專利名稱：一種注液式轉(zhuǎn)子在線全息動(dòng)平衡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械系統(tǒng)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡領(lǐng)域，涉及一種在線動(dòng)平衡技術(shù)的應(yīng)用一一種注液式轉(zhuǎn)子在線全息動(dòng)平衡系統(tǒng)。該發(fā)明基于全息動(dòng)平衡原理和技術(shù)，通過向平衡頭內(nèi)注液的方法，校正由于轉(zhuǎn)子的失衡產(chǎn)生的振動(dòng)。
背景技術(shù)：
動(dòng)平衡技術(shù)作為一項(xiàng)回轉(zhuǎn)機(jī)械的關(guān)鍵和基礎(chǔ)性的技術(shù)，一直受到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的密切關(guān)注和重視。大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明轉(zhuǎn)子的不平衡通常是引起回轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)的主要原因。不平衡會(huì)引起轉(zhuǎn)子的撓曲和內(nèi)應(yīng)力，使機(jī)器振動(dòng)加劇，加速軸承和軸封等零件的磨損， 降低機(jī)器的工作效率，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起各種事故的發(fā)生；不平衡不僅是旋轉(zhuǎn)機(jī)械主要的激振源，而且也是許多種自激振動(dòng)的誘發(fā)因素。一旦平衡狀況得以改善，其它一些故障現(xiàn)象也將隨之消失。隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，回轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速日益提高。相應(yīng)的回轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子的平衡技術(shù)，也日益成了影響國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)支柱產(chǎn)業(yè)中設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。轉(zhuǎn)子平衡從形式上主要分為兩個(gè)方面一是離線平衡，即利用平衡設(shè)備，主要指動(dòng)平衡機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡測試與校正；一是現(xiàn)場平衡，主要應(yīng)用于拆卸困難、運(yùn)輸不便的現(xiàn)場工況平衡。在線動(dòng)平衡是現(xiàn)場平衡中的一種，通過實(shí)時(shí)測量回轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)，根據(jù)測量的振動(dòng)來確定不平衡量大小和相角位置，并且通過實(shí)時(shí)添加質(zhì)量進(jìn)行平衡校正，以期減小振動(dòng)的一種裝置或系統(tǒng)。本質(zhì)上來講在線動(dòng)平衡是通過實(shí)時(shí)添加質(zhì)量的方式，來取代停機(jī)后手工添加質(zhì)量的方式實(shí)現(xiàn)線動(dòng)平衡。平衡頭是用來實(shí)現(xiàn)在不停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行質(zhì)量補(bǔ)償?shù)牟考?。離線動(dòng)平衡系統(tǒng)雖然能夠在一定程度上減小轉(zhuǎn)子運(yùn)行過程中的動(dòng)不平衡，但是離線平衡需要多次啟停機(jī)器才能標(biāo)定轉(zhuǎn)子的影響系數(shù)、計(jì)算平衡配重及實(shí)施平衡校正。然而許多轉(zhuǎn)子工作時(shí)的失衡狀態(tài)始終處于變化之中，例如由于冷卻液的吸附、砂輪砂粒的不均衡脫落等原因均會(huì)造成的不平衡。在線平衡系統(tǒng)實(shí)時(shí)測量轉(zhuǎn)子的振動(dòng)并進(jìn)行校正，從而保證轉(zhuǎn)子在工作過程中始終保持良好的平衡狀態(tài)?，F(xiàn)有的基于機(jī)械式在線平衡校正系統(tǒng)(裝置)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，采用端面注液方式，注液口較小。隨著轉(zhuǎn)速的升高，其注液時(shí)窗越來越短，準(zhǔn)確注液就變得困難，從而導(dǎo)致無法在高速時(shí)進(jìn)行平衡。在平衡量計(jì)算上，現(xiàn)有平衡技術(shù)通過測量單向振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行平衡計(jì)算，不能準(zhǔn)確反映轉(zhuǎn)子的振動(dòng)狀態(tài)，影響平衡效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)已有技術(shù)存在的缺陷或不足，即注液式動(dòng)平衡注液時(shí)間窗短，以及單向振動(dòng)信息不能真實(shí)反映轉(zhuǎn)子工況，提供一種新型注液式轉(zhuǎn)子在線全息動(dòng)平衡系統(tǒng)，提出一種新型連續(xù)注液式轉(zhuǎn)子在線全息動(dòng)平衡系統(tǒng)。系統(tǒng)基于動(dòng)平衡理論，采用雙向振動(dòng)信息， 平衡過程自動(dòng)控制；噴液方式采用徑向360°連續(xù)注液來提高注液效率和在線平衡的精度。
3
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。一種注液式轉(zhuǎn)子在線全息動(dòng)平衡系統(tǒng)，包括工控機(jī)，及通過工控機(jī)信號(hào)連接的電磁繼電器和電磁閥，電磁閥通過管道與電機(jī)相連平衡頭連通；調(diào)速器與電機(jī)連接，其特征在于所述電機(jī)相連的平衡頭采用中心開口、儲(chǔ)液腔均沿徑向開口結(jié)構(gòu)；所述電機(jī)上設(shè)有與工控機(jī)相連的數(shù)據(jù)采集分析模塊，通過調(diào)速器調(diào)節(jié)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，工控機(jī)控制電磁閥小流量噴液，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)采集，自動(dòng)鍵相處理、自動(dòng)全息動(dòng)平衡計(jì)算以及自動(dòng)注液平衡控制。本發(fā)明進(jìn)一步的特征在于所述中心開口結(jié)構(gòu)的平衡頭包括相互套接的水槽盤和底盤，底盤中心設(shè)有突起注液孔；水槽盤設(shè)有與底盤注液孔相套接的中心孔，在水槽盤中心孔壁內(nèi)側(cè)設(shè)有三條沿周向平行分布的環(huán)形槽，水槽盤中心孔外側(cè)設(shè)有三個(gè)均布儲(chǔ)液腔，對(duì)應(yīng)三個(gè)儲(chǔ)液腔在水槽盤中心孔環(huán)形槽上分別設(shè)有一個(gè)與儲(chǔ)液腔連通的出液孔；在儲(chǔ)液腔外側(cè)壁上設(shè)有放液孔。所述儲(chǔ)液腔腔體為為扇形，扇形角度為90°。所述三個(gè)儲(chǔ)液腔的外側(cè)壁上分別設(shè)有放液孔，放液孔上設(shè)有螺栓。所述底盤與水槽盤之間通過密封件密封，并通過螺栓緊固，形成僅通過底盤注液孔與水槽盤中心孔開口的儲(chǔ)液腔。所述數(shù)據(jù)采集分析模塊采用兩個(gè)安裝位置呈90°夾角的振動(dòng)傳感器；振動(dòng)傳感器通過采集到的振動(dòng)信號(hào)與工控機(jī)連接。所述工控機(jī)設(shè)注液控制模塊，注液控制模塊包含開關(guān)量輸入輸出卡和電磁閥控制電路。通過工控機(jī)1控制輸入輸出板卡的通斷控制相應(yīng)的電磁閥的通斷，從而實(shí)現(xiàn)向不平衡頭中不同儲(chǔ)液腔連續(xù)注液，完成在線動(dòng)平衡。所述工控機(jī)設(shè)有在線動(dòng)平衡自動(dòng)控制模塊，平衡自動(dòng)控制模塊與振動(dòng)傳感器信號(hào)連接，進(jìn)行鍵相信號(hào)處理、失衡量計(jì)算，一旦工頻幅值超過事先設(shè)置的閾值，程序便啟動(dòng)注液控制功能，實(shí)現(xiàn)在線注液平衡。所述電磁閥噴液量為3. 36X 10_5m7min。本發(fā)明具有以下特點(diǎn)1.采用全息動(dòng)平衡技術(shù)融合雙向振動(dòng)信息平衡量求解基于全息動(dòng)平衡技術(shù)，利用兩向垂直振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行不平衡量的解算。 通過全息譜信息融合技術(shù)能夠更多的利用振動(dòng)信息量，更加準(zhǔn)確的反應(yīng)轉(zhuǎn)子振動(dòng)情況，相對(duì)僅采用單方向振動(dòng)信息進(jìn)行不平衡量的解算，本發(fā)明平衡量計(jì)算精度更高。2.平衡頭采用中心開口、儲(chǔ)液腔均沿徑向開口結(jié)構(gòu)三個(gè)儲(chǔ)液腔均采用內(nèi)側(cè)沿徑向開口的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，增大了平衡注液時(shí)窗，實(shí)現(xiàn)從平衡頭中心向外徑向注液方式，降低了注液槽的回轉(zhuǎn)線速度，避免了注液中的飛濺，可實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速下的在線注液動(dòng)平衡。3.采用連續(xù)注液方式進(jìn)行在線全息動(dòng)平衡注液采用水槽盤上內(nèi)側(cè)三個(gè)平行的環(huán)形槽設(shè)計(jì)及其環(huán)形槽上開注液口的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn) 360°連續(xù)注液，消除了注液時(shí)間窗口的限制。采用連續(xù)注液方式取代傳統(tǒng)的窗口控制注液方式，簡化了噴液控制的難度，減小了平衡過程中的噴液時(shí)間，提高了平衡效率。4.小流量注液控制由于采用連續(xù)注液方式，在不降低平衡效率的前題下，可采用更小流量的噴液，提高噴液的控制精度和在線平衡精度。5.結(jié)構(gòu)簡單，成本低本發(fā)明中平衡頭結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試更為簡單；特有的三個(gè)儲(chǔ)液腔，使得所需的注液裝置數(shù)量達(dá)到最少，從而降低注液設(shè)備及其控制系統(tǒng)的成本。6.振動(dòng)檢測和在線平衡自動(dòng)實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)融合了轉(zhuǎn)子兩個(gè)方向的振動(dòng)信息，真實(shí)的反映轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)通過徑向注液的方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的在線動(dòng)平衡，消除注液時(shí)的時(shí)間窗口的限制，實(shí)現(xiàn)連續(xù)注液，提高平衡效率和質(zhì)量。本發(fā)明通過在線動(dòng)平衡自動(dòng)控制軟件，一經(jīng)啟動(dòng)可自動(dòng)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)、鍵相處理、 平衡校正量計(jì)算以及注液控制，無需人工干預(yù)。


圖1是一種注液式轉(zhuǎn)子在線全息動(dòng)平衡系統(tǒng)示意圖；圖2是本發(fā)明平衡頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是平衡前振動(dòng)頻譜圖；圖4是平衡后振動(dòng)頻譜圖。圖中1、工控機(jī)(控制運(yùn)算模塊)；2、電磁繼電器；3、電磁閥；4、電機(jī)；5、調(diào)速器；6、平衡頭；601、水槽盤；602、底盤；603、儲(chǔ)液腔，604、環(huán)形槽，605、出液孔，606、放液孔， 607、注液孔。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述如圖1所示，注液式轉(zhuǎn)子在線全息動(dòng)平衡系統(tǒng)，包括工控機(jī)1，及通過工控機(jī)1信號(hào)連接的電磁繼電器2和電磁閥3，電磁閥3通過管道與電機(jī)4相連平衡頭6連通；調(diào)速器5 與電機(jī)4連接，其特征在于所述電機(jī)4相連的平衡頭6采用中心開口、儲(chǔ)液腔均沿徑向開口結(jié)構(gòu)；所述電機(jī)4上設(shè)有與工控機(jī)1相連的數(shù)據(jù)采集分析模塊，通過調(diào)速器5調(diào)節(jié)電機(jī)4 旋轉(zhuǎn)，工控機(jī)1控制電磁閥3小流量噴液，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)采集，自動(dòng)鍵相處理、自動(dòng)全息動(dòng)平衡計(jì)算以及自動(dòng)注液平衡控制。如圖2所示，中心開口結(jié)構(gòu)的平衡頭6包括相互套接的水槽盤601和底盤602，底盤602中心設(shè)有突起注液孔607 ；水槽盤601設(shè)有與底盤注液孔607相套接的中心孔，在水槽盤601中心孔壁內(nèi)側(cè)設(shè)有三條沿周向平行分布的環(huán)形槽604，水槽盤601中心孔外側(cè)設(shè)有三個(gè)均布儲(chǔ)液腔603，儲(chǔ)液腔603腔體為為扇形，扇形角度為90°。對(duì)應(yīng)三個(gè)儲(chǔ)液腔603 在水槽盤中心孔環(huán)形槽604上分別設(shè)有一個(gè)與儲(chǔ)液腔603連通的出液孔605 ；在儲(chǔ)液腔603 外側(cè)壁上分別設(shè)有放液孔606，放液孔606上設(shè)有螺栓。底盤602與水槽盤601之間通過密封件密封，并通過螺栓緊固，形成僅通過底盤注液孔與水槽盤中心孔開口的儲(chǔ)液腔。本發(fā)明電機(jī)4上所設(shè)數(shù)據(jù)采集分析模塊采用兩個(gè)安裝位置成90°夾角的振動(dòng)傳感器；振動(dòng)傳感器通過采集到的振動(dòng)信號(hào)與工控機(jī)1連接。工控機(jī)1設(shè)有注液控制模塊，注液控制模塊包含開關(guān)量輸入輸出卡和電磁閥控制電路。通過工控機(jī)1控制輸入輸出板卡的通斷控制相應(yīng)的電磁閥的通斷，從而實(shí)現(xiàn)向不平衡頭中不同儲(chǔ)液腔連續(xù)注液，完成在線動(dòng)平衡。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明在不降低平衡效率的前題下采用連續(xù)注液方式，采用更小噴液的流量，提高噴液的控制精度和在線平衡精度。電磁閥3噴液量為3. 36X10_5m7min，還可根據(jù)實(shí)際需要通過調(diào)整水壓對(duì)流量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。本發(fā)明的原理是 調(diào)速器5調(diào)節(jié)電機(jī)4帶動(dòng)平衡頭6高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)工控機(jī)1發(fā)出控制信號(hào)，通過工控機(jī)1計(jì)算機(jī)控制輸入輸出板卡相應(yīng)通道的狀態(tài)，進(jìn)而控制不同的電磁閥驅(qū)動(dòng)電路動(dòng)作， 控制電磁繼電器2及電磁閥3向平衡頭6中不同儲(chǔ)液腔連續(xù)小流量定量注液；液體經(jīng)平衡頭6中心孔進(jìn)入水槽盤601中心孔壁內(nèi)側(cè)的三條沿周向平行分布的環(huán)形槽604，通過環(huán)形槽 604的出液孔605進(jìn)入水槽盤601中心孔外側(cè)的三個(gè)均布的儲(chǔ)液腔603中，實(shí)現(xiàn)線動(dòng)平衡 360°連續(xù)注液。同時(shí)電機(jī)4上安裝有位置成90°夾角的振動(dòng)傳感器，測量向平衡頭6注液過程中的振動(dòng)數(shù)據(jù)，并將該采集后的振動(dòng)信號(hào)實(shí)時(shí)傳遞給工控機(jī)1中計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)子在線動(dòng)平衡自動(dòng)控制模塊自動(dòng)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)采集、自動(dòng)鍵相處理、全息動(dòng)平衡計(jì)算以及注液控制。本發(fā)明其轉(zhuǎn)子在線動(dòng)平衡自動(dòng)控制模塊，一經(jīng)開啟，自動(dòng)獲取轉(zhuǎn)子的振動(dòng)信號(hào)、鍵相信號(hào)處理、失衡量計(jì)算，一旦工頻幅值超過事先設(shè)置的閾值，程序便啟動(dòng)注液控制功能， 實(shí)現(xiàn)在線注液平衡。圖3為對(duì)本發(fā)明進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證平衡前的振動(dòng)頻譜圖，其工頻振動(dòng)幅值為4. 54mm/ 8，相位為四4.2°。如圖4所示，為本發(fā)明進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)平衡后的頻譜圖，其工頻振動(dòng)幅值為0. 84mm/ s，相位為323.2°。對(duì)本發(fā)明進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，在線動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)臺(tái)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，最高速度3000r/min。平衡頭安裝在電機(jī)軸上，模擬對(duì)機(jī)床主軸的平衡過程。被測工件為一個(gè)加重盤，加重方位角的最小間隔為15°，從電機(jī)驅(qū)動(dòng)端向被測工件自由端看去，被測工件沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)中加重信息和平衡過程中測量的工頻信息如表所示。表1平衡實(shí)驗(yàn)加重及振動(dòng)信息
權(quán)利要求
1.一種注液式轉(zhuǎn)子在線全息動(dòng)平衡系統(tǒng)，包括工控機(jī)(1)，及通過工控機(jī)(1)信號(hào)連接的電磁繼電器⑵和電磁閥⑶，電磁閥⑶通過管道與電機(jī)⑷相連的平衡頭(6)連通； 調(diào)速器(5)與電機(jī)⑷連接，其特征在于所述電機(jī)⑷相連的平衡頭(6)采用中心開口、 儲(chǔ)液腔均沿徑向開口結(jié)構(gòu)；所述電機(jī)(4)上設(shè)有與工控機(jī)(1)相連的數(shù)據(jù)采集分析模塊，通過調(diào)速器( 調(diào)節(jié)電機(jī)(4)旋轉(zhuǎn)，工控機(jī)(1)控制電磁閥C3)小流量噴液，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)采集，自動(dòng)鍵相處理、自動(dòng)全息動(dòng)平衡計(jì)算以及自動(dòng)注液平衡控制。
2.如權(quán)利要求1所述一種注液式轉(zhuǎn)子在線全息動(dòng)平衡系統(tǒng)，其特征在于所述中心開口結(jié)構(gòu)的平衡頭(6)包括相互套接的水槽盤(601)和底盤(602)，底盤(60 中心設(shè)有突起注液孔(607)；水槽盤(601)設(shè)有與底盤注液孔(607)相套接的中心孔，在水槽盤(601)中心孔壁內(nèi)側(cè)設(shè)有三條沿周向平行分布的環(huán)形槽(604)，水槽盤(601)中心孔外側(cè)設(shè)有三個(gè)均布儲(chǔ)液腔(603)，對(duì)應(yīng)三個(gè)儲(chǔ)液腔(60 在水槽盤中心孔環(huán)形槽(604)上分別設(shè)有一個(gè)與儲(chǔ)液腔(60 連通的出液孔(605)；在儲(chǔ)液腔(60 外側(cè)壁上分別設(shè)有放液孔(606)。
3.如權(quán)利要求2所述一種注液式轉(zhuǎn)子在線全息動(dòng)平衡系統(tǒng)，其特征在于所述儲(chǔ)液腔 (603)腔體為為扇形，扇形角度為90°。
4.如權(quán)利要求2所述一種注液式轉(zhuǎn)子在線全息動(dòng)平衡系統(tǒng)，其特征在于所述放液孔 (606)上設(shè)有螺栓。
5.如權(quán)利要求2所述一種注液式轉(zhuǎn)子在線全息動(dòng)平衡系統(tǒng)，其特征在于所述底盤 (602)與水槽盤(601)之間通過密封件密封，并通過螺栓緊固，形成僅通過底盤注液孔與水槽盤中心孔開口的儲(chǔ)液腔。
6.如權(quán)利要求1所述一種注液式轉(zhuǎn)子在線全息動(dòng)平衡系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集分析模塊采用兩個(gè)安裝位置呈90°夾角的振動(dòng)傳感器；振動(dòng)傳感器通過振動(dòng)信號(hào)與工控機(jī)⑴連接。
7.如權(quán)利要求1所述一種注液式轉(zhuǎn)子在線全息動(dòng)平衡系統(tǒng)，其特征在于所述工控機(jī) (1)設(shè)注液控制模塊，注液控制模塊包含開關(guān)量輸入輸出卡和電磁閥控制電路。
8.如權(quán)利要求1所述一種注液式轉(zhuǎn)子在線全息動(dòng)平衡系統(tǒng)，其特征在于所述工控機(jī) (1)設(shè)有在線動(dòng)平衡自動(dòng)控制模塊，平衡自動(dòng)控制模塊與振動(dòng)傳感器信號(hào)連接。
9.如權(quán)利要求1所述一種注液式轉(zhuǎn)子在線全息動(dòng)平衡系統(tǒng)，其特征在于所述電磁閥 ⑶控制小流量的噴液量為3. 36X l(T5m7min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種注液式轉(zhuǎn)子在線全息動(dòng)平衡系統(tǒng)，包括工控機(jī)，及通過工控機(jī)信號(hào)連接的電磁繼電器和電磁閥，電磁閥通過管道與電機(jī)相連平衡頭連通；調(diào)速器與電機(jī)連接，所述電機(jī)相連的平衡頭采用中心開口、儲(chǔ)液腔均沿徑向開口結(jié)構(gòu)；所述電機(jī)上設(shè)有與工控機(jī)相連的數(shù)據(jù)采集分析模塊，通過調(diào)速器調(diào)節(jié)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，工控機(jī)控制電磁閥小流量噴液，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)采集，自動(dòng)鍵相處理、自動(dòng)全息動(dòng)平衡計(jì)算以及自動(dòng)注液平衡控制。本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)測量、計(jì)算和失衡校正功能。同時(shí)采用連續(xù)注液方式的平衡頭結(jié)構(gòu)等提高平衡精度和效率。該系統(tǒng)可適用于磨床、車床等主軸的在線平衡，以及其它轉(zhuǎn)子用途轉(zhuǎn)子的在線動(dòng)平衡。
文檔編號(hào)G01M1/38GK102169041SQ20111002081
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月18日
發(fā)明者吳婷婷, 張西寧, 溫廣瑞, 王樹典 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)