CN114509155A - 一种振动监测装置及大型游乐设施 - Google Patents

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CN114509155A CN202111648501.7A CN202111648501A CN114509155A CN 114509155 A CN114509155 A CN 114509155A CN 202111648501 A CN202111648501 A CN 202111648501A CN 114509155 A CN114509155 A CN 114509155A
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孟爱华
金孙洋洋
白翔宇
吴帅兵
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Abstract

本发明属于振动监测技术领域，具体涉及一种振动监测装置及大型游乐设施；其中，振动监测装置，包括套筒、环形永磁体、条形永磁体、弹性基底、压电晶体、整流模块和报警器，环形永磁体设于套筒的底部，弹性基底的顶端设于套筒的顶部，弹性基底的顶部设置压电晶体，弹性基底沿套筒的内腔竖向延伸，弹性基底的底端设置条形永磁体，条形永磁体与环形永磁体的相对端面极性相同；压电晶体与整流模块电连接，整流模块与报警器电连接。本发明将环形永磁体与条形永磁体的相对端面的极性设计为相同，通过磁体同极性互斥的特性加强弹性基底的振动频率，加大压电晶体因异常振动而形变所产生的电能，经过整流模块后使报警器发出报警信号。

Description

一种振动监测装置及大型游乐设施
技术领域
本发明属于振动监测技术领域，具体涉及一种振动监测装置及大型游乐设施。
背景技术
齿轮、轴和滚动轴承作为大型游乐设施机械传动系统中的关键零部件，三者失效比重达90％，而且失效时彼此间还会出现相互影响的故障，因此分析关键零部件的主要失效形式是设备故障诊断的重点。当齿轮存在质量不平衡，在不平衡力的作用下，会产生不平衡振动，并且磨损、偏心时，也会产生振动；游乐设施传动机构中的轴与轴之间是通过联轴器连接，在运行时，当这种轴系出现轴不对中、轴不平衡、轴弯曲等缺陷时，使得旋转中的轴在径向承受较大交变力作用，从而产生振动；另外，滚动轴承除本身固有振动外，还因自身存在的缺陷(如偏心、点蚀、加工波纹等)引起振动。
振动特征不仅对设备的状态反应迅速、全面真实，而且很好地反应齿轮、滚动轴承和轴系故障的性质、范围等，因此振动信号是公认的、较好的特征提取量，用途也最为广泛，同时也具有比较完善的分析方法。
目前对于较大设备的振动测量，主要振动检测方式为采用各类振动分析仪或传感器，如加速度传感器、涡流传感器，将采集振动信号转为电信号，然后对电信号进行傅里叶变换、小波变换处理后，再做频谱分析，判断设备是否出现异常振动。这类振动检测需要多个设备或仪器组成，不能够及时检测到设备的异常振动。尤其对游乐设施需要及时保证游客的生命安全，因此对于设施异常检测的及时性就显得有极其重要。
发明内容
本发明是为了克服上述背景技术中的缺陷，提供一种振动监测装置及大型游乐设施，该装置不需要额外的检测设备，可以实时监测游乐设施工作时关键部件(齿轮、主轴、滚动轴承和发动机)的振动状态，有利于工作人员及时发现故障和维修。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种振动监测装置，包括套筒、环形永磁体、条形永磁体、弹性基底、压电晶体、整流模块和报警器，环形永磁体设于套筒的底部，弹性基底的顶端设于套筒的顶部，弹性基底的顶部设置压电晶体，弹性基底沿套筒的内腔竖向延伸，弹性基底的底端设置条形永磁体，条形永磁体与环形永磁体的相对端面极性相同；压电晶体与整流模块电连接，整流模块与报警器电连接。
本发明将环形永磁体与条形永磁体的相对端面的极性设计为相同，通过磁体同极性互斥的特性加强弹性基底的振动频率，加大压电晶体因异常振动而形变所产生的电能，经过整流模块后使报警器发出报警信号。
作为优选方案，所述环形永磁体与一振动源磁力固定。安装便捷。
作为优选方案，所述弹性基底的两侧分别设置压电晶体。其中，压电晶体用胶水或其他黏着物固定在弹性基底的左右表面，同时保证压电晶体与弹性基底之间绝缘。
作为优选方案，所述套筒的顶壁之上设置整流模块和报警器。
作为优选方案，所述套筒的上方设有顶盖，顶盖与套筒的顶壁之间构成容纳腔，用于容纳整流模块和报警器。
作为优选方案，所述顶盖与套筒螺纹连接。便于调试整流模块和整体线路问题。
作为优选方案，所述报警器为蜂鸣器和报警灯中的至少一种。
作为优选方案，当报警器包括蜂鸣器，相应地，顶盖对应于蜂鸣器设有扩音器；
当报警器包括报警灯，相应地报警器设于顶盖之外。
作为优选方案，所述套筒的内壁设有固定卡槽，用于固定安装环形永磁体。
本发明还提供一种大型游乐设施，包括振动源，所述振动源上设置如上任一方案所述的振动监测装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的振动监测装置，利用环形永磁体的特性，可使装置能够紧密与金属材质的振动源固定；利用振动源在异常振动情况下弹性基底两侧的压电晶体形变产生电能，利用两磁体磁极相同，相互排斥特性，可加大弹性基底的振动幅度，加强压电晶体形变产生的电能，经过整流模块的输出功率达到报警器的额定功率，使得报警器发出信号，达到报警的效果。
附图说明
图1是本发明实施例1的振动监测装置的剖视图；
图2是本发明实施例1的振动监测装置的整体结构示意图；
图3是本发明实施例1的振动监测装置的条形永磁体、弹性基底及压电晶体的安装结构图；
图4是本发明实施例1的振动监测装置应用于大型游乐设施监测正常时压电晶体产生电压图；
图5是本发明实施例1的振动监测装置应用于大型游乐设施监测异常时压电晶体产生电压图；
附图标记：1、环形永磁体；2、套筒；3、条形永磁体；4、弹性基底；5、压电晶体；6、蜂鸣器；7、红色LED灯；8、扩音器；9、顶盖；10、整流模块。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
实施例1：
本实施例的应用于大型游乐设施的振动监测装置，可与振动源直接相连；如图1-3所示，具体包括环形永磁体1、套筒2、条形永磁体3、弹性基底4、压电晶体5、蜂鸣器6、红色LED灯7、扩音器8、顶盖9和整流模块10。
其中，环形永磁体1与金属材质的振动源通过磁力直接连接，套筒2内壁设有固定卡槽，用于与环形永磁体1固定，固定卡槽的结构不限，常规的卡槽结构即可，能够方便拆卸调试装置部件。同时，套筒2构造了一个相对密闭的空间，阻断外界环境的干扰。
弹性基底4与条形永磁体3相连接，条形永磁体3视作一个质量快，加大弹性基底的摆动幅度和频率。
环形永磁体1与条形永磁体3相对端面的极性相同，由于相同极性互相排斥，在条形永磁体3摆动时施加外力，加大弹性基底的摆动幅度和频率。
压电晶体5用胶水或其他黏着物固定在弹性基底4固定端的左右表面，同时保证压电晶体5与弹性基底4之间绝缘。
套筒2顶部设有的紧固装置11(例如螺栓)，将弹性基底4夹紧，同时便于调整压电晶体5始终处于有效形变位置。
另外，套筒2外壁设有外螺纹，顶盖9内壁设有内螺纹，套筒2与顶盖9通过螺纹连接固定。其中，蜂鸣器6和整流模块10均位于顶盖9，便于调试。另外，顶盖9的中部对应蜂鸣器6设置扩音器8，提升报警音量。
本实施例的压电晶体5与整流模块10接线，当产生异常振动时，压电晶体5产生交流信号，经过整流模块10后的输出功率达到蜂鸣器6额定工作功率，扩音器8将蜂鸣器6报警信息向外传递，同时红色LED灯7点亮，达到声光组合报警的效果。
本实施例的应用于大型游乐设施的振动监测装置，其工作原理为：
环形永磁体1通过磁力固定在振动源表面，套筒2、环形永磁体1及振动源做同步振动，固定在套筒2顶部的弹性基底4做往复摆动，贴于弹性基底4两侧的压电晶体5伴随摆动产生弯曲变形，使压电晶体5内部产生感应电荷，产生的交流电信号经由整流模块10转为直流电；其中，条形永磁体3相当于质量块，加强弹性基底的振动幅度，同时由于环形永磁体1和条形永磁体3同极性端面相对，进一步加大弹性基底4的摆动幅度或频率，使压电晶体5产生的电势能增大；
当振动源处于正常工作状态时，由于主要零部件的尺寸误差，使整体结构或主要零部件产生微弱的振动，此条件下的振动信号不会使弹性基底4做出较大幅度的振动，压电晶体5产生的交流信号经过整流模块10不足以达到驱动蜂鸣器6和红色LED灯7的工作功率，此时蜂鸣器6不发出声音，红色LED灯7不点亮。如图4所示，当振动源处于正常工作状态时，压电晶体产生的电压不足以达到蜂鸣器6和红色LED灯7的额定电压。
当振动源产生异常振动时，监测装置整体受到的振动幅度或频率都将增大，进而使内部弹性基底3的振动状态产生改变，此时压电晶体5产生的电能迅速增加，经过整流模块10后的输出功率达到驱动蜂鸣器6和红色LED灯7的额定工作功率，整流模块10驱动蜂鸣器6发出振动异常的报警信息，红色LED灯7点亮，扩音器8将蜂鸣器6发出的报警信息放大向外传递，达到声光报警的效果。如图5所示，当振动源处于异常振动时，压电晶体产生的电压达到蜂鸣器6和红色LED灯7的额定电压。
本实施例还提供大型游乐设施，在其各个振动源上设置本实施例的振动监测装置，有效提升游乐的安全性。
实施例2：
本实施例的应用于大型游乐设施的振动监测装置与实施例1的不同之处在于：
省略红色LED灯的设计，或者省略蜂鸣器以及扩音器的设计，或者单独省略扩音器的设计，满足不同应用的需求。
其他结构可以参考实施例1。
实施例3：
本实施例的应用于大型游乐设施的振动监测装置与实施例1的不同之处在于：
弹性基底仅单侧设置压电晶体，降低成本，满足不同应用的需求。
其他结构可以参考实施例1。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种振动监测装置，其特征在于，包括套筒、环形永磁体、条形永磁体、弹性基底、压电晶体、整流模块和报警器，环形永磁体设于套筒的底部，弹性基底的顶端设于套筒的顶部，弹性基底的顶部设置压电晶体，弹性基底沿套筒的内腔竖向延伸，弹性基底的底端设置条形永磁体，条形永磁体与环形永磁体的相对端面极性相同；压电晶体与整流模块电连接，整流模块与报警器电连接。
2.根据权利要求1所述的一种振动监测装置，其特征在于，所述环形永磁体与一振动源磁力固定。
3.根据权利要求1所述的一种振动监测装置，其特征在于，所述弹性基底的两侧分别设置压电晶体。
4.根据权利要求1所述的一种振动监测装置，其特征在于，所述套筒的顶壁之上设置整流模块和报警器。
5.根据权利要求4所述的一种振动监测装置，其特征在于，所述套筒的上方设有顶盖，顶盖与套筒的顶壁之间构成容纳腔，用于容纳整流模块和报警器。
6.根据权利要求5所述的一种振动监测装置，其特征在于，所述顶盖与套筒螺纹连接。
7.根据权利要求5所述的一种振动监测装置，其特征在于，所述报警器为蜂鸣器和报警灯中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的一种振动监测装置，其特征在于，当报警器包括蜂鸣器，相应地，顶盖对应于蜂鸣器设有扩音器；
当报警器包括报警灯，相应地报警器设于顶盖之外。
9.根据权利要求7所述的一种振动监测装置，其特征在于，所述套筒的内壁设有固定卡槽，用于固定安装环形永磁体。
10.一种大型游乐设施，包括振动源，其特征在于，所述振动源上设置如权利要求1-9任一项所述的振动监测装置。
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