CN114226082A - 一种转臂离心机自动配平装置及其自动配平方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转臂离心机自动配平装置及其自动配平方法，包括离心转臂、离心机驱动主轴、薄膜压力传感器、配重块、驱动结构和工控机；所述离心转臂固定连接在离心机驱动主轴上，所述薄膜压力传感器安装在离心转臂的一端，所述离心转臂远离薄膜压力传感器的一端开设有容纳驱动结构的凹槽，所述配重块通过驱动结构安装在离心转臂上且配重块可在驱动结构带动下沿凹槽长度方向移动；所述薄膜压力传感器和配重块分别位于离心转臂和离心机驱动主轴连接处的两侧；所述工控机与薄膜压力传感器电性连接。本发明转臂离心机静平衡的实现解决了设备在使用过程中，用户不在使用各种配重块匹配试品的重量，使离心机的使用方便、安全可靠。

Description

一种转臂离心机自动配平装置及其自动配平方法

技术领域

本发明涉及转臂离心机静平衡试验设备技术领域，尤其涉及一种转臂离心机自动配平装置及其自动配平方法。

背景技术

离心机用于确定元器件、设备和其他电工电子产品经受稳态加速度环境所产生的力（重力除外），如运行的车辆、空中运载工具、旋转机械和抛射体所产生的力的作用下，结构的适应性和性能是否良好，以及评价一些元器件的结构完好性。这里主要介绍转臂式离心机，转臂式离心机是一种转臂式结构的试验机。工作台面设在转臂两端，被试样品安装在离旋转轴中心具有一定距离的台面上，当转臂绕其轴线等速回转时，安装在转臂两端工作台面上的被试产品就受到一个离心恒加速度的作用。改变回转速度，就可获得所需的加速度值；改变试品在工作台面上的安装方向就可进行不同方向的试验。

转臂式离心机的控制核心是调速及稳速，要达到稳速，前提条件是转臂两端的试品和配重块重量要保持平衡。由于试品重量多样化，对配重的要求高，需配的配重种类复杂，操作复杂且具有安全隐患。

发明内容

本发明的一个目的在于提出转臂离心机自动配平装置及其自动配平方法，本发明通过在转臂上安装薄膜压力传感器和驱动结构，在根据薄膜压力传感器的反馈值，通过信号转换的方法，驱动装置带动配重块根据试品重量移动，实现转臂离心机自动配平。

根据本发明实施例的一种转臂离心机自动配平装置，包括离心转臂、离心机驱动主轴、薄膜压力传感器、配重块、驱动结构和工控机；

所述离心转臂固定连接在离心机驱动主轴上，所述薄膜压力传感器安装在离心转臂的一端，所述离心转臂远离薄膜压力传感器的一端开设有容纳驱动结构的凹槽，所述配重块通过驱动结构安装在离心转臂上且配重块可在驱动结构带动下沿凹槽长度方向移动；

所述薄膜压力传感器和配重块分别位于离心转臂和离心机驱动主轴连接处的两侧；

所述工控机与薄膜压力传感器电性连接，工控机控制驱动结构以带动配重块在离心转臂上的移动来调节以离心机驱动主轴为中心的离心转臂两端的力矩平衡。

作为另一种具体的方案，所述驱动结构包括驱动电机、电机支撑座、轴承组、支撑座组、滚珠丝杆和联轴器；所述驱动电机通过电机支撑座安装在凹槽内，所述支撑座组安装在凹槽内；

所述轴承组包括轴承一和轴承二，所述支撑座组包括第一支撑座和第二支撑座，所述滚珠丝杆的一端通过轴承一安装在第一支撑座上且其另一端通过轴承二安装在第二支撑座上；

所述联轴器的一端与滚珠丝杆靠近第二支撑座的一端，联轴器的另一端与驱动电机连接，所述驱动电机带动滚珠丝杆旋转。

这种结构，根据薄膜压力传感器的检测信号，测出试品的重量，然后根据静力矩的原理，计算出自动配平的电机运行距离，最后驱动电机带动配重块移动到合适的位置，自动配平功能结束。

作为另一种具体的方案，还包括用于引导配重块移动的两个导轨，所述两个导轨沿凹槽的长度方向安装在离心转臂上并位于凹槽的两侧，所述配重块两侧分别安装于两个导轨外侧面并可沿导轨的长度方向移动。

作为另一种具体的方案，所述两个导轨安装在离心转臂的顶面上。

作为另一种具体的方案，还包括用于将滚珠丝杆固定在第二支撑座上的锁紧螺母。

具体地，所述配重块套设在滚珠丝杆上且配重块上具有与滚珠丝杆的外螺纹相匹配的内螺纹；

当滚珠丝杆在驱动电机带动下旋转时，带动配重块沿导轨长度方向移动。

具体地，所述薄膜压力传感器粘贴在离心转臂的顶面。

作为另一种具体的方案，还包括通过网线连接工控机的板卡、将电压信号转换成电流信号的第一隔离模块、将电流信号转换成电压信号的第二隔离模块、与工控机信号连接的显示器、与驱动电机信号连接的驱动器、与驱动器信号连接的PLC、通过网线分别与板卡和PLC连接的交换机；

所述薄膜压力传感器通过第一隔离模块和第二模块与板卡输入端电压信号连接；

所述板卡和PLC通过网线经交换机与工控机信号连接；

所述显示器用于显示配平数据。

具体地，所述配平数据包括试品重量设定、安装半径设定、配重重量和配重位置。

这种结构，实现转臂离心机的自动配平。

一种转臂离心机自动配平方法，采用所述的转臂离心机自动配平装置，包括以下步骤：

S1：离心机开机并接入电源；

S2：参数设置：设定试品重量和安装半径，并在显示屏中显示；

S3：将试品放置在薄膜压力传感器上，判断试品重量和配重是否相等；

S4: 当试品重量＞配重重量时，需增加运行，即配重块向远离试品的一端运行；

S5：当试品重量＜配重重量时，需减小运行，即配重块向靠近试品的一端运行；

S6：试品重量和配重重量相等时，驱动电机停止运行；

S7：自动配平结束。

这种结构，控制驱动电机的旋转从而通过滚珠丝杆带动配重块的前后移动来调节转臂两端的力矩平衡，从而达到配平效果，节省了人工配平的步骤，使设备的安全性、可靠性得到了显著的提升。

本发明的有益效果是：

（1）本发明通过在转臂上安装压力传感器和驱动结构，在根据压力传感器的反馈值，通过信号转换的方法，根据静力矩的原理，得出自动配平的电机运行距离，最后驱动结构带动配重块移动到合适的位置，实现了转臂离心机自动配平；

（2）本发明通过控制驱动电机的旋转从而通过滚珠丝杆带动配重块的前后移动来调节转臂两端的力矩平衡，从而达到配平效果，节省了人工配平的步骤，使设备的安全性、可靠性得到了显著的提升。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提出的一种转臂离心机自动配平装置的结构关系示意图；

图2为本发明的图1中A-A向剖视图；

图3为本发明提出的转臂离心机自动配平装置的控制布局图；

图4为本发明一种转臂离心机自动配平方法流程图；

图中：1-离心转臂，2-离心机驱动主轴，3-薄膜压力传感器，4-配重块；

5-驱动结构，5-1-驱动电机，5-2-电机支撑座，5-31-轴承一，5-32-轴承二，5-41-第一支撑座，5-42-第二支撑座，5-5-滚珠丝杆，5-6-联轴器；

6-工控机，7-导轨，8-锁紧螺母。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

参考图1-2，一种转臂离心机自动配平装置，包括离心转臂1、离心机驱动主轴2、薄膜压力传感器3、配重块4、驱动结构5和工控机6；

所述离心转臂1固定连接在离心机驱动主轴2上，所述薄膜压力传感器3安装在离心转臂1的一端，所述离心转臂1远离薄膜压力传感器3的一端开设有容纳驱动结构5的凹槽，所述配重块4通过驱动结构5安装在离心转臂1上且配重块4可在驱动结构5带动下沿凹槽长度方向移动；

所述薄膜压力传感器3和配重块4分别位于离心转臂1和离心机驱动主轴2连接处的两侧；

所述工控机6与薄膜压力传感器3电性连接，工控机6控制驱动结构5以带动配重块4在离心转臂1上的移动来调节以离心机驱动主轴2为中心的离心转臂1两端的力矩平衡。

薄膜压力传感器3选用RXF200系列柔性薄膜压力传感器3，产品具有薄而柔韧，大幅面感应区，测试稳定，量程可定制等特点。

具体地，所述驱动结构5包括驱动电机5-1、电机支撑座5-2、轴承组、支撑座组、滚珠丝杆5-5和联轴器5-6；所述驱动电机5-1通过电机支撑座5-2安装在凹槽内，所述支撑座组安装在凹槽内；

所述轴承组包括轴承一5-31和轴承二5-32，所述支撑座组包括第一支撑座5-41和第二支撑座5-42，所述滚珠丝杆5-5的一端通过轴承一5-31安装在第一支撑座5-41上且其另一端通过轴承二5-32安装在第二支撑座5-42上；

所述联轴器5-6的一端与滚珠丝杆5-5靠近第二支撑座5-42的一端，联轴器5-6的另一端与驱动电机5-1连接，所述驱动电机5-1带动滚珠丝杆5-5旋转。

在此方案基础上，还包括用于引导配重块4移动的两个导轨7，所述两个导轨7沿凹槽的长度方向安装在离心转臂1上并位于凹槽的两侧，所述配重块4两侧分别安装于两个导轨7外侧面并可沿导轨7的长度方向移动。

在此方案基础上，所述两个导轨7安装在离心转臂1的顶面上。

作为另一种具体地方案，还包括用于将滚珠丝杆5-5固定在第二支撑座5-42上的锁紧螺母8。

在此方案基础上，所述配重块4套设在滚珠丝杆5-5上且配重块4上具有与滚珠丝杆5-5的外螺纹相匹配的内螺纹；

当滚珠丝杆5-5在驱动电机5-1带动下旋转时，带动配重块4沿导轨7长度方向移动。

具体地，所述薄膜压力传感器3粘贴在离心转臂1的顶面。

转臂离心机与离心机驱动主轴2通过法兰盘刚性地连接在一起，消除了由于离心转臂1上下波动而带来的恒加速度的变化。驱动电机5-1固定在电机支撑座5-2上，通过联轴器5-6带动滚珠丝杆5-5旋转。滚珠丝杆5-5固定在第一支撑座5-41、第二支撑座5-42上，第一支撑座5-41和第二支撑座5-42内部分别装有轴承一5-31、轴承二5-32，锁紧螺母8固定滚珠丝杆5-5于第二支撑座5-42上，防止窜动。配重块4分别固定在在滚珠丝杆5-5上和导轨7的滑块上，导轨7固定在离心转臂1上表面，薄膜压力传感器3黏贴在离心转臂1相对一侧。

实施例2

在实施例1的基础上，如图3所示，还包括通过网线连接工控机6的板卡、将电压信号转换成电流信号的第一隔离模块、将电流信号转换成电压信号的第二隔离模块、与工控机6信号连接的显示器、与驱动电机5-1信号连接的驱动器、与驱动器信号连接的PLC、通过网线分别与板卡和PLC连接的交换机；

所述薄膜压力传感器3通过第一隔离模块和第二模块与板卡输入端电压信

号连接；

所述板卡和PLC通过网线经交换机与工控机6信号连接；

所述显示器用于显示配平数据。

具体地，所述配平数据包括试品重量设定、安装半径设定、配重重量和配重位置。

试品安装在薄膜压力传感器3上，薄膜压力传感器3通过形变产生电压信号传给第一隔离模块，因电流信号远距离传输抗干扰小，此时信号经第一隔离模块转换成电流4～20mA信号，此电流信号通过滑环转化给第二隔离模块，第二隔离模块转换成电压信号3-10V，此电压信号接入板卡USB2851输入端，通过网线连接交换机；驱动电机5-1选用伺服电机，伺服电机选用台达ECMA-GS系列，伺服电机的电机信号、编码器信号接台达ASD B2系列驱动器，驱动器的信号接入三菱FX5U系列PLC；通过网线把板卡信号和PLC的信号经交换机连接工控机6，最后在显示器显示。

实施例3

在实施例2的基础上，如图4所示，一种转臂离心机自动配平方法，采用所述的转臂离心机自动配平装置，包括以下步骤：

S1:离心机开机并接入电源；

S2：参数设置：设定试品重量和安装半径，并在显示屏中显示；

S3：判断试品重量和配重是否相等；

S4: 当试品重量＞配重重量时，需增加运行，即配重块4朝远离试品的一端运行；

S5：当试品重量＜配重重量时，需减小运行，即配重块4朝靠近试品的一端运行；

S6：试品重量和配重重量相等时，驱动电机5-1停止运行；

S7：自动配平结束。

实施例4

如图1-4所示，在实施例3的基础上，转臂离心机静平衡的实现方法主要解决转臂离心机自动配平的问题。根据薄膜压力传感器3的检测信号，测出试品的重量，然后根据静力矩的原理，工控机6计算出自动配平的电机运行距离，最后伺服电机带动配重块4移动到合适的位置，自动配平功能结束。

自动配平的准确性与最初转臂动平衡的平衡有关，在转臂做动平衡时，必须确认好电机的初始位置，这个位置是自动配平的基础。

薄膜压力传感器3选用RXF200系列柔性薄膜压力传感器3，产品具有薄而柔韧，大幅面感应区，测试稳定，量程可定制等特点。薄膜压力传感器3输出电阻值，通过第一隔离模块转化成4～20mA电流信号传输，电流信号抗扰性强、信号衰减小。通过多次试验，测量精度高。

转臂离心机自动配平采用伺服电机驱动滚珠丝杆5-5旋转，带动配重块4左右移动的结构，根据试品端的重量，半径值，启动电机运行，达到离心转臂1两端静平衡。

静力矩的计算公式为：

M=F×L

式中，M是力F对转动轴L的力矩，F是力（单位：N），L是轴半径（单位：m）。

离心转臂1的配重跟伺服电机的移动距离之间的相对位置关系为：

转臂离心机的试品重量一般在1～100Kg，驱动电机5-1的移动距离决定了离心转臂1半径的大小，增加配重的重量，可以相应缩短转臂半径的尺寸。

综上所述，转臂离心机静平衡的实现解决了设备在使用过程中，用户不在使用各种配重块4匹配试品的重量，使离心机的使用方便、安全可靠。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种转臂离心机自动配平装置，其特征在于，包括离心转臂（1）、离心机驱动主轴（2）、薄膜压力传感器（3）、配重块（4）、驱动结构（5）和工控机（6）；

所述离心转臂（1）固定连接在离心机驱动主轴（2）上，所述薄膜压力传感器（3）安装在离心转臂（1）的一端，所述离心转臂（1）远离薄膜压力传感器（3）的一端开设有容纳驱动结构（5）的凹槽，所述配重块（4）通过驱动结构（5）安装在离心转臂（1）上且配重块（4）可在驱动结构（5）带动下沿凹槽长度方向移动；

所述薄膜压力传感器（3）和配重块（4）分别位于离心转臂（1）和离心机驱动主轴（2）连接处的两侧；

所述工控机（6）与薄膜压力传感器（3）电性连接，工控机（6）控制驱动结构（5）以带动配重块（4）在离心转臂（1）上的移动来调节以离心机驱动主轴（2）为中心的离心转臂（1）两端的力矩平衡。

2.根据权利要求1所述的转臂离心机自动配平装置，其特征在于，所述驱动结构（5）包括驱动电机（5-1）、电机支撑座（5-2）、轴承组、支撑座组、滚珠丝杆（5-5）和联轴器（5-6）；所述驱动电机（5-1）通过电机支撑座（5-2）安装在凹槽内，所述支撑座组安装在凹槽内；

所述轴承组包括轴承一（5-31）和轴承二（5-32），所述支撑座组包括第一支撑座（5-41）和第二支撑座（5-42），所述滚珠丝杆（5-5）的一端通过轴承一（5-31）安装在第一支撑座（5-41）上且其另一端通过轴承二（5-32）安装在第二支撑座（5-42）上；

所述联轴器（5-6）的一端与滚珠丝杆（5-5）靠近第二支撑座（5-42）的一端，联轴器（5-6）的另一端与驱动电机（5-1）连接，所述驱动电机（5-1）带动滚珠丝杆（5-5）旋转。

3.根据权利要求1所述的转臂离心机自动配平装置，其特征在于，还包括用于引导配重块（4）移动的两个导轨（7），所述两个导轨（7）沿凹槽的长度方向安装在离心转臂（1）上并位于凹槽的两侧，所述配重块（4）两侧分别安装于两个导轨（7）外侧面并可沿导轨（7）的长度方向移动。

4.根据权利要求3所述的转臂离心机自动配平装置，其特征在于，所述两个导轨（7）安装在离心转臂（1）的顶面上。

5.根据权利要求2所述的转臂离心机自动配平装置，其特征在于，还包括用于将滚珠丝杆（5-5）固定在第二支撑座（5-42）上的锁紧螺母（8）。

6.根据权利要求2所述的转臂离心机自动配平装置，其特征在于，所述配重块（4）套设在滚珠丝杆（5-5）上且配重块（4）上具有与滚珠丝杆（5-5）的外螺纹相匹配的内螺纹；

当滚珠丝杆（5-5）在驱动电机（5-1）带动下旋转时，带动配重块（4）沿导轨（7）长度方向移动。

7.根据权利要求1所述的转臂离心机自动配平装置，其特征在于，所述薄膜压力传感器（3）粘贴在离心转臂（1）的顶面。

8.根据权利要求1所述的转臂离心机自动配平装置，其特征在于，还包括通过网线连接工控机（6）的板卡、将电压信号转换成电流信号的第一隔离模块、将电流信号转换成电压信号的第二隔离模块、与工控机（6）信号连接的显示器、与驱动电机（5-1）信号连接的驱动器、与驱动器信号连接的PLC、通过网线分别与板卡和PLC连接的交换机；

所述薄膜压力传感器（3）通过第一隔离模块和第二模块与板卡输入端电压信号连接；

所述板卡和PLC通过网线经交换机与工控机（6）信号连接；

所述显示器用于显示配平数据。

9.根据权利要求8所述的转臂离心机自动配平装置，其特征在于，所述配平数据包括试品重量设定、安装半径设定、配重重量和配重位置。

10.一种转臂离心机自动配平方法，采用权利要求8-9任一项所述的转臂离心机自动配平装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1：离心机开机并接入电源；

S2：参数设置：设定试品重量和安装半径，并在显示屏中显示；

S3：将试品放置在薄膜压力传感器（3）上，判断试品重量和配重是否相等；

S4: 当试品重量＞配重重量时，需增加运行，即配重块（4）向远离试品的一端运行；

S5：当试品重量＜配重重量时，需减小运行，即配重块（4）向靠近试品的一端运行；

S6：试品重量和配重重量相等时，驱动电机（5-1）停止运行；

S7：自动配平结束。

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