱动移动机构丝杠副22旋转从而带动施力机构底座5沿移动机构导轨副3移动，当施力轮10与转盘13外切时，移动机构电机21停止转动并保持自锁状态；转子驱动电机15根据用户的试验要求驱动转轴12从而带动转盘13转动；数据采集及控制单元根据用户输入的法向碰撞力的变化曲线，实时控制施力机构电机6输出扭矩的大小，通过施力轮10给转盘13施加力，从而实现碰摩法向碰撞力按用户需求变化，以模拟旋转机械碰摩故障的各种工况；根据用户输入的切向摩擦力阈值，通过计算切向摩擦力阈值与施力轮10半径的乘积，从而得到磁粉制动器18的安全输出扭矩，控制磁粉制动器18的输出扭矩为安全输出扭矩并通过施力轴11作用在施力轮10上。当试验产生的切向摩擦力小于输入的切向摩擦力阈值时，施力轮10处于锁死状态，施力轮10的外切点与转盘13外圆周表面进行碰摩，此时碰摩点为滑动摩擦，碰摩试验正常进行并采集试验数据；当试验产生的切向摩擦力大于等于输入的切向摩擦力阈值时，说明试验产生的切向摩擦力过大，容易引发试验安全隐患，此时，施力轮10会带动施力轴11开始转动，从而使得碰摩点由滑动摩擦转变为滚动摩擦，降低了切向摩擦力对施力轮10的影响，碰摩试验结束。

Claims (4)

1.一种力可控的机械传动式转子碰摩试验台，包括转子组件、施力机构和机座(1)；转子组件包括转盘(13)、转轴(12)和转子驱动电机(15)，其特征在于:该碰摩试验台还包括数据采集及控制单元，所述的施力机构包括施力机构底座(5)、滑台(8)、施力机构电机(6)、Y向动态扭矩传感器(23)、施力轮(10)、施力轴(11)、X向动态扭矩传感器(19)和磁粉制动器(18)；施力轴(11)通过轴承安装在施力架(9)上，施力轴(11)、X向动态扭矩传感器(19)和磁粉制动器(18)之间通过联轴器相连，施力架(9)、X向动态扭矩传感器(19)和磁粉制动器(18)安装在滑台(8)上；
滑台(8)通过施力机构导轨副(7)与施力机构底座(5)相连，滑台(8)并通过施力机构丝杠副(20)与Y向动态扭矩传感器(23)的一端相连，Y向动态扭矩传感器(23)的另一端与施力机构电机(6)相连；所述施力轮(10)的圆心与转盘(13)的圆心保持在同一水平面；施力机构底座(5)通过移动机构导轨副(3)与机座(1)相连，施力机构底座(5)通过移动机构丝杠副(22)与移动机构电机(21)相连；
所述的数据采集及控制单元分别通过信号线与驱动电机(15)、移动机构电机(21)、施力机构电机(6)、Y向动态扭矩传感器(23)、磁粉制动器(18)和X向动态扭矩传感器(19)电连接，采集Y向动态扭矩传感器(23)和X向动态扭矩传感器(19)的扭矩信号，并分别控制驱动电机(15)的转速、移动机构电机(21)的转动角度、施力机构电机(6)的输出扭矩和磁粉制动器(18)的输出扭矩。
2.根据权利要求1所述的一种力可控的机械传动式转子碰摩试验台，其特征在于：机座(1)上开有两条平行的倒T型槽(17)，转子组件通过倒T型槽(17)与机座(1)相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种力可控的机械传动式转子碰摩试验台，其特征在于：该转子碰摩试验台还包括移动机构底座(4)，该移动机构底座固定在机座(1)上，施力机构底座(5)通过移动机构导轨副(3)设置在移动机构底座(4)上，在移动机构底座(4)与机座之间设有使施力轮(10)的圆心与转盘(13)的圆心保持在同一水平面的调节机构。
4.根据权利要求3所述的一种力可控的机械传动式转子碰摩试验台，其特征在于：所述的调节机构由垫板(2)和调节螺栓组成。
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