CN210426990U

CN210426990U - 一种旋转机械试验用模拟平台

Info

Publication number: CN210426990U
Application number: CN201921759648.1U
Authority: CN
Inventors: 卢国梁; 叶新来; 陈子旭; 马康康
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2019-10-18
Filing date: 2019-10-18
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2029-10-18

Abstract

本实用新型涉及一种旋转机械试验用模拟平台，包括支撑装置和控制装置，所述支撑装置用于实现支撑。所述支撑装置的上表面设有电机，所述电机的输出轴与第一减速器的输入端连接，第一减速器的输出端与第一动态扭矩传感器的输入端连接。所述第一动态扭矩传感器的输出端与第二减速器的输入端连接，所述第二减速器的输出端与负载连接，所述负载与制动器连接。所述控制装置能够控制电机的转速以及制动器的制动扭矩。本实用新型能够有效实现多种旋转试验工况的模拟，便于实现旋转机械运行状态监测方法的验证与研究。

Description

一种旋转机械试验用模拟平台

技术领域

本实用新型属于试验技术领域，具体涉及一种旋转机械试验用模拟平台。

背景技术

现代化的生产企业(如电厂、石油化工、冶金等)中广泛使用多种旋转机械作为动力与传动设备，这些旋转机械能否长期平稳的运行，对企业的效率与效益至关重要。而旋转机械运行状态监测方法的研究对于监测旋转机械的运行状态，检测和预防故障的发生有着重大的意义。

针对于旋转机械运行状态监测方法的研究，需要设置旋转机械模拟平台。对旋转机械模拟平台进行特定工况条件设置后，启动旋转机械模拟平台，通过传感器采集振动、噪音、温度、扭矩等数据信息，将数据信息传递给上位机，上位机根据预设的算法进行来分析，得到此时的旋转机械运行状态，通过与旋转机械模拟平台的预设工况条件进行对比，验证算法是否有效及算法的准确性。

旋转机械常见的故障类型有：转子不平衡、机械松动、轴承损伤等。而发明人了解到，现有旋转机械模拟设备不能够有效的模拟上述机械故障；并且现有旋转机械模拟平台只能模拟单级减速，不能够模拟多级减速后，不同转轴的速度、扭矩不同的工况；旋转机械模拟平台中负载的大小不能根据需要进行调整。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种旋转机械试验用模拟平台，能够有效实现多种旋转试验工况的模拟，便于实现旋转机械运行状态监测方法的验证与研究。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：一种旋转机械试验用模拟平台，包括支撑装置和控制装置，所述支撑装置用于实现支撑。

所述支撑装置的上表面设有电机，所述电机的输出轴与第一减速器的输入端连接，第一减速器的输出端与第一动态扭矩传感器的输入端连接；

所述第一动态扭矩传感器的输出端与第二减速器的输入端连接，所述第二减速器的输出端与第二动态扭矩传感器的输入端连接，第二动态扭矩传感器的输出端与负载连接，所述负载与制动器连接。

所述控制装置能够控制电机的转速以及制动器的制动扭矩。

数据采集模块，所述数据采集模块能够采集第一动态扭矩传感器、第二动态扭矩传感器的扭矩信息；所述数据采集模块能够采集第一减速器和第二减速器处的机械信号；所述数据采集模块能够将信息传递给上位机。

进一步，所述负载包括转盘，与负载连接的制动器能够对转盘施加不同的制动力，以改变转盘模拟负载的大小。

进一步，所述转盘上设有安装孔，所述安装孔中安装有配重块，所述配重块能够模拟转子不平衡转动的情况。

进一步，所述转盘具有转轴，所述转轴的一端与第二动态扭矩传感器连接，另一端与制动器连接，所述转盘两侧的转轴分别通过轴承座支撑。

进一步，所述第一减速器、第二减速器和轴承座中均具有传感器布置口，所述传感器布置口用于安装振动传感器、温度传感器和声音传感器。

进一步，所述数据采集模块能够采集振动传感器、温度传感器和声音传感器的信息；所述数据采集模块能够将数据信息传递给上位机以实现分析。

进一步，所述控制装置包括电机控制器和制动器控制器，所述电机控制器、制动器控制器分别与上位机信号连接；上位机能够控制电机的转速以及制动器的制动力。

本实用新型的有益效果：

1)采用第一减速器和第二减速器的配合，能够利用第一动态扭矩传感器及第二动态扭矩传感器测量不同转速下对应的扭矩，能够有效的模拟具有多级传动的动力系统中，不同旋转部件的旋转情况。

2)采用制动器与转盘连接的方式，制动器的制动可以提供设定旋转助力，进而提供可变负载，满足实际旋转运动中，负载情况多变的情况。

3)采用转盘上设置安装孔及配重的方式，能够提供旋转时，部件不平衡的检测。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本实用新型实施例中第一视向的整体结构轴测图；

图2为本实用新型实施例中第二视向的整体结构轴测图；

图3为本实用新型实施例中传感器信号及控制系统信号传递方向示意图。

图中：1、电机；2、减速器；3、第一动态扭矩传感器；4、第二减速器；5、第二动态扭矩传感器；6、凸缘联轴器；7、转盘；8、弹性联轴器；9、制动器； 10、轴承；11、传感器组件；12、电机控制器；13、数据采集模块；14、上位机； 15、制动器控制器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本实用新型的一种典型实施方式中，如图1-3所示，一种旋转机械试验用模拟平台，包括支撑装置、控制装置和数据采集模块，所述支撑装置用于实现支撑。

所述支撑装置的上表面设有电机1，所述电机1的输出轴与第一减速器2的输入端连接，第一减速器2的输出端与第一动态扭矩传感器3的输入端连接。

具体的，电机1可以采用80AEA07530型直流伺服电动机，电机1最大转矩 2.4NM，转速3000RPM，功率750W，电压48V，80法兰，采用2500线编码器。

在另外一些实施方式中，可以采用其他类型的电机1，可由本领域技术人员自行设置。

与电动机相适应，第一减速器2选择80行星减速机与电动机搭配，行星减速机的速比不必过大，否则会使后面的轴和轴承10承受过大负载，使成本上升，且显得臃肿。所以采用一级减速结构，减速比为3:1，与80伺服电机1适配使用。

在另外一些实施方式中，可以采用其他类型的第一减速器2，可由本领域技术人员自行设置。

具体的，第二减速器4选择实际生产中常见的JZQ系列圆柱齿轮减速箱，这一系列减速箱作为最初级的减速箱，结构简单，价格便宜，应用广泛，且与教材上的减速箱结构相似。结合实验室环境及实验台总体尺寸要求，选择JZQ150 减速箱，中心距为150mm，减速比为8.23，这样与行星减速机的总减速比为 24.69，输出扭矩不会过大。

在另外一些实施方式中，可以采用其他类型的第二减速器4，可由本领域技术人员自行设置。

所述控制装置能够收集第一动态扭矩传感器3、第二动态扭矩传感器5的数据以实现不同转速中扭矩的检测。

所述负载包括转盘7，与负载连接的制动器9能够对转盘7施加不同的制动力，以改变转盘7模拟负载的大小。

具体的，根据电机1扭矩与减速机总减速比，选取南宏传动科技FZ50A-1型磁粉制动器9，该制动器9可提供的最大负载为50NM，可以通过与之搭配的控制器控制输出负载的大小，满足使用要求，同时，制动器9具有过载保护功能，体积小，自重轻，寿命较长，适合实验室使用。

在另外一些实施方式中，可以采用其他类型的制动器9，可由本领域技术人员自行设置。

所述转盘7上设有安装孔，所述安装孔中安装有配重块，所述配重块能够模拟转子不平衡转动的情况。

所述转盘7具有转轴，所述转轴的一端与第二动态扭矩传感器连接，另一端与制动器9连接，所述转盘7两侧的转轴分别通过轴承10座支撑。

具体的，由于此处轴承10受到的径向力与轴向力均很小，故选用深沟球轴承10即可满足要求，这里我们选用6207型轴承10。

在另外一些实施方式中，可以采用其他类型的轴承10，可由本领域技术人员自行设置。

所述第一减速器2、第二减速器4和轴承10座中均具有传感器布置口，所述传感器布置口用于安装振动传感器、温度传感器和声音传感器。

所述数据采集模块13能够采集第一动态扭矩传感器3、第二动态扭矩传感器5的扭矩和速度信息；所述数据采集模块13能够采集振动传感器、温度传感器和声音传感器的信息；所述数据采集模块13能够将数据信息传递给上位机14 以实现分析。

所述控制装置包括电机控制器12和制动器控制器15，所述电机控制器12、制动器控制器15分别与上位机14信号连接；上位机14能够控制电机1的转速以及制动器9的制动力。

所述第二动态扭矩传感器5的输出端通过凸缘联轴器与延长轴连接，所述延长轴的另一端通过弹性联轴器与转盘7连接。

具体的，第一减速器与第一动态扭矩传感器、第一动态扭矩传感器与第二减速器，齿轮减速箱与第二动态扭矩传感器之间分别通过凸缘联轴器连接。

由实验台的要求，第二减速器及轴承10处在其它部件不动的情况下便于拆卸，以便观察研究，丰富实验台的功能，所以我们选择弹性联轴器8和凸缘联轴器6两种，除了起到联接作用，联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。

工作原理：工作时，将本装置与上位机14信号连接，上位机14远程发出指令，控制电机1转动，电机1首先与一个第一减速器2相连，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较大的转矩；

而后，第一动态扭矩传感器是一种测量各种扭矩、转速及机械功率的精密测量仪器，可以将主轴旋转的机械信号转化成电信号输出，并且可以动态实时输出；

第一动态扭矩传感器通过凸缘联轴器6与第二减速器4连接，凸缘联轴器6 的好处是便于拆装，可将第二减速器4拆下来而其他零件不做变动，进一步对主轴降速，进一步放大扭矩；

通过凸缘联轴器6，第二减速器4与第二动态扭矩传感器5相连，可对经过第一减速器2和第二减速器4两次变换后的扭矩和转速进行测量；

转盘7上预留有安装孔，实验时可以在安装孔上安装配重零件，

进行转子不平衡实验时，可以在转盘7上设置不同的配重，本装置的机械信息通过传感器传递给上位机，上位机进行机械运转情况分析判断，判断得到的结果与此时转盘上转盘实际是否存在转子不平衡的预设工况进行对比。

对制动器9施加不同的负载，可以查看分析扭矩变化对系统的具体影响；对电机1转速进行动态编程调节，可以查看速度变化时，设备的状态信息。

通过旋松各部件之间的连接，来利用上位机算法分析是否存在机械松动情况，与实际情况进行比对。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims

1.一种旋转机械试验用模拟平台，其特征在于，包括，

支撑装置，所述支撑装置用于实现支撑；

所述第一动态扭矩传感器的输出端与第二减速器的输入端连接，所述第二减速器的输出端与第二动态扭矩传感器的输入端连接，第二动态扭矩传感器的输出端与负载连接，所述负载与制动器连接；

控制装置，所述控制装置能够控制电机的转速以及制动器的制动扭矩；

2.根据权利要求1所述的旋转机械试验用模拟平台，其特征在于，所述负载包括转盘，与负载连接的制动器能够对转盘施加不同的制动力，以改变转盘模拟负载的大小。

3.根据权利要求2所述的旋转机械试验用模拟平台，其特征在于，所述转盘上设有安装孔，所述安装孔用于安装配重块，所述配重块能够模拟转子不平衡转动的情况。

4.根据权利要求2所述的旋转机械试验用模拟平台，其特征在于，所述支撑装置通过螺栓与电机的外壳、第一减速器的外壳、第二减速器的外壳、第一动态扭矩传感器的外壳、第二动态扭矩传感器的外壳和制动器的外壳固定连接以实现支撑。

5.根据权利要求2所述的旋转机械试验用模拟平台，其特征在于，所述转盘具有转轴，所述转轴的一端与第二动态扭矩传感器连接，另一端与制动器连接，所述转盘两侧的转轴分别通过轴承座支撑。

6.根据权利要求5所述的旋转机械试验用模拟平台，其特征在于，所述第一减速器、第二减速器和轴承座中均具有传感器布置口，所述传感器布置口用于安装振动传感器、温度传感器和声音传感器。

7.根据权利要求6所述的旋转机械试验用模拟平台，其特征在于，所述数据采集模块能够采集振动传感器、温度传感器和声音传感器的信息，并将数据信息传递给上位机以实现分析。

8.根据权利要求1所述的旋转机械试验用模拟平台，其特征在于，所述控制装置包括电机控制器和制动器控制器。

9.根据权利要求8所述的旋转机械试验用模拟平台，其特征在于，所述第二动态扭矩传感器的输出端通过联轴器与延长轴连接，所述延长轴的另一端通过联轴器与转盘连接。