CN111220375A - 具有柔性激励的多功能转子试验台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有柔性激励的多功能转子试验台，包括工作台，在工作台的两端分别安装有变频电机和负载模拟器；变频电机用于旋转部件的转速调节；负载模拟器用于模拟试验负载。所述的具有柔性激励的多功能转子试验台，还包括：电机座、第一联轴器、转速转矩仪、第二联轴器、平行轴减速器、第三联轴器、第一轴承座、转子加载盘、传感器座、径向加载器、第四联轴器、行星齿轮减速器、测试轴、第二轴承座、手动轴向调节机构、工作台、弹簧阻尼减震器、支座、底座。本发明可实现多种载荷施加，包括定载荷，变载荷，不平衡载荷，能满足不同工况下受载的模拟；采用固定支承与柔性支撑相结合的支撑方式，以适应多种设备运行环境的模拟。

Description

具有柔性激励的多功能转子试验台

技术领域

本发明涉及转子动力学技术领域，特别是涉及一种具有柔性激励的多功能转子试验台。

背景技术

转子作为旋转机械设备的核心部件，具有传递运动与力的功能，研究其在运转过程中的动态响应，进行有效的振动分析、稳定性分析等对旋转机械设备故障预防、检测与维护，延长设备使用寿命具有十分重要的意义。

转子试验作为对旋转机械设备的模拟存在许多问题。一方面，现有的转子试验台功能较为单一，无法模拟多种旋转部件的耦合系统；另一方面，载荷施加较为单一，对变工况的模拟存在着很多问题；此外，现有的转子试验台大多未考虑实际中旋转机械设备安装环境，多采用固定支承，缺少针对特定环境的转子试验台。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种具有柔性激励的多功能转子试验台，采用固定支承与柔性支撑相结合的支撑方式，以适应多种设备运行环境的模拟；设有多种加载方式，可对变化工况实现有效的模拟；同时试验台中包含多种常用旋转部件，可进行单一部件故障模拟与多部件故障耦合的模拟，本试验台可实现不同背景、不同工况以及不同故障的研究，功能完备。本发明采用的技术方案是：

一种具有柔性激励的多功能转子试验台，包括工作台，在工作台的两端分别安装有变频电机和负载模拟器；变频电机用于旋转部件的转速调节；负载模拟器用于模拟试验负载。

进一步地，所述的具有柔性激励的多功能转子试验台，还包括：电机座、第一联轴器、转速转矩仪、第二联轴器、平行轴减速器、第三联轴器、第一轴承座、转子加载盘、传感器座、径向加载器、第四联轴器、行星齿轮减速器、测试轴、第二轴承座、手动轴向调节机构、工作台、弹簧阻尼减震器、支座、底座；

所述变频电机、转速转矩仪、平行轴减速器、第一轴承座、传感器座、径向加载器、第二轴承座、负载模拟器自左向右依次安装在工作台上；

所述变频电机通过电机座安装于工作台一端；变频电机通过第一联轴器连接转速转矩仪一端，转速转矩仪另一端通过第二联轴器连接平行轴减速器一端，平行轴减速器另一端通过第三联轴器连接测试轴一端；所述测试轴承载在间隔一个距离设置的第一轴承座和第二轴承座上，第一轴承座和第二轴承座中均设置承载测试轴的轴承；

转子加载盘、传感器座、径向加载器位于第一轴承座和第二轴承座之间；转子加载盘连接在测试轴上；测试轴穿过传感器座和径向加载器；测试轴另一端通过第四联轴器连接行星齿轮减速器一端，行星齿轮减速器另一端连接负载模拟器；负载模拟器安装在支座上，支座安装在设置于工作台另一端的手动轴向调节机构上；

工作台底部安装有数个弹簧阻尼减震器，弹簧阻尼减震器连接在底座上。

进一步地，还包括罩体滑块和罩体滑轨以及保护罩；在工作台顶部的两侧位置安装罩体滑轨，保护罩通过罩体滑块连接在罩体滑轨上。

进一步地，所述变频电机通过PLC控制器和变频器进行驱动，PLC控制器连接变频器，变频器连接变频电机，PLC控制器获取转速转矩仪检测的转速/转矩信号，进行PID闭环控制，以调节变频电机的转速；

所述转速转矩仪用于检测试验中的转速/转矩信号并向PLC控制器发送。

进一步地，平行轴减速器中装配有完好的齿轮或故障齿轮。

进一步地，行星齿轮减速器中装配有完好的齿轮或故障齿轮。

进一步地，所述转子加载盘上安装不平衡的配重块。

进一步地，所述径向加载器包括轴支架、轴支架中设有轴支撑；轴支撑中设置供测试轴穿过的轴承；轴支撑上方连接力调节件，力调节件顶端连接调节手轮，力调节件上安装力传感器。

进一步地，所述负载模拟器采用磁粉制动器。

进一步地，所述弹簧阻尼减震器连接激振发生器；所述弹簧阻尼减震器设有锁定机构。

本发明的优点在于：本发明提出的具有柔性激励的多功能转子试验台，通过增加弹簧阻尼减速器，以柔性支撑代替固定刚性支撑，模拟一种存在柔性激励的运转环境。同时，本转子试验台包含轴承、平行轴减速器、行星齿轮减速器以及测试轴等多种旋转部件，可实现绝大多数旋转机械的转子动力学研究，载荷施加方面，可实现多种载荷施加，包括定载荷，变载荷，不平衡载荷，载荷形式可以是扭矩或径向力，能满足不同工况下受载的模拟；可进行不平衡、不对中实验，是一种多功能转子试验台。因此，在转子动力学研究领域具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明的俯视角度示意图。

图2为本发明的主视角度示意图。

图3为本发明的径向加载器示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明的实施例提出一种具有柔性激励的多功能转子试验台，如图1、图2所示，包括：

变频电机1、电机座2、第一联轴器3、转速转矩仪4、第二联轴器5、平行轴减速器6、第三联轴器7、第一轴承座10、转子加载盘11、传感器座12、径向加载器13、第四联轴器14、行星齿轮减速器15、测试轴16、负载模拟器17、第二轴承座18、手动轴向调节机构19、工作台20、弹簧阻尼减震器21、支座22、底座23；还可以包括罩体滑块8和罩体滑轨9以及保护罩（图中未画出）；

所述变频电机1、转速转矩仪4、平行轴减速器6、第一轴承座10、传感器座12、径向加载器13、第二轴承座18、负载模拟器17自左向右依次安装在工作台20上；

所述变频电机1通过电机座2安装于工作台20一端；变频电机1通过第一联轴器3连接转速转矩仪4一端，转速转矩仪4另一端通过第二联轴器5连接平行轴减速器6一端，平行轴减速器6另一端通过第三联轴器7连接测试轴16一端；所述测试轴16承载在间隔一个距离设置的第一轴承座10和第二轴承座18上，第一轴承座10和第二轴承座18中均设置承载测试轴的轴承；

转子加载盘11、传感器座12、径向加载器13位于第一轴承座10和第二轴承座18之间；转子加载盘11连接在测试轴16上；测试轴16穿过传感器座12和径向加载器13；测试轴16另一端通过第四联轴器14连接行星齿轮减速器15一端，行星齿轮减速器15另一端连接负载模拟器17；负载模拟器17安装在支座22上，支座22安装在设置于工作台20另一端的手动轴向调节机构19上；

工作台20底部安装有数个弹簧阻尼减震器21，弹簧阻尼减震器21连接在底座23上；

在工作台20顶部的两侧位置还安装有罩体滑轨9，保护罩通过罩体滑块8连接在罩体滑轨9上，在进行试验时可以移动保护罩，将各运转中的部件罩住，试验更安全；

所述变频电机1通过PLC控制器和变频器进行驱动，PLC控制器连接变频器，变频器连接变频电机，PLC控制器获取转速转矩仪4检测的转速/转矩信号，进行PID闭环控制，以精确调节变频电机1的转速；

所述转速转矩仪4用于检测试验中的转速/转矩信号并向PLC控制器发送；

所述平行轴减速器6为试验的旋转部件之一；平行轴减速器6中可装配完好的齿轮或故障齿轮，可以模拟转子故障工况；

所述转子加载盘11上可安装不平衡的配重块，可以模拟不平衡载荷；

所述传感器座12中可安装转速传感器和/或震动传感器，以获得试验时的转速数据和/或震动数据；

所述径向加载器13用于向测试轴16施加径向力，以模拟测试轴16在受到径向力时的运行工况；如图3所示，径向加载器13包括轴支架1301、轴支架1301中设有轴支撑1302；轴支撑1302中设置供测试轴穿过的轴承；轴支撑1302上方连接力调节件1303，力调节件1303顶端连接调节手轮1304，力调节件1303上安装力传感器1305；

所述行星齿轮减速器15为试验的旋转部件之一；行星齿轮减速器15中可装配完好的齿轮或故障齿轮，可以模拟转子故障工况；

所述测试轴16为试验的旋转部件之一，测试时可观测其在不同形式载荷下的工况；

所述负载模拟器17在一个实施例中可采用磁粉制动器，磁粉制动器是根据电磁原理和利用磁粉进行扭矩传动的，具有激磁电流与传递转矩基本呈线性关系的特征，可采用电流控制的方式对其进行负载调节；

所述手动轴向调节机构19用于手动加载负载模拟器17，实现轴向载荷手动加载；手动轴向调节机构19在本实施例中可采用丝杠调节机构，包括调节轮、调节丝杠、滑动块、滑轨等；丝杠调节机构较为常见，在此不再赘述；

本发明的实施例设置多个载荷施加模块，采用不同的载荷施加方式与载荷大小调节方式可实现多种工况下转子受载情况的模拟，可实现多种载荷施加，包括定载荷，变载荷，不平衡载荷，载荷形式可以是扭矩或径向力，能满足不同工况下受载的模拟；

所采用的弹簧阻尼减震器21对工作台20实现柔性支撑，可用于模拟船体、地铁、高铁中转子系统的运转环境，同时激励也可消除，用于模拟一般的运转环境；在进行柔性激励时，弹簧阻尼减震器21连接激振发生器，激振发生器产生振动，使得弹簧阻尼减震器21与相连的工作台20可以模拟船体、地铁、高铁中转子系统的运转环境；该弹簧阻尼减震器21设有锁定螺钉，能够进行锁定，这时其中的弹簧不起作用，在无需柔性激励时，关闭激振发生器，通过螺钉的紧固作用，可方便的消除柔性激励。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种具有柔性激励的多功能转子试验台，包括工作台(20)，其特征在于，

在工作台(20)的两端分别安装有变频电机(1)和负载模拟器17；

变频电机(1)用于旋转部件的转速调节；负载模拟器17用于模拟试验负载。

2.如权利要求1所述的具有柔性激励的多功能转子试验台，其特征在于，还包括：

电机座(2)、第一联轴器(3)、转速转矩仪(4)、第二联轴器(5)、平行轴减速器(6)、第三联轴器(7)、第一轴承座(10)、转子加载盘(11)、传感器座(12)、径向加载器(13)、第四联轴器(14)、行星齿轮减速器(15)、测试轴(16)、第二轴承座(18)、手动轴向调节机构(19)、工作台(20)、弹簧阻尼减震器(21)、支座(22)、底座(23)；

所述变频电机(1)、转速转矩仪(4)、平行轴减速器(6)、第一轴承座(10)、传感器座(12)、径向加载器(13)、第二轴承座(18)、负载模拟器(17)自左向右依次安装在工作台(20)上；

所述变频电机(1)通过电机座(2)安装于工作台(20)一端；变频电机(1)通过第一联轴器(3)连接转速转矩仪(4)一端，转速转矩仪(4)另一端通过第二联轴器(5)连接平行轴减速器(6)一端，平行轴减速器(6)另一端通过第三联轴器(7)连接测试轴(16)一端；所述测试轴(16)承载在间隔一个距离设置的第一轴承座(10)和第二轴承座(18)上，第一轴承座(10)和第二轴承座(18)中均设置承载测试轴的轴承；

转子加载盘(11)、传感器座(12)、径向加载器(13)位于第一轴承座(10)和第二轴承座(18)之间；转子加载盘(11)连接在测试轴(16)上；测试轴(16)穿过传感器座(12)和径向加载器(13)；测试轴(16)另一端通过第四联轴器(14)连接行星齿轮减速器(15)一端，行星齿轮减速器(15)另一端连接负载模拟器(17)；负载模拟器(17)安装在支座(22)上，支座(22)安装在设置于工作台(20)另一端的手动轴向调节机构(19)上；

工作台(20)底部安装有数个弹簧阻尼减震器(21)，弹簧阻尼减震器(21)连接在底座(23)上。

3.如权利要求2所述的具有柔性激励的多功能转子试验台，其特征在于，

还包括罩体滑块(8)和罩体滑轨(9)以及保护罩；在工作台(20)顶部的两侧位置安装罩体滑轨(9)，保护罩通过罩体滑块(8)连接在罩体滑轨9上。

4.如权利要求2所述的具有柔性激励的多功能转子试验台，其特征在于，

所述变频电机(1)通过PLC控制器和变频器进行驱动，PLC控制器连接变频器，变频器连接变频电机，PLC控制器获取转速转矩仪(4)检测的转速/转矩信号，进行PID闭环控制，以调节变频电机(1)的转速；

所述转速转矩仪(4)用于检测试验中的转速/转矩信号并向PLC控制器发送。

5.如权利要求2所述的具有柔性激励的多功能转子试验台，其特征在于，

平行轴减速器(6)中装配有完好的齿轮或故障齿轮。

6.如权利要求2所述的具有柔性激励的多功能转子试验台，其特征在于，

行星齿轮减速器(15)中装配有完好的齿轮或故障齿轮。

7.如权利要求2所述的具有柔性激励的多功能转子试验台，其特征在于，

所述转子加载盘(11)上安装不平衡的配重块。

8.如权利要求2所述的具有柔性激励的多功能转子试验台，其特征在于，

所述径向加载器(13)包括轴支架(1301)、轴支架(1301)中设有轴支撑(1302)；轴支撑(1302)中设置供测试轴穿过的轴承；轴支撑(1302)上方连接力调节件(1303)，力调节件(1303)顶端连接调节手轮(1304)，力调节件(1303)上安装力传感器(1305)。

9.如权利要求2所述的具有柔性激励的多功能转子试验台，其特征在于，

所述负载模拟器(17)采用磁粉制动器。

10.如权利要求2所述的具有柔性激励的多功能转子试验台，其特征在于，

所述弹簧阻尼减震器(21)连接激振发生器；所述弹簧阻尼减震器(21)设有锁定机构。

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