CN117387738A - 一种发动机叶片固有频率测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机叶片固有频率测量装置，包括机架、位置随动协作机器人、测试支架、声压传感器、电磁炮、环形磁敏感传感器、夹具座、气缸、振动传感器、快速更换夹具、叶片径向压紧块和嵌入式计算机，机架的工作台上固定有位置随动协作机器人，位置随动协作机器人固定连接有测试支架，测试支架的一侧固定有声压传感器，测试支架的相对另一侧固定有发射磁性钢珠的电磁炮，机架的工作台顶端固定有夹具座，夹具座的底端固定有气缸，气缸驱动叶片径向压紧块，夹具座的顶端相对两侧内壁均安装有快速更换夹具，夹具座的一侧固定有振动传感器，电磁炮的钢珠射出端外部套接有环形磁敏感传感器。本新型叶片安装便捷，测试精度高，工作效率高。

Description

一种发动机叶片固有频率测量装置

技术领域

本发明涉及频率测量装置技术领域，特别涉及一种发动机叶片固有频率测量装置。

背景技术

发动机叶片固有频率是指在振动情况下，叶片会以一定的自然频率进行周期性的振动，这个振动的频率就是叶片的固有频率，叶片的固有频率测试目前主要有光束法、激励响应法和信号分析法等方法。通过这些方法可以得到叶片的固有频率和模态形态，并评估叶片是否具有足够的刚度来抵御外界振动。

以往测试方法是在测试前将叶片安放在与叶片配套的定位夹具上，用扭矩扳手通过拧紧螺栓的方式将叶片压紧并固定在夹具上，以模拟叶片在发动机转子盘上的安装；用高度快速调整机构来调整电磁铁敲击叶片的位置；用声压传感器高度、角度安装支架来调整声压传感器的位置，经过反复的调整和测试，确定一个可接受的位置组合后，开始同级叶片的测试和分析。测试采用给电磁铁通电使衔铁快速吸合，以金属的敲击头敲击叶片，激励叶片发出声音的方式实现测试，其存在如下问题：

1.叶片的夹紧是采用人工的方法，夹紧挤压的位置在叶片的两侧，与叶片在发动机上的实际受力情况有较大的不同，对测量结果的一致性有影响；

2.采用人工压紧叶片的效率低，压紧力的大小控制难度较大；

3.电磁铁敲击叶片后回弹靠电磁铁内的复位弹簧完成，有迟滞，使敲击过程偏长。此外，敲击力度不易掌控，电磁铁回弹时的声音对测试结果有干扰，特别是对小叶片(压气机后面级)的敲击，测试效果不佳；

4.更换不同叶片时，需对电磁铁敲击头和获取敲击声音信号的声压传感器安装位置进行反复调整，寻找合适的位置，因而对人员要求高，操作复杂，费事费力，影响测试的效率和精度；

5.传统的FFT频谱分析方法将信号视为稳态信号，并不能捕捉到信号的瞬态特性，而叶片固有频率测试涉及到非稳态信号，没有考虑信号的瞬态特性，难以获取更准确的频谱信息。

发明内容

本申请的目的在于提供一种发动机叶片固有频率测量装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：一种发动机叶片固有频率测量装置，包括机架、位置随动协作机器人、测试支架、声压传感器、电磁炮、环形磁敏感传感器、夹具座、气缸、振动传感器、快速更换夹具、叶片径向压紧块和嵌入式计算机，所述机架的工作台上固定安装有位置随动协作机器人，所述位置随动协作机器人固定连接有测试支架，所述测试支架的一侧固定安装有声压传感器，所述测试支架的相对另一侧固定安装有发射磁性钢珠的电磁炮，所述机架的工作台顶端固定安装有夹具座，所述夹具座的底端固定安装有气缸，所述气缸的输出端驱动连接通入到夹具座内部的活塞，所述活塞的顶端固定连接有叶片径向压紧块，所述夹具座的顶端相对两侧内壁均安装有快速更换夹具，所述快速更换夹具与叶片径向压紧块配合将待测试的叶片夹紧，所述夹具座的一侧固定安装有振动传感器，所述电磁炮的钢珠射出端外部套接固定安装有环形磁敏感传感器。

优选的，所述机架上固定安装有嵌入式计算机，所述嵌入式计算机控制位置随动协作机器人状态。

优选的，所述嵌入式计算机输入端接收振动传感器信号和声压传感器信号，进行联合时频分析并自动搜索固有频率。

优选的，所述嵌入式计算机的输出端电性连接有显示器和打印机，显示器和打印机分别对嵌入式计算机输出的固有频率进行显示和记录。

优选的，所述夹具座、气缸用螺钉安装固定在机架上，快速更换夹具与被测叶片根部榫头形状适配，每组快速更换夹具由左右两个相同的零件组成，都带定位燕尾槽和安装螺钉孔。

综上，本发明的技术效果和优点：

1.安装叶片更方便，效率更高，压紧力的大小可通过对气缸输入压力的调整进行精确地控制，测试的一致性得到保障；

2.用电磁炮发射钢珠的方法对叶片的撞击，是一个较为理想的激励方式，撞击力度可通过调节电磁炮的能量来准确调节；

3.声压传感器、电磁炮位置随动协作机器人来控制将声压传感器和电磁炮运动的位置，使叶片、声压传感器和电磁炮所处位置对钢珠撞击叶片并获取声音信号最为有利，提高了工作效率，降低了对操作人员的要求，使测试的数据更准确；

4.联合时频分析方法结合了时域和频域的分析，能够对信号在时间和频率上的演化进行同时分析。提高了时间分辨率更高，使得对信号瞬态特性的分析更加准确；频率分辨率调节灵活，可更好地适应不同频率范围的叶片固有频率测试，拓宽了装置的适应范围。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。

图1为本申请实施例中一种发动机叶片固有频率测量装置的结构示意图；

图2为本申请实施例中一种发动机叶片固有频率测量装置的夹具座安装结构示意图；

图3为本申请实施例中一种发动机叶片固有频率测量装置测试演示的结构示意图；

图4为本申请实施例中一种发动机叶片固有频率测量装置的原理框图；

图5为本申请实施例中一种发动机叶片固有频率测量装置的气缸驱动框图；

图6为本申请实施例中一种发动机叶片固有频率测量装置的电磁炮驱动框图。

图中：1、机架；2、位置随动协作机器人；3、测试支架；4、声压传感器；5、电磁炮；6、环形磁敏感传感器；7、夹具座；8、气缸；9、振动传感器；10、快速更换夹具；11、叶片径向压紧块；12、叶片；13、嵌入式计算机；14、显示器；15、打印机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

在本公开的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶部”、“底部”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公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元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公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

还需要说明的是，本申请文件中使用到的标准零件均可以从市场上购买，而且根据说明书和附图的记载均可以进行订制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义，并且，未做明确限定的情况下，机械、零件和设备均可以采用现有技术中常规的型号。

在本文中，术语“包括”意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

实施例：参考图1-6所示的一种发动机叶片固有频率测量装置，包括机架1、位置随动协作机器人2、测试支架3、声压传感器4、电磁炮5、环形磁敏感传感器6、夹具座7、气缸8、振动传感器9、快速更换夹具10、叶片径向压紧块11和嵌入式计算机12，机架1的工作台上固定安装有位置随动协作机器人2，位置随动协作机器人2固定连接有测试支架3，测试支架3的一侧固定安装有声压传感器4，测试支架3的相对另一侧固定安装有发射磁性钢珠的电磁炮5，机架1的工作台顶端固定安装有夹具座7，夹具座7的底端固定安装有气缸8，气缸8的输出端驱动连接通入到夹具座7内部的活塞，活塞的顶端固定连接有叶片径向压紧块11，夹具座7的顶端相对两侧内壁均安装有快速更换夹具10，快速更换夹具10与叶片径向压紧块11配合将待测试的叶片夹紧，夹具座7的一侧固定安装有振动传感器9，电磁炮5的钢珠射出端外部套接固定安装有环形磁敏感传感器6。

测试时，将被测叶片插入快速更换夹具10，压缩空气通过汽滤、调压器、控制阀进入叶片压紧的气缸8，气缸活塞在气压的作用下向上运动，活塞推动叶片径向压紧块11从下向上移动顶压叶片12底部，依靠叶片12根部、夹具的特殊形面的精密贴合将叶片夹紧。因活塞的直径不变，在一定范围内控制气源的压力，即可控制夹紧力的大小。

电磁炮原理如下：将低压直流电经过升压模块升压后给高压电容进行充电以蓄积大量电能，当发射继电器吸合工作时，高压电容就会通过大匝数线圈瞬间放电，并产生一个强大的磁场，在电磁力的作用下，磁性钢珠被吸引且凭着惯性顺炮管高速飞出撞击叶片，实现测试的激励。

借由上述结构：机架1上固定安装有嵌入式计算机13，嵌入式计算机13控制位置随动协作机器人状态。

借由上述结构：嵌入式计算机13输入端接收振动传感器9信号和声压传感器4信号，进行联合时频分析，包括短时傅里叶变换(STFT)、连续小波变换(CWT)等，能够对信号在时间和频率上的演化进行同时分析，自动搜索固有频率。

借由上述结构：嵌入式计算机的输出端电性连接有显示器14和打印机15，显示器和打印机分别对嵌入式计算机输出的固有频率进行显示和记录。

借由上述结构：夹具座、快速更换夹具、叶片径向压紧块和气缸用于实现叶片的固定夹紧，夹具座、气缸用螺钉安装固定在机架上，叶片径向压紧块安装在气缸活塞的头部；快速更换夹具是根据被测叶片根部榫头形状的不同而专门设计，各组均有不同，但与夹具座燕尾槽及六个安装孔位置则保持不变，每组快速更换夹具由左右两个相同的零件组成，都带定位燕尾槽和安装螺钉孔，测试时，将选定的快速更换夹具顺燕尾槽插入夹具座，对准零件与夹具座的孔，再用六个螺钉固定。

本实施例工作原理：采用与被测叶片配合的可快速更换的专用夹具将叶片固定，并通过气缸径向施力夹紧，以模拟叶片在发动机上的固定安装；再通过嵌入式计算机控制位置随动协作机器人将声压传感器和电磁炮运动到既定位置，使叶片、声压传感器和电磁炮所处位置对敲击和获取声音信号最为有利；给激振装置——电磁炮通电，使其在电磁力的作用下，发射磁性钢珠撞击叶片的某一部位并发出声音；环形磁敏感传感器在钢珠通过时发送同步的信号，使嵌入式计算机开启采集安装在测试支架的声压传感器、夹具座上的振动传感器信号，以感受叶片振动发出的声音和振动，经声电、压电转换，信号调理，信号采集后，再进入装置的嵌入式计算机中进行信号分析与处理，获取叶片频率特征信号；显示器显示测试结果和图形，打印机输出报表。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种发动机叶片固有频率测量装置，其特征在于：包括机架、位置随动协作机器人、测试支架、声压传感器、电磁炮、环形磁敏感传感器、夹具座、气缸、振动传感器、快速更换夹具、叶片径向压紧块和嵌入式计算机，所述机架的工作台上固定安装有位置随动协作机器人，所述位置随动协作机器人固定连接有测试支架，所述测试支架的一侧固定安装有声压传感器，所述测试支架的相对另一侧固定安装有发射磁性钢珠的电磁炮，所述机架的工作台顶端固定安装有夹具座，所述夹具座的底端固定安装有气缸，所述气缸的输出端驱动连接通入到夹具座内部的活塞，所述活塞的顶端固定连接有叶片径向压紧块，所述夹具座的顶端相对两侧内壁均安装有快速更换夹具，所述快速更换夹具与叶片径向压紧块配合将待测试的叶片夹紧，所述夹具座的一侧固定安装有振动传感器，所述电磁炮的钢珠射出端外部套接固定安装有环形磁敏感传感器。

2.根据权利要求1所述的一种发动机叶片固有频率测量装置，其特征在于：所述机架上固定安装有嵌入式计算机，所述嵌入式计算机控制位置随动协作机器人状态。

3.根据权利要求3所述的一种发动机叶片固有频率测量装置，其特征在于：所述嵌入式计算机输入端接收振动传感器信号和声压传感器信号，进行联合时频分析并自动搜索固有频率。

4.根据权利要求2所述的一种发动机叶片固有频率测量装置，其特征在于：所述嵌入式计算机的输出端电性连接有显示器和打印机，显示器和打印机分别对嵌入式计算机输出的固有频率进行显示和记录。

5.根据权利要求1所述的一种发动机叶片固有频率测量装置，其特征在于：所述夹具座、气缸用螺钉安装固定在机架上，快速更换夹具与被测叶片根部榫头形状适配，每组快速更换夹具由左右两个相同的零件组成，都带定位燕尾槽和安装螺钉孔。