複合交變扭矩扭振加載試驗平臺的製作方法

2023-12-02 16:46:11

專利名稱：複合交變扭矩扭振加載試驗平臺的製作方法
技術領域：
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本實用新型涉及一種測量扭矩、扭振的儀表的測試及校準，特別是一種校準、 測量的加載試驗平臺。
技術背景
在旋轉機械中，扭轉振動是其可靠性的重要因素，如艦船的軸系，由於主機 的不平衡慣性力和螺旋槳的不平衡水動力均會使軸系產生交變扭矩和扭振，並由 此可能引起軸系扭斷等重大事故，嚴重影響人身和設備的安全，針對上述情況， 使用者或研究人員均需要提供能連續監測旋轉機構的相關交變扭矩和扭振的參 數，避免設備工作在臨界轉速區，以提高設備運行的可靠性和安全性，現有的測 試裝置，如丹麥、德國和比利時等國家的有關公司，擁有各種不同型式的測試儀， 其中齒輪感應式測試儀，由於其安裝方便和適合長期監測等特點，再結合計算機 數據系統分析，對大型旋轉機構如船軸系具有良好適應，頗受人歡迎，上述測試 裝置(測試儀)大都是採用扭振加載平臺進行校準、標定或測試，這種加載平臺 包括有控制器和平臺結構，並經傳感器和測試裝置連接，其中控制器控制一變頻 調速電機，該電機驅動一測試軸，該軸承於平臺的二支承軸承，軸上分別設置有 一測速齒輪， 一可替換的聯軸器和一可替換的偏心飛輪，測速齒輪的外周側對應 設置有連接測試裝置的傳感器，扭振加載平臺的控制器可按設定的參數調節變頻 調速電機的轉速，配合相應選定的聯軸器和偏心飛輪，產生設定的扭振振幅、扭 振形態和測試軸固有頻率等參數值，為測試裝置的測試、校準提供必要的技術條 件，扭振加載平臺也可通過測試分析，為旋轉機械的設計和故障診斷的判別，提 供具有科學依據的技術參數。也能為使用者提供旋轉機械設備所需的操作信號，使期避免工作在臨界轉速區，提高設備運行的可靠性，但是現有的扭振加載平臺， 由於對扭振測試的表現形式是基於測試對象、測試結果的單調目標，因而其扭振 加載試驗平臺的仿真形式單一，工況固定，調節改變困難，而且這些加載試驗平 臺很難適時應用於扭振測試研究和交變扭矩的測試、校準
實用新型內容
本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種改進的複合交變扭矩扭振加載 平臺，它能集扭振信號激勵和複合交變扭矩加載功能於一體，使用方便並能快速 應用於扭振測試研究和交變扭矩的測試、校準。
本實用新型解決上述技術問題採用的技術方案是，複合交變扭矩扭振加裁試 驗平臺包括有控制裝置、加載平臺和測試裝置，控制裝置的控制器經導線連接有 加裁平臺的變頻調速電機，該變頻調速電機連接有測試軸，該測試軸上分別設置 有測速輪、聯軸器、偏心飛輪，測速輪外周側設置有連接向測試裝置的測試系統 的傳感器，其特點是加載平臺的測試軸的端部連接有一固設於尾端支承的磁粉 制動器，在該測試軸上還設置有甜、後測速輪，該甜、後測速輪的外周側的甜、 後架上分別設置有和前、後測速輪對應的測試裝置的前、後傳感器，該前、後傳 感器經前、後導線連接有測試裝置的測試系統。本實用新型的磁粉制動器可通過 隨機手動操控其激磁電流改變測試軸的輸出扭矩，在驅動端和負載端的速度量變 化較大處設置相應測速輪和對應的傳感器，經轉換可分別提供模擬交變扭矩和扭
振，完成實時轉速、扭振角位移、交變角、FFT變換等信息顯示與記錄。
本實用新型採用磁粉制動器和雙測速輪的試驗平臺結構，不僅保持現有扭振 加載試驗平臺的優點，而且將交變扭矩和扭振信號激勵複合成一體，從而克服了 傳統扭振加裁試驗平臺的仿真形式單一、工況固完，調節改變困難等缺陷，實現 適時快速應用於扭振測試研究和交變扭矩的測試、校準，是扭振加裁試驗平臺在 技術上新的突破點，且其結構件增加不多，可充分利用現有技術裝備，具有較大的實用價值。


圖1是本實用新型複合交變扭矩扭振加載試驗平臺軸測示意圖。
具體實施方式
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參照圖1，複合交變扭矩扭振加載試驗平臺包括有控制裝置1、加載平臺2 和測試裝置3。
控制裝置1是根據測量扭振參數和扭振產生機理而設計的，包括有PLC、電 流控制電睡、觸控螢幕、人機界面、變頻調速器等組成，其基本功能和現有技術相 似，變頻調速器是用以控制變頻調速電機的輸出轉速。
加載平臺2，包括有變頻調速電機21、測試軸22、左、右支承23， 23'、前、 後測速輪24、 24'、聯軸器25、偏心飛輪26、磁粉制動器27、尾端支承28和平 臺基座29;其中
變頻調速電機21，為現有產品，其轉速範圍是50—1000r/min，以動態交變 正弦/線性和穩態激勵方式調速，變頻調速電動21輸出軸上連接有測試軸22;
測試軸22結構基本上和現有設備相似，分別支承在左支承23和二右支承 23'上，左、右支承23、 23'是固定設置在平臺基座29上；
前測速輪24，可為齒輪、輪周均布刻槽的轉輪或其他類似結構的輪形體， 前測速輪24是位於測試軸22的驅動端，即速度變化量較大處，可直接實現扭振 測量；後測速輪24'結構和前測速輪24相同，其安裝位置在負載端，即速度變 化量較小處，並分別由二右支承23'承託，直接實現扭振測量；
聯軸器25，可為脹套/撓性聯軸器，其特點是無背隙，同步運轉，高剛性， 且允許偏差大，可糾正軸系偏心扭曲，提高測試軸22產生扭振幅度，其不同柔 度可改變測試軸剛度，其剛度不小於1.6Nm/rab,改變軸系固有頻率，使軸系扭矩臨界轉速偏移，試驗時可按需要選用；
磁粉制動器27，是性能優越的自動控制元件，如三菱公司的伸出軸式(ZKB) 磁粉離合/制動器及空心軸式(ZA)磁粉離合/制動器，可按實際需求選用，磁粉 制動器27以磁粉為工作介質，以激磁電流為控制手段，達到控制制動或傳遞扭 矩的目的，其輸出扭矩和激磁電流呈良好的線性關係，而與轉速或滑差無關，且 響應速度快，結構簡單，在本實用新型的加載試驗平臺中，是能給測試軸22施 加一靜態或交變扭矩的關鍵組件之一，磁粉制動器27的連接方式是，其輸入軸 輸入元件和測試軸22連接，其輸出軸(輸出元件)固定連接於尾端支承28，該 尾端支承28的支承座是固設在平臺基座29。
測試裝置3，包括有前、後架31、 31'、前、後傳感器32、 32'、甜後導線 33、 33'和測試系統34，前架31和甜測速輪24相對並固設有甜傳感器32，後 架31'和後測速輪24'相對並固設有後傳感器32';前、後傳感器32、 32'可 為磁電轉速傳感器，將測試軸22上前、後測速輪24、 24'的交變扭矩和扭振變 化信息輸出，經前、後導線33、 33'連接向測試系統34，經測試系統34的脈衝 光電隔離放大/變換調理電路轉換成標準TTL電平信號，在微機處理系統控制下， 通過32位40MHz嵌入式數據採集卡，對脈衝時域數據進行高速釆樣和實時記錄， 配合相關數據處理方法，採用LCD圖形顯示器實現顯示輸出。
本實用新型的特點表現在
1、 平臺控制系統可仿真模擬旋轉機械的動力特性，以變頻調速電機21輸出 穩態工況和按正弦或線性變化的交變激勵工況，可提供各種旋轉機構扭振測試所 需工況，如艦船軸系動力特性的仿真；
2、 通過方便地拆卸和/或更換聯軸器25、偏心飛輪26和操控磁粉制動器27， 以改變系統模擬仿真參數，如扭振振幅、角頻率和交變扭矩等；
3、 通過在線實時數據測控系統，完成對仿真模擬平臺所提供的交變扭轉角、 扭振角速度和扭振角位移波形參數的全時域、頻域及相關三維瀑布圖的全功能復 合歸一化文件。
權利要求1、一種複合交變扭矩扭振加載試驗平臺，該試驗平臺包括有控制裝置、加載平臺和測試裝置，控制裝置的控制器經導線連接有加載平臺的變頻調速電機，該變頻調速電機連接有測試軸，該測試軸上分別設置有測速輪、聯軸器、偏心飛輪，測速輪外周側設置有連接向測試裝置的測試系統的傳感器，其特徵在於加載平臺(2)的測試軸(22)的端部連接有一固設於尾端支承(26)的磁粉制動器(27)，在該測試軸(22)上還設置有前、後測速輪(24、24』)，該前、後測速輪(24、24』)對應的測試裝置(3)的前、後傳感器(32、32』)，該前、後傳感器(32、32』)經前、後導線(33、33』)連接有測試裝置(3)的測試系統。
2、 根據權利要求1所述的複合交變扭矩扭振加載試驗平臺，其特徵是前、 後測速輪(24、 24')是齒輪或輪周均布刻槽的轉輪。
3、 根據權利要求1所述的複合交變扭矩扭振加載試驗平臺，其特徵是前、 後測速輪(24、 24')在測試軸(22)上的位置是分設在聯軸器(25)和偏心飛 輪(26)的前、後兩側。
4、 根據權利要求1所述的複合交變扭矩扭振加載試驗平臺，其特徵是磁粉 制動器(25)為伸出軸式磁粉制動器或空心軸式磁粉制動器。
5、 根據權利要求1所述的複合交變扭矩扭振加載試驗平臺，其特徵是聯軸 器(25)是撓性聯軸器，該聯軸器(25)的剛度不小於1.6Nm/rad。
6、 根據權利要求1所述的複合交變扭矩扭振加載試驗平臺，其特徵是偏心 飛輪(26)的厚度不小於5mm，偏心距不小於6mm。
專利摘要一種複合交變扭矩扭振加載試驗平臺，主要解決使用方便等技術問題，其採用技術方案是，在採用變頻電機可控加載的測試軸的端部連接有一固設於尾端支承的磁粉制動器，在該測試軸上還設置二測速輪，並對應該二測速輪分別設置有二傳感器，二傳感器分別經導線連接有測試裝置，適用於各式扭矩扭振仿真模擬平臺。
文檔編號G01H1/00GK201255660SQ200820152649
公開日2009年6月10日 申請日期2008年9月3日 優先權日2008年9月3日
發明者嚴康平, 吉鴻磊, 孫偉星, 靜 林, 雁 王, 巍 胡 申請人:中國船舶重工集團公司第七○四研究所