基于磁流变液的转子系统不平衡量定量测量系统及测量方法与流程

本发明属于旋转机械转子动平衡技术领域，尤其涉及一种基于磁流变液的转子系统不平衡量定量测量系统及测量方法。

背景技术：

动平衡技术作为旋转机械的关键性和基础性技术，一直受到工业界和学术界的密切关注。大量的统计数据表明，转子的不平衡通常是引起旋转机械振动的主要原因。不平衡会引起转子的挠曲和内应力变化，加剧机器振动，降低机器的工作效率，严重时还会引起各种事故。不平衡不仅是旋转机械主要的激振源，也是多种自激振动的诱发因素，平衡状况得到改善，其他的一些故障也将随之缓解或消失。所以动平衡技术的发展和完善，对旋转机械正常运转有着重要意义。

目前，转子不平衡量是用平衡机测定，用平衡机测量转子所得不平衡量，是平衡机本身的不平衡量与转子不平衡量的矢量和，由于平衡机测量零点基准一直没有解决，相应地也不能获得准确的转子不平衡量；另外，在设置不同角度零度参考点时，把转子相对于平衡机旋转一定角度，把转子上的角度零度参考点沿转子旋转的反方向移动相同的角度，工序较为复杂。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于磁流变液的转子系统不平衡量定量测量系统及测量方法，该测量方法使用简单、效率高，可一次性确定转子不平衡量和不平衡位置；该测量系统体积小、质量轻，可适用于各种型号的转子系统。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于磁流变液的转子系统不平衡量定量测量系统，包括磁性液环、压电式压力传感器、前置放大器、数据采集器、计算机、控制器、D/A转换器，压电式压力传感器与前置放大器的输入端相连，前置放大器的输出端与数据采集器的输入端相连，所述数据采集器的输出端连接于计算机，所述计算机与控制器相连，所述控制器与D/A转换器相连，D/A转换器通过导线输出电流给磁性液环；所述压电式压力传感器安装于转子系统转盘的上方，其一端固定于转子系统的支架上，另一端与转盘接触；所述磁性液环安装于转盘表面，磁性液环的中心与转盘中心重合。

进一步的技术方案，所述磁性液环包括环形中空管路、导线外管, 环形中空管路内装有磁流变液，沿环形中空管路的圆周均布有若干线圈，D/A转换器与磁性液环之间的导线穿于导线外管内，所述线圈分别与导线外管内的导线连接，所述线圈的数量根据被测转子系统转子最大直径大小而定，转子最大直径越大，线圈数量相应增多。

进一步的技术方案，所述导线外管是直径小于环形中空管路的同心圆环。

进一步的技术方案，在D/A转换器与磁性液环之间的导线上设有滑环，所述导线经滑环与线圈连接。

进一步的技术方案，所述线圈的数量不少于32个。

进一步的技术方案，所述线圈采用干电池供电，干电池的容量和规格依据线圈的数量而定。

进一步的技术方案，所述供电干电池的最小电流为2A。

本发明还提供一种基于磁流变液的转子系统不平衡量定量测量系统的测量方法，包括以下步骤：

一、在转子系统上安装磁性液环和压电式压力传感器，将磁性液环上的电线接口及压电式压力传感器线缆接口连在控制器上，将控制器与计算机相接连；安装于转子系统转盘的上方，其一端固定于转子系统的支架上，另一端与转盘接触；磁性液环安装于转盘表面，磁性液环的中心与转盘中心重合；转子系统运转后，压电式压力传感器采集转盘的信号，通过前置放大器、数据采集器，传输给计算机，计算机发出指令给控制器，经D/A转换器后，输出电流给磁性液环；

二、运行转子系统，并保持匀速旋转，转速不低于50r/min，并保持不少于10s，使磁性液环内部的磁流变液基本保持均匀分布；

三、设置磁性液环的各线圈电流为0.1A的恒定值，使磁性液环内的磁流变液呈现慢速流通状态；

四、线圈按照功能分为两类：主动线圈和被动线圈，其中主动线圈的电流值总是大于或等于被动线圈的电流值；被动线圈用于存储磁流变液，主动线圈用于弥补系统不平衡量的大小，主动线圈或被动线圈根据被测系统实际的不平衡量确定；

五、设主动线圈电流值为I，被动线圈电流值为I'，线圈总数为N，主动线圈只有1个，则被动线圈有N-1个；

各线圈电流值约束条件如下：

（1）；

（2），干电池能量取决于被测转子系统的大小，与线圈的数量有关，原则上总电流值不少于2A；

六、根据压电式力传感器反馈回来的信息，控制器进行智能寻优，优化目标是压电式力传感器的测量幅值最小；优化对象为：主动线圈和被动线圈电流值；优化算法如下所示：

（1）令线圈1为主动线圈，其余线圈为被动线圈，平均分配总电流值，令各线圈值相等；

（2）增大主动线圈电流，同时减小被动线圈电流，但保证各被动线圈电流相等；

（3）查看压电式压力传感器反馈回来的幅值是否变小；

如果压电式压力传感器幅值变小，继续增大主动线圈电流，直至压电式压力传感器幅值为零，停止测试，记录数值；如果压电式压力传感器幅值变大，则表明线圈1不适合作为主动线圈，改定义线圈2为主动线圈，依次类推，重复进行（2）-（4）的操作，直到满足压电式压力传感器幅值变小的条件；

七、优化结束后，保存各电流值，结束测试；

八、根据保存的各线圈电流值，等价计算不平衡量的大小，并记录相应位置，不平衡量计算方法如下：

。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

（1）利用磁流变液受电磁场的影响特点，用于调配质量分布，以实现动平衡的目的；

（2）经过一次调配即可实现动平衡量的计算，不需要反复测试；

（3）可精确计算处不平衡量的大小和位置；

（4）应用场合比较灵活，可适用于其他动平衡机无法解决的大型、复杂结构的转子系统。

附图说明

图1是本发明测量系统的结构图；

图2是本发明磁性液环的结构图；

图3是图2中A-A的剖面图；

图4是本发明测量方法的流程图；

图中：1、环形中空管路；2、线圈；3、导线外管；4、磁流变液；5、导线；6、D/A转换器；7、滑环。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明利用磁流变液在电磁场的影响下能够改变粘稠特性的这一特点，提出了一种新型的转子系统不平衡定量测量方法及测量系统，如图1所示，该系统包括磁性液环、数字型压电式压力传感器、前置放大器、数据采集器、计算机、控制器和D/A转换器6。其中磁性液环结构简单，可依据被测转子的大小灵活选用，磁性液环的结构如图2所示，包括环形中空管路1、磁流变液4、线圈2、导线外管3, 环形中空管路1内装有磁流变液4，沿环形中空管路1的圆周均布有若干线圈2，D/A转换器6与磁性液环之间的导线5穿于导线外管3内，如图3所示，线圈2分别与导线外管3内的导线连接，线圈2的数量根据被测转子系统转子最大直径大小而定，转子最大直径越大，线圈2数量相应增多。导线外管3是直径小于环形中空管路1的同心圆环。在D/A转换器6与磁性液环之间的导线5上设有滑环7，导线5经滑环7与线圈2连接，整个磁性液环能够旋转。该测试方法使用简单、效率高，可一次性地确定转子不平衡量和不平衡位置。该测试系统体积小、质量轻，可适用于各种型号的转子系统。

本发明所提供的测量系统的工作原理如下：压力传感器安装于转子系统的转盘上方，其一端固定于支架，一端接触于转盘。将磁性液环安装于转盘表面，并保证磁性液环中心与转盘中心吻合。转子系统运转后，压力传感器采集到信号，通过前置放大器、数据采集器，传输给计算机，之后计算机发出指令给控制器，经D/A转换器6后，输出电流给磁性液环，用于控制磁性液环内各线圈2的电流值。线圈2数量根据被测系统的大小而定，原则上不少于32个，系统转子最大直径越大，线圈2数量越多。线圈2数量越多，系统不平衡量的测量结果越精确。线圈2依靠干电池供电即可，干电池数量和规格根据被测转子系统大小而定，原则上最小电流2A。各线圈2之间为并联结构，分别受控制器控制。

图4是本发明测量方法的流程图，测量步骤如下：

一、在转子系统上安装磁性液环和压电式力传感器，将磁性液环上的电线接口及传感器线缆接口连在控制器上。将控制器与计算机相接连；

二、运行转子系统，并保持匀速旋转，转速不低于50r/min，并保持不少于10s，使磁性液环内部的磁流变液4基本保持均匀分布；

三、设置磁性液环的各线圈2电流为0.1A的恒定值，使磁性液环内的磁流变液4呈现慢速流通状态；

四、线圈2按照功能分为两类：主动线圈和被动线圈，其中主动线圈的电流值总是大于或等于被动线圈的电流值。被动线圈用于存储磁流变液4，主动线圈用于弥补系统不平衡量的大小。主动或被动线圈的指定根据被测系统实际的不平衡量确定；

五、设主动线圈电流值为I，被动线圈电流值为I'，线圈总数为N，主动线圈只有1个，而被动线圈有N-1个；

各线圈电流值约束条件如下：

（1）；

（2），干电池容量取决于被测转子系统的大小，与线圈的数量有关，也即线圈的数量越多，干电池的容量越大，原则上总电流值不少于2A；

六、根据压电式力传感器反馈回来的信息，控制器进行智能寻优，优化目标是压电式力传感器的测量幅值最小；优化对象为主动和被动线圈电流值；优化算法如下所示：

（1）令线圈1为主动线圈，其余线圈为被动线圈，平均分配总电流值，令各线圈值相等；

（2）增大主动线圈电流，同时减小被动线圈电流，但保证各被动线圈电流相等；

（3）查看压电式压力传感器反馈回来的幅值是否变小；

（4）如果传感器幅值变小，继续增大主动线圈电流，直至传感器幅值为零，停止测试，记录数值；如果传感器幅值变大，则表明线圈1不适合作为主动线圈，改定义线圈2为主动线圈，依次类推，重复进行（2）-（4）的操作，直到满足传感器幅值变小的条件；

七、优化结束后，保存各电流值，结束测试；

八、根据保存的各线圈电流值，等价计算不平衡量的大小，并记录相应位置。不平衡量计算方法如下：

。

本发明是利用磁流变液体受电磁场的影响特点，用于调配质量分布，以实现动平衡的目的；经过一次调配即可实现动平衡量的计算，不需要反复测试；可精确计算处不平衡量的大小和位置；应用场合比较灵活，可适用于其他动平衡机无法解决的大型、复杂结构的转子系统。