CN114216669B - 一种可实现激励频率慢变的试验设备及其试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可实现激励频率慢变的试验设备及其试验方法，涉及旋转机械参数慢变影响试验方法，包括转子‑轴承试验台、激励频率慢变模拟装置、传动组件，所述转子‑轴承试验台通过传动组件与激励频率慢变模拟装置连接，激励频率慢变模拟装置进行转速调节，通过传动组件向转子‑轴承试验台传递扭矩，以使转子‑轴承试验台产生激励频率慢变；可为研究含激励频率慢变转子‑轴承系统的动态特性的试验提供有效的试验装置，验证计算机仿真结果的正确性。
Description
技术领域
本发明涉及旋转机械参数慢变影响试验方法，具体涉及一种可实现激励频率慢变的试验设备及其试验方法。
背景技术
在旋转机械中，随着转子系统的设计朝着大型、高速及柔性化的趋势发展，引发转子系统偏离正常工况从而出现各类问题的可能性增加，在这些问题中必须要考虑的一类是转子系统相关参数的慢变过程对系统的影响，例如激励频率发生慢变。
激励频率慢变如电机的调速过程，在过程装备控制中为了实现某一工艺参数稳定，在给定范围内，可利用变频技术使泵或压缩机转动频率发生改变，频率的改变过程则属于慢变，又比如装有惯性激振器的振动机械在启动到稳定或由稳定到制动过程均属于激励频率慢变的振动系统，激励频率的慢变有可能破坏转子系统的稳定性，使转子系统偏离正常工况造成一系列问题。在试验研究方面由于使电机发生频率的慢变非常困难，现有技术中，只能通过计算机仿真完成含激励频率慢变转子-轴承系统的动态特性研究，但无法通过试验进行验证，因为关于这一问题的研究只停留在理论阶段，无法验证理论结果的正确性。
发明内容
为了克服现有技术中激励频率慢变对转子系统稳定性的影响无法通过试验验证理论结果的缺陷，本发明提供一种可实现激励频率慢变的试验设备及其试验方法，可为研究含激励频率慢变转子-轴承系统的动态特性的试验提供有效的试验装置，验证计算机仿真结果的正确性。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可实现激励频率慢变的试验设备，包括转子-轴承试验台、激励频率慢变模拟装置、传动组件，所述转子-轴承试验台通过传动组件与激励频率慢变模拟装置连接，激励频率慢变模拟装置进行转速调节，通过传动组件向转子-轴承试验台传递扭矩，以使转子-轴承试验台产生激励频率慢变。
作为本发明的进一步实施方案，转子-轴承试验台包括：底座、轴承座、转轴、电机、转盘；
轴承座设置为两个，安装于底座上，轴承座内设有轴承；转轴转动连接在两轴承内；电机安装在底座上，电机与转轴一端连接，用以驱动转轴在轴承内转动；转盘连接于转轴上，转轴带动转盘转动。
作为本发明的进一步实施方案，电机通过梅花联轴器与转轴连接。
作为本发明的进一步实施方案，激励频率慢变模拟装置包括调速电机。
作为本发明的进一步实施方案，传动组件包括皮带轮a、皮带、皮带轮b，皮带轮a采用键槽与调速电机输出轴固定，皮带轮b通过顶丝与转轴连接，转轴与皮带轮b之间能够相对转动并产生摩擦力，皮带轮a与皮带轮b之间通过皮带传动连接。
作为本发明的进一步实施方案，激励频率慢变模拟装置还包括电机固定板和电机支架，调速电机安装于电机固定板上，电机固定板安装于电机支架上；所述电机支架上设有供电机固定板调整高度的孔位。
一种可实现激励频率慢变的试验方法，使用上述的试验设备，调整转轴与皮带轮b之间的锁紧程度，以使转轴与皮带轮b之间能够相对转动；调整调速电机的安装高度，将电机启动，此时转轴受电机驱动发生转动，从而带动转盘转动；再启动调速电机，调速电机转动，并将扭矩通过皮带传递给转轴上的皮带轮b，皮带轮b与转轴之间产生摩擦力，转轴被减速，转轴与电机输出转速之间出现差值，形成激励频率的慢变。
作为本发明的进一步实施方案，转轴与皮带轮b之间的锁紧程度通过皮带轮b上顶丝的锁紧孔数进行调节；调速电机的安装高度通过电机支架上的孔位进行调节。
作为本发明的进一步实施方案，在底座上靠近转轴的位置安装有传感器，用以采集转子-轴承试验台的试验数据。
作为本发明的进一步实施方案，通过调整调速电机的转速，以使转轴与电机输出转速之间差值增大，模拟当激励频率变化幅值系数增大时对实际工况的影响。
本发明的有益效果包括：在旋转机械实际工作过程中，激励频率的慢变普遍存在于电机的调速过程中，当旋转机械长时间工作时电机的输出功率也可能发生微小的变化，而激励频率的微小改变就会使转子-轴承系统产生复杂的动力学行为甚至会损坏设备，目前在这一问题的研究中只能通过计算机仿真完成而无法通过试验验证理论结果的正确性，本发明可为研究含激励频率慢变转子-轴承系统的动态特性的试验提供有效的试验装置，形成激励频率的缓慢变化，且符合含激励频率慢变的转子-轴承系统的实际工况以验证计算机仿真结果的正确性，具有非常高的实际应用价值。
附图说明
图1是本发明整体装配结构示意图；
图2是本发明电机固定板结构示意图；
图3是本发明电机支架结构示意图；
图4是本发明试验结果图；
图5是本发明仿真结果图；
图6是本发明激励频率慢变试验测试系统示意图。
图中附图标记说明：1、调速电机，2、电机固定板，3、电机支架，4、底座，5、轴承座，6、转轴，7、转盘，8、皮带，9、梅花联轴器，10、电机，11、转子台控制器，12、数据采集仪，13、计算机，14、光电传感器，15、电涡流位置传感器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于区分部件，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
一种可实现激励频率慢变的试验设备，以单跨转子-轴承试验台为例进行设计，还可以应用在双跨、多跨转子-轴承试验台，同时在旋转机械故障研究领域，也可以作为辅助设备，开展关于含激励频率慢变并具有单一故障或耦合故障的转子-轴承系统的试验研究。
本试验设备主要包括两部分，第一部分为单跨转子-轴承试验台，该转子-轴承试验台由底座4、轴承座5、转轴6、转盘7、梅花联轴器9、电机10组成；
其中底座4上设有多个T型键槽，轴承座5、电机10使用螺母通过T型键槽固定在底座4上，轴承座5设置为两个，轴承座5内设有轴承，转轴6与轴承座5内滑动轴承配合安装，转盘7安装于转轴6上，
电机10通过梅花联轴器9与转轴6连接，梅花联轴器9实现了电机10与转轴6的刚性连接，电机10驱动转轴6在轴承内转动，转轴6带动转盘7转动；
第二部分为激励频率慢变模拟装置，包括调速电机1、电机固定板2、电机支架3，使用螺钉将调速电机1安装于电机固定板2上，再将电机固定板2用螺钉固定于电机支架3上，其中在电机支架3上设有可供电机固定板2调整高度的孔位。
上述的转子-轴承试验台和激励频率慢变模拟装置利用皮带轮a、皮带8、皮带轮b使转子-轴承试验台的转轴6与激励频率慢变模拟装置的调速电机1相连，
在上述实施方案中，调速电机1与皮带轮a采用键槽固定，转轴6与皮带轮b采用顶丝连接，皮带轮a与皮带轮b之间通过皮带8传动连接；
需要说明的是，转轴6与皮带轮b之间能够相对转动并产生摩擦力，
而为了保证转子-轴承试验台和激励频率慢变模拟装置通过皮带8连接后具有足够的稳定性，利用手弧焊接技术制作了电机支架3，电机支架3底座材质为铸铁。
本发明试验设备主要功能包括可以实现转子-轴承试验台激励频率的慢变，可调节激励频率慢变模拟装置的调速电机1高度以适应试验环境的改变；使用方法是进行试验时通过对激励频率慢变模拟装置上调速电机1进行转速调节，而转子-轴承试验台上转轴6的皮带轮b与激励频率慢变模拟装置上调速电机1的皮带轮a通过皮带8连接，从而因调速电机1带动皮带8转动使转子-轴承试验台上转轴6的转速与转子-轴承试验台电机10输出的转速出现微小的差值，从而模拟出含激励频率慢变的转子-轴承系统。
激励频率慢变：
在实际工作过程中，转子-轴承系统的转动频率发生明显的改变时会造成转子系统出现复杂的动力学特性甚至损坏设备，因此在研究激励频率慢变时频率的改变量必须非常小，根据计算机仿真结果总结的经验，频率改变量应在试验转速的0.001-0.01倍之间，如试验转速为3000r/min时，激励频率的慢变化量应在3-30r/min之间较为合理，本发明可实现转轴6在一定范围内出现激励频率的慢变，随试验的进行在这一转速变化区间进行波动。
实施例2
一种可实现激励频率慢变的试验方法，使用实施例1所述的试验设备，
使用时首先通过皮带轮b上顶丝调整转轴6与皮带轮b之间的锁紧程度，需要说明的是，不能将皮带轮b锁死，而是处于与转轴6有一定的摩擦力并且可以相对转动，因此可根据实际需要调整皮带轮b上顶丝的锁紧孔数以调节摩擦力，利用电机支架3上的孔位调整调速电机1的安装高度。
在转子-轴承试验台底座4上靠近转轴6的位置处安装传感器，用以采集转子-轴承试验台的试验数据，
将电机10启动，此时转轴6受电机10驱动发生转动，从而带动转盘7转动；再启动调速电机1，调速电机1转动，调速电机1在转动时会带动皮带8转动将扭矩传递给转轴6上的皮带轮b，由于皮带轮b通过顶丝固定在转轴6上产生摩擦力，转轴6被减速，从而实现转轴6与电机10输出转速之间出现微小差值，形成激励频率的缓慢变化。
优选的，试验进行时可通过调整调速电机1的转速，使转轴6与电机10输出转速之间差值增大，可模拟形成当激励频率变化幅值系数增大时对实际工况的影响。
试验后，可通过传感器采集到的数据判断激励频率慢变对系统的影响，具有激励频率慢变的转子-轴承系统做混沌运动，典型特征是在频谱图中出现连续的频率分布，高转速下分频幅值明显高于工频和倍频，时域波形图可以观察到系统的运动状态为由较大范围运动到较小范围运动的交替转换，如图4所示，计算机仿真结果如图5，试验与仿真结果较为一致，也证明本发明在结构及使用方法上的有效性。
实施例3
如图6所示，一种激励频率慢变试验测试系统，
试验时可使用转子-轴承试验台专用动态信号采集分析仪，进行数据的实时传输和在计算机软件端的实时显示，其功能应包括可测量电机10的实时转速值、测量由传感器所测到的转轴6的振动信号。
在上述实施方案中，电机10与转子台控制器11连接，转子台控制器11与数据采集仪12连接，数据采集仪12与计算机13连接；
传感器可选择两个电涡流位置传感器15和一个光电传感器14；
电涡流位置传感器15用来采集转轴6的水平、竖直方向的径向振动信号，将信号通过信号电缆经转子台控制器11的放大器对信号调理后，送入数据采集仪12，将处理后的数字信号上传到计算机13的分析软件，实现各种分析功能；
光电传感器14与转子台控制器11连接，用来测得转轴6的转速信号，优选的，可在靠近电机10的转轴6表面贴有反光材质的贴纸，用以反射光电传感器14所发射的红外光，从而获取到当前转轴6的转速信号。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种可实现激励频率慢变的试验设备，其特征在于，
包括转子-轴承试验台、激励频率慢变模拟装置、传动组件，所述转子-轴承试验台通过传动组件与激励频率慢变模拟装置连接，激励频率慢变模拟装置进行转速调节，通过传动组件向转子-轴承试验台传递扭矩，以使转子-轴承试验台产生激励频率慢变；
转子-轴承试验台包括：底座(4)、轴承座(5)、转轴(6)、电机(10)、转盘(7)；轴承座(5)设置为两个，安装于底座(4)上，轴承座(5)内设有轴承；转轴(6)转动连接在两轴承内；电机(10)安装在底座(4)上，电机(10)与转轴(6)一端连接，用以驱动转轴(6)在轴承内转动；转盘(7)连接于转轴(6)上，转轴(6)带动转盘(7)转动；转轴(6)与电机(10)输出转速之间出现差值，形成激励频率的慢变；
激励频率慢变模拟装置包括调速电机(1)；传动组件包括皮带轮a、皮带(8)、皮带轮b，皮带轮a采用键槽与调速电机(1)输出轴固定，皮带轮b通过顶丝与转轴(6)连接，转轴(6)与皮带轮b之间能够相对转动并产生摩擦力；皮带轮a与皮带轮b之间通过皮带(8)传动连接。
2.根据权利要求1所述的一种可实现激励频率慢变的试验设备，其特征在于，电机(10)通过梅花联轴器(9)与转轴(6)连接。
3.根据权利要求1所述的一种可实现激励频率慢变的试验设备，其特征在于，激励频率慢变模拟装置还包括电机固定板(2)和电机支架(3)，调速电机(1)安装于电机固定板(2)上，电机固定板(2)安装于电机支架(3)上；所述电机支架(3)上设有供电机固定板(2)调整高度的孔位。
4.一种可实现激励频率慢变的试验方法，使用权利要求1-3所述的试验设备，其特征在于，调整转轴(6)与皮带轮b之间的锁紧程度，以使转轴(6)与皮带轮b之间能够相对转动；调整调速电机(1)的安装高度，将电机(10)启动，此时转轴(6)受电机(10)驱动发生转动，从而带动转盘(7)转动；再启动调速电机(1)，调速电机(1)转动，并将扭矩通过皮带(8)传递给转轴(6)上的皮带轮b，皮带轮b与转轴(6)之间产生摩擦力，转轴(6)被减速，转轴(6)与电机(10)输出转速之间出现差值，形成激励频率的慢变。
5.根据权利要求4所述的一种可实现激励频率慢变的试验方法，其特征在于，转轴(6)与皮带轮b之间的锁紧程度通过皮带轮b上顶丝的锁紧孔数进行调节；调速电机(1)的安装高度通过电机支架(3)上的孔位进行调节。
6.根据权利要求4所述的一种可实现激励频率慢变的试验方法，其特征在于，在底座(4)上靠近转轴(6)的位置安装有传感器，用以采集转子-轴承试验台的试验数据。
7.根据权利要求4所述的一种可实现激励频率慢变的试验方法，其特征在于，通过调整调速电机(1)的转速，以使转轴(6)与电机(10)输出转速之间差值增大，模拟当激励频率变化幅值系数增大时对实际工况的影响。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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