CN108414146B - 一种电磁式自动平衡头作动平稳程度评价方法 - Google Patents

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M1/00—Testing static or dynamic balance of machines or structures
    • G01M1/14—Determining unbalance
    • G01M1/16—Determining unbalance by oscillating or rotating the body to be tested

Abstract

本发明公开了一种电磁式自动平衡头作动平稳程度评价方法，该方法以一个转动步距内的驱动力矩随配重盘转动角度的变化曲线为评价工具，从变化曲线和驱动力矩零线的关系、拐点的位置信息入手，判定电磁式自动平衡头作动过程的平稳程度，此种评价方法的可靠性高、易于操作，对于电磁式自动平衡头的前期设计开发以及后期的技术改进都具有较强的指导意义。

Description

一种电磁式自动平衡头作动平稳程度评价方法
技术领域
本发明属于在线动平衡技术领域，特别涉及一种电磁式自动平衡头作动平稳程度评价方法。
背景技术
旋转机械因为转子不平衡引发的振动是旋转机械极为常见的转子回转精度影响因素之一，采用传统的机上动平衡和现场动平衡方法都需要停机进行动平衡，影响正常的工作且花费较大，因此具有不停机、低成本、高精度的在线动平衡方法正逐步成为旋转机械抑制不平衡的首选方法。进行在线动平衡需要在线自动平衡装置，而在线自动平衡装置的关键部件是其作动部件即自动平衡头，自动平衡头性能的好坏将直接影响在线动平衡的效果。
常见的自动平衡头主要有机械式、喷液式以及电磁式。电磁式自动平衡头以其平衡转速高、结构紧凑合理、结构设计灵活等优点，引领着自动平衡头的发展方向。电磁式自动平衡头常见的性能参数主要有配重性能、自锁性能以及启动性能等，其中配重性能反应了电磁式自动平衡头产生平衡质量的能力以及平衡的精细程度，自锁性能反应了电磁式自动平衡头所能承受的最大角加速度，启动性能反应了电磁式自动平衡头启动的快慢程度。
电磁式自动平衡头作动过程中，产生平衡质量的动环往往是随转子一起高速旋转的，此时如果电磁式自动平衡头自身转动并不平稳，产生小范围的抖动甚至冲击，在高转速下，就会对转子产生不好的影响，影响转子的正常转动甚至转子的使用寿命。国内虽然对电磁式自动平衡头展开了一定的研究，但是对于电磁式自动平衡头作动过程中的平稳程度却没有明确的定义和相应的评价方法。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种电磁式自动平衡头作动平稳程度评价方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种电磁式自动平衡头作动平稳程度评价方法，包括以下步骤：
A：定义所述平衡头的磁场力矩与阻尼力矩的矢量和为驱动力矩，以驱动力矩为Y轴、以平衡头配重盘转动角度为X轴构建平面坐标系，通过仿真和测试得出一个转动步距内的驱动力矩随平衡头配重盘转动角度的变化曲线，所述变化曲线包括两个拐点，分别为为拐点1和拐点2，所述拐点2的X轴坐标值大于所述拐点1的X轴坐标值；
B：判断所述变化曲线的正确性，如果正确继续执行步骤C，如果错误则跳转至步骤A；
C：以所述变化曲线作为评价工具，以驱动力矩零线为分界线，判断平衡头的作动平稳程度，该作动平稳程度包括卡顿、过冲和平稳三种状态；
卡顿状态的判断方法是：在转动角度中间点前，驱动力矩出现正负变化，表明配重盘转动过程出现加速-减速-加速-减速的过程，则判断出现了卡顿；
过冲状态的判断方法是：在转动角度中间点前，驱动力矩始终为正值，拐点1位于X轴上方，表明配重盘的转动过程为加速-减速的过程，判断出现了过冲情况，配重盘转过稳定平衡位置，稳定程度差；
平稳状态的判断方法是：在转动角度中间点前，拐点1前的驱动力矩始终为正值，拐点1落在X轴上，拐点1与转动角度中间点之间的驱动力矩曲线与X轴重合，表明配重盘的转动过程为加速-匀速-减速的过程，判断该种状态为最佳平稳状态。
进一步地，当平衡头的结构和参数发生变化时，需重复A、B、C三步骤并重新对新的电磁式自动平衡头的作动平稳程度进行评价。
进一步地，步骤B中所述变化曲线正确性的判断方法如下：
如果所述变化曲线为以该曲线在X轴上的中间点为中心呈奇对称分布，则该变化曲线正确；如变化曲线不能以X轴上的中间点为中心呈奇对称，或转动角度为0°时的驱动力矩方向与转动方向不一致时，则该变化曲线错误。
进一步地，所述变化曲线的拐点1在X轴上方且越靠近X轴、拐点2在X轴下方且越靠近X轴的作动过程，平稳度越高。
本发明的有益效果在于：
本专利公开的电磁式自动平衡头作动平稳程度评价方法，以一个转动步距内的驱动力矩随配重盘转动角度的变化曲线为评价工具，从变化曲线和驱动力矩零线的关系、拐点的位置信息入手，判定电磁式自动平衡头作动过程的平稳程度，此种评价方法的可靠性高、易于操作，对于电磁式自动平衡头的前期设计开发以及后期的技术改进都具有较强的指导意义。
附图说明
图1是一个转动步距内的驱动力矩随配重盘转动角度的变化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
电磁式自动平衡头的工作原理如下：
电磁式自动平衡头工作时，静环内的驱动线圈通电产生电磁场，电磁场在包围它的铁芯内聚敛并强化后，穿过静环与动环间的气隙，将动环内的齿状磁极凸缘磁化，凸缘与配重盘上的永磁体之间靠“同性相斥、异性相吸”原理相互作用，以此推动配重盘(携带平衡质量和永磁体的圆盘)转动。
电磁式自动平衡头配重盘转动过程中，配重盘转动一个步距的运动过程为先加速后减速的运动，在这个运动过程之中，配重盘受到电磁场与永磁场相互作用产生的磁场力矩和滚动轴承转动所受的阻尼力矩，磁场力矩推动配重盘沿目标方向转动，阻尼力矩阻碍配重盘的转动。
对上述电磁式自动平衡头的作动平稳程度进行评价，结合附图1进行描述，具体方法如下：
1)定义磁场力矩与阻尼力矩的矢量和为驱动力矩，通过仿真和测试可以得到一个转动步距内的驱动力矩随配重盘转动角度的变化曲线。
2)判断驱动力矩随配重盘转动角度的变化曲线的正确性：正常的变化曲线应整体以中间点(1/2转动角度)为中心呈奇对称分布；
从0°转动到中间点的过程中，驱动力矩在0°时最大，之后随着转动角度的增大迅速减小，到达拐点1后，驱动力矩继续下降但下降速度明显变慢，到达中间点处时，驱动力矩基本为0；转过中间点后，驱动力矩先反向增大，缓慢增大到拐点2后，驱动力矩迅速增大。
3)判定驱动力矩随配重盘转动角度的变化曲线的正确性后，观察变化曲线的走势，以驱动力矩零线为分界线，变化曲线的形式一般有三种，分别如图1中曲线1、曲线2、曲线3所示。
4)以一个转动步距内的驱动力矩随配重盘转动角度的变化曲线作为评价工具，首先判定变化曲线和驱动力矩零线的关系：形如曲线1所示的驱动过程，配重盘能够快速转动一个步距，但是一般会存在“过冲”的情况，(根据曲线陡峭程度判断是否出现过冲)即配重盘会多转过一个小的角度；形如曲线3所示的驱动过程，配重盘在转动的上下半程都存在加速和减速的过程，这就使得配重盘转动的过程中会有“卡顿”的现象，有时甚至会卡死在中间某一个位置，作动平稳程度最差；形如曲线2所示的驱动过程，配重盘能够较为稳定地转动，而不会出现“过冲”和“卡顿”的现象。因此当变化曲线的拐点1和拐点2之间的曲线越靠近驱动力矩零线时，电磁式自动平衡头作动过程越平稳，平稳程度越高。
5)判定了变化曲线和驱动力矩零线的关系后，再对拐点1和拐点2的位置进行判断：变化曲线拐点1的位置在驱动力矩零线以上且越靠近驱动力矩零线、拐点2的位置在驱动力矩零线以下且越靠近驱动力矩零线的作动过程平稳程度越高。
6)当电磁式自动平衡头的结构和参数发生变化时，需重复上述步骤重新对新的电磁式自动平衡头的作动平稳程度进行评价。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种电磁式自动平衡头作动平稳程度评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
A：定义所述平衡头的磁场力矩与阻尼力矩的矢量和为驱动力矩，以驱动力矩为Y轴、以平衡头配重盘转动角度为X轴构建平面坐标系，通过仿真和测试得出一个转动步距内的驱动力矩随平衡头配重盘转动角度的变化曲线，所述变化曲线包括两个拐点，分别为为拐点1和拐点2，所述拐点2的X轴坐标值大于所述拐点1的X轴坐标值；
B：判断所述变化曲线的正确性，如果正确继续执行步骤C，如果错误则跳转至步骤A；
C：以所述变化曲线作为评价工具，以驱动力矩零线为分界线，判断平衡头的作动平稳程度，该作动平稳程度包括卡顿、过冲和平稳三种状态；
卡顿状态的判断方法是：在转动角度中间点前，驱动力矩出现正负变化，表明配重盘转动过程出现加速-减速-加速-减速的过程，则判断出现了卡顿；
过冲状态的判断方法是：在转动角度中间点前，驱动力矩始终为正值，拐点1位于X轴上方，表明配重盘的转动过程为加速-减速的过程，判断出现了过冲情况，配重盘转过稳定平衡位置，稳定程度差；
平稳状态的判断方法是：在转动角度中间点前，拐点1前的驱动力矩始终为正值，拐点1落在X轴上，拐点1与转动角度中间点之间的驱动力矩曲线与X轴重合，表明配重盘的转动过程为加速-匀速-减速的过程，判断该种状态为最佳平稳状态。
2.根据权利要求1所述的电磁式自动平衡头作动平稳程度评价方法，其特征在于：当平衡头的结构和参数发生变化时，需重复A、B、C三步骤并重新对新的电磁式自动平衡头的作动平稳程度进行评价。
3.根据权利要求1所述的电磁式自动平衡头作动平稳程度评价方法，其特征在于：步骤B中所述变化曲线正确性的判断方法如下：
如果所述变化曲线为以该曲线在X轴上的中间点为中心呈奇对称分布，则该变化曲线正确；如变化曲线不能以X轴上的中间点为中心呈奇对称，或转动角度为0°时的驱动力矩方向与转动方向不一致时，则该变化曲线错误。
4.根据权利要求1所述的电磁式自动平衡头作动平稳程度评价方法，其特征在于：所述变化曲线的拐点1在X轴上方且越靠近X轴、拐点2在X轴下方且越靠近X轴的作动过程，平稳度越高。
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