CN110645313A - 一种设备振动智能控制系统及振动控制方法 - Google Patents

一种设备振动智能控制系统及振动控制方法 Download PDF

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刘大研
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Abstract

本发明涉及一种减振设备，具体地说是涉及设备振动智能控制系统。其采用便于布置的传感器数据采集，通过隔震装置使振动设备无论处于何种振动作用下都处于稳定状态。包括设置于振动设备底面的加速度传感器、支撑弹簧和液压阻尼器；所述液压阻尼器的进油嘴与液压工作站相连，所述液压阻尼器包括阻尼器腔体，所述阻尼器腔体内置液压活塞，所述活塞的塞杆穿出阻尼器腔体外，腔体上、塞杆穿出的一端设置有用于支撑振动设备的液压支撑板，所述液压支撑板的上表面与所述塞头的下表面平行；所述阻尼器腔体上开设有进油嘴和出油嘴，所述进油嘴及出油嘴外各套设有一防碰撞环，阻尼器腔体外、进油嘴上设置有一用于调节进油量的调节装置。

Description

一种设备振动智能控制系统及振动控制方法
技术领域
本发明涉及一种减振设备，具体地说是涉及设备振动智能控制系统。
背景技术
机械设备在运行过程中，由于转子偏心，或是在电机启动、停止等变速过程中，如果系统的刚度、阻尼参数配置不当，容易产生显著的振动，因此严重影响电机的运行精度和使用寿命，另外电机的振动还会产生巨大的噪音，容易造成工作环境的污染。
传统的方法是在电机的四个地脚处放置隔振器，但局限性在于需要事先获得激振力的形式，其刚度和阻尼参数不能随电机的激振力大小变化而变化，只能过滤掉一部分激振力造成的振动，况且传统隔振方法的计算过程中的激振力是通过计算获得的，而实际工况中激振力的形式是随机的，且不易采集到激振力。
因此需要开发一种可控阻尼的电机振动控制系统，根据传感器采集到的加速度值，调整阻尼值实现系统的隔振作用。
发明内容
本发明就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种设备振动智能控制系统及振动控制方法，其采用便于布置的传感器数据采集，通过隔震装置使振动设备无论处于何种振动作用下都处于稳定状态。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，包括设置于振动设备底面的加速度传感器、支撑弹簧和液压阻尼器；
所述液压阻尼器的进油嘴与液压工作站相连，所述液压阻尼器包括阻尼器腔体，所述阻尼器腔体内置液压活塞，所述液压活塞与阻尼器腔体同心装配；所述活塞的塞杆穿出阻尼器腔体外，腔体上、穿出处设置有防摩擦套，塞杆穿出的一端设置有用于支撑振动设备的液压支撑板，所述活塞的塞头与阻尼器腔体内壁间装配有用于密封的密封圈；所述液压支撑板的上表面与所述塞头的下表面平行；所述阻尼器腔体上开设有进油嘴和出油嘴，所述进油嘴及出油嘴外各套设有一防碰撞环，阻尼器腔体外、进油嘴上设置有一用于调节进油量的调节装置。
作为本发明的一种优选方案，所述调节装置包括楔形塞，所述楔形塞垂直穿入外壁套设防碰撞环的进油嘴；楔形塞外壁与防碰撞环螺纹连接，该楔形塞的首端通过联轴器与伺服电机相连，楔形塞的尖形末端由进油嘴侧壁的通孔进入进油嘴油道，伺服电机转动，带动楔形塞转动，使得楔形塞末端旋进油道的深度加深或变浅(达到调整流量的目的)。
作为本发明的另一种优选方案，一轴套位于伺服电机与防碰撞环之间，套于联轴器外；所述伺服电机机壳与所述轴套相连。
作为本发明的另一种优选方案，所述振动设备的底面四角各安装一加速度传感器。
作为本发明的另一种优选方案，所述防摩擦套的材质采用尼龙材料。
作为本发明的另一种优选方案，所述进油嘴和出油嘴位置相对且进油嘴的中心线与出油嘴的中心线共线。
作为本发明的另一种优选方案，所述加速度传感器及伺服电机均与控制器(控制设备)相连。
作为本发明的另一种优选方案，所述支撑弹簧底部位于地面，支撑弹簧顶部支承于振动设备底部。
作为本发明的另一种优选方案，所述液压工作站与进油嘴的连接管线上设置有开关电磁阀。
作为本发明的另一种优选方案，所述控制器植入了基于观测器理论的阻尼值估计算法，应用该算法计算使振动设备处于稳定状态的阻尼值，应用液压阻尼器实现阻尼值的控制，通过分别调整底面四个角的阻尼值，使振动设备始终处于稳定状态，实现振动设备的智能振动控制。
基于设备振动智能控制系统的振动控制方法，具体包括以下步骤：
步骤1、当振动设备产生振动后，通过加速度传感器采集振动设备底面四个角的加速度数据，将加速度数据输入控制器中；
步骤2、根据公式(1)，在已知加速度数据
Figure BDA0002241017250000031
的情况下，应用观测器理论估计位移值x和速度值
Figure BDA0002241017250000033
式中，m为振动设备1的质量；
Figure BDA0002241017250000034
为振动设备1产生振动后的加速度数据；c为振动设备1的阻尼值，为振动设备1产生振动后的速度数据；k为振动设备1的刚度值；x为振动设备1产生振动后的位移值；f为振动设备1所受的力；
步骤3、调整位移值x使其趋近于0(即使振动设备1处于稳定状态)，此时依据公式(1)在刚度值k一定的前提下，公式处于平衡状态下所需要的阻尼值c的大小；
步骤4、应用伺服电机旋转楔形塞控制液压阻尼器产生的阻尼值，使振动设备处于稳定状态。
与现有技术相比本发明有益效果。
本发明应用算法计算使振动设备处于稳定状态的阻尼值，应用液压阻尼器实现阻尼值的控制，通过分别调整底面四个角的阻尼值，使振动设备始终处于稳定状态，实现振动设备的智能振动控制。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1是本发明工作状态示意图。
图2是本发明结构示意图。
图3是本发明调节装置结构示意图。
图中，1-振动设备；3-支撑弹簧；4-液压阻尼器；5-电磁阀；6-液压工作站；7-控制器；8-液压支撑板；9-防摩擦套；10-防碰撞环；11-出油嘴；12-塞头；13-密封圈；14-伺服电机；15-楔形塞；16-进油嘴；17为联轴器、18为轴套。
具体实施方式
如图1-3所示，本发明包括设置于振动设备1底面的加速度传感器、支撑弹簧3和液压阻尼器4；所述液压阻尼器4的进油嘴16与液压工作站6相连，所述液压阻尼器4包括阻尼器腔体，所述阻尼器腔体内置液压活塞，所述液压活塞与阻尼器腔体同心装配；所述活塞的塞杆穿出阻尼器腔体外，腔体上、穿出处设置有防摩擦套9，塞杆穿出的一端设置有用于支撑振动设备的液压支撑板8，所述活塞的塞头12与阻尼器腔体内壁间装配有用于密封的密封圈13；所述液压支撑板8的上表面与所述塞头12的下表面平行；所述阻尼器腔体上开设有进油嘴16和出油嘴11，所述进油嘴16及出油嘴11外各套设有一防碰撞环10，阻尼器腔体外、进油嘴16上设置有一用于调节进油量的调节装置。
作为本发明的一种优选方案，所述调节装置包括楔形塞15，所述楔形塞15垂直穿入外壁套设防碰撞环10的进油嘴16；楔形塞15外壁与防碰撞环10螺纹连接，该楔形塞15的首端通过联轴器17与伺服电机14相连，楔形塞15的尖形末端由进油嘴16侧壁的通孔进入进油嘴油道，伺服电机14转动，带动楔形塞15转动，使得楔形塞末端旋进油道的深度加深或变浅(达到调整流量的目的)。
作为本发明的另一种优选方案，一轴套18位于伺服电机14与防碰撞环10之间，套于联轴器外；所述伺服电机机壳与所述轴套相连。
作为本发明的另一种优选方案，所述振动设备1的底面四角各安装一加速度传感器。
作为本发明的另一种优选方案，所述进油嘴16和出油嘴11位置相对且进油嘴16的中心线与出油嘴11的中心线共线。
作为本发明的另一种优选方案，所述加速度传感器及伺服电机14均与控制器7(控制设备)相连。
作为本发明的另一种优选方案，所述支撑弹簧3底部位于地面，支撑弹簧3顶部支承于振动设备1底部，当振动设备1发生振动后，支撑弹簧3为振动设备1恢复平衡状态提供恢复力。
作为本发明的另一种优选方案，所述液压工作站6与进油嘴16的连接管线上设置有开关电磁阀。
作为本发明的另一种优选方案，所述控制器植入了基于观测器理论的阻尼值估计算法，应用该算法计算使振动设备处于稳定状态的阻尼值，应用液压阻尼器实现阻尼值的控制，通过分别调整底面四个角的阻尼值，使振动设备始终处于稳定状态，实现振动设备的智能振动控制。
基于设备振动智能控制系统的振动控制方法，具体包括以下步骤：
步骤1、当振动设备产生振动后，通过加速度传感器采集振动设备底面四个角的加速度数据，将加速度数据输入控制器中；
步骤2、根据公式(1)，在已知加速度数据的情况下，应用观测器理论估计位移值x和速度值
Figure BDA0002241017250000061
Figure BDA0002241017250000062
式中，m为振动设备1的质量；
Figure BDA0002241017250000063
为振动设备1产生振动后的加速度数据；c为振动设备1的阻尼值，
Figure BDA0002241017250000064
为振动设备1产生振动后的速度数据；k为振动设备1的刚度值；x为振动设备1产生振动后的位移值；f为振动设备1所受的力；
步骤3、调整位移值x使其趋近于0(即使振动设备1处于稳定状态)，此时依据公式(1)在刚度值k一定的前提下，公式处于平衡状态下所需要的阻尼值c的大小；
步骤4、应用伺服电机旋转楔形塞控制液压阻尼器产生的阻尼值，使振动设备处于稳定状态。
参见图1-3，本发明是一种设备振动智能控制系统，具有振动设备1，在振动设备1的底面的四个角安装有四个加速度传感器、支撑弹簧3和液压阻尼器4，液压工作站5通过进油嘴16与液压阻尼器连接，加速度传感器和伺服电机14与采集与控制器7连接。液压阻尼器4内装设有液压活塞12，液压活塞12与液压阻尼器4腔体同心装配，活塞12的中部装有密封圈13，液压支撑板8上表面与活塞头12上表面平行，进油嘴16中心线与出油嘴11孔中心线重合。
液压阻尼器4通过液压工作站6提供压力液压油，通过电磁阀5控制液压油的油压及流量，液压油从液压阻尼器4的进油嘴16进入液压阻尼器的下部空腔内，经由液压阻尼器4的出油嘴11流回到液压工作站6中，当所述的振动设备4工况作用下其振动形式为变振幅、变加速度振动，此时液压支撑受振动设备1作用产生向下位移，即液压支撑板8经过防摩擦套9向下运动，活塞中部设有密封圈13以避免下腔液压油流入上腔，当活塞向下移动至液压阻尼器4下腔的底部时，受到防碰撞环10的作用停止运动，避免液压活塞头12破坏仅有16和出油嘴11，当振动设备1产生振动后，通过加速度传感器采集振动设备1底面四个角的加速度数据，将加速度数据输入控制器7中，所述控制器7根据不同的加速度值，计算振动设备1处于稳定状态底面四个角所需提供的阻尼值，应用伺服电机14旋转楔形塞15控制液压阻尼器4产生的阻尼值，分别应用底面四个角的加速度传感器获得对应的加速度数据，应用上述步骤分别实现底面四个角的减振，致使振动设备1处于稳定状态。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种设备振动智能控制系统，其特征在于，包括设置于振动设备底面的加速度传感器、支撑弹簧和液压阻尼器；
所述液压阻尼器的进油嘴与液压工作站相连，所述液压阻尼器包括阻尼器腔体，所述阻尼器腔体内置液压活塞，所述液压活塞与阻尼器腔体同心装配；所述活塞的塞杆穿出阻尼器腔体外，腔体上、穿出处设置有防摩擦套，塞杆穿出的一端设置有用于支撑振动设备的液压支撑板，所述活塞的塞头与阻尼器腔体内壁间装配有用于密封的密封圈；所述液压支撑板的上表面与所述塞头的下表面平行；所述阻尼器腔体上开设有进油嘴和出油嘴，所述进油嘴及出油嘴外各套设有一防碰撞环，阻尼器腔体外、进油嘴上设置有一用于调节进油量的调节装置。
2.根据权利要求1所述的一种设备振动智能控制系统，其特征在于：所述调节装置包括楔形塞，所述楔形塞垂直穿入外壁套设防碰撞环的进油嘴；楔形塞外壁与防碰撞环螺纹连接，该楔形塞的首端通过联轴器与伺服电机相连，楔形塞的尖形末端由进油嘴侧壁的通孔进入进油嘴油道，伺服电机转动，带动楔形塞转动，使得楔形塞末端旋进油道的深度加深或变浅。
3.根据权利要求1所述的一种设备振动智能控制系统，其特征在于：一轴套位于伺服电机与防碰撞环之间，套于联轴器外；所述伺服电机机壳与所述轴套相连。
4.根据权利要求1所述的一种设备振动智能控制系统，其特征在于：所述振动设备的底面四角各安装一加速度传感器。
5.根据权利要求1所述的一种设备振动智能控制系统，其特征在于：所述防摩擦套的材质采用尼龙材料。
6.根据权利要求1所述的一种设备振动智能控制系统，其特征在于：所述进油嘴和出油嘴位置相对且进油嘴的中心线与出油嘴的中心线共线。
7.根据权利要求1所述的一种设备振动智能控制系统，其特征在于：所述加速度传感器及伺服电机均与控制器相连。
8.根据权利要求1所述的一种设备振动智能控制系统，其特征在于：所述支撑弹簧底部位于地面，支撑弹簧顶部支承于振动设备底部；所述液压工作站与进油嘴的连接管线上设置有开关电磁阀。
9.根据权利要求1所述的一种设备振动智能控制系统，其特征在于：所述控制器植入了基于观测器理论的阻尼值估计算法，应用该算法计算使振动设备处于稳定状态的阻尼值，应用液压阻尼器实现阻尼值的控制，通过分别调整底面四个角的阻尼值，使振动设备始终处于稳定状态，实现振动设备的智能振动控制。
10.根据权利要求1所述的一种设备振动智能控制系统，其特征在于：基于设备振动智能控制系统的振动控制方法，具体包括以下步骤：
步骤1、当振动设备产生振动后，通过加速度传感器采集振动设备底面四个角的加速度数据，将加速度数据输入控制器中；
步骤2、根据公式(1)，在已知加速度数据
Figure FDA0002241017240000021
的情况下，应用观测器理论估计位移值x和速度值
Figure FDA0002241017240000023
式中，m为振动设备1的质量；
Figure FDA0002241017240000024
为振动设备1产生振动后的加速度数据；c为振动设备1的阻尼值，
Figure FDA0002241017240000025
为振动设备1产生振动后的速度数据；k为振动设备1的刚度值；x为振动设备1产生振动后的位移值；f为振动设备1所受的力；
步骤3、调整位移值x使其趋近于0，此时依据公式(1)在刚度值k一定的前提下，公式处于平衡状态下所需要的阻尼值c的大小；
步骤4、应用伺服电机旋转楔形塞控制液压阻尼器产生的阻尼值，使振动设备处于稳定状态。
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