一种力可控的液压加载式转子碰摩试验台的制作方法

本发明涉及一种转子碰摩试验台,属于旋转机械模拟实验技术领域。

背景技术：

旋转机械是指依靠转子旋转运动进行工作的机器，由转子、轴承等零部件组成。转子作为旋转机械的主要部件，与定子的碰摩是旋转机械中最常发生也是极具破坏性的一种故障。通过转子碰摩试验台模拟转子碰摩故障，研究不同碰摩程度下旋转机械的运行状态，对于预防旋转机械碰摩事故的发生具有重要的实际意义。

转子碰摩试验装置多采用碰摩钉或碰摩柱等部件进行碰摩模拟试验，通过手动或自动的方式调节碰摩钉或碰摩柱与转子的法向碰撞力，碰摩时的切向摩擦力则采用应变片进行测量。其不足之处在于，试验装置采用碰摩钉或碰摩柱与转子进行碰摩，通过手动或自动的方式实现法向碰撞力的调节，当碰摩试验要求的法向碰撞力过大时，容易引起切向摩擦力的过载，从而导致碰摩钉或碰摩柱存在断裂的安全隐患，现有试验装置难以满足高强度碰摩试验的安全需求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种力可控的液压加载式转子碰摩试验台，该试验台采用液压的方式实现法向碰撞力的可控动态加载，通过施力轮给转盘施力、磁粉制动器调节切向摩擦力的阈值，能更准确、安全地模拟旋转机械碰摩故障，为预防旋转机械碰摩事故的发生提供更可靠的试验依据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种力可控的液压加载式转子碰摩试验台，包括转子组件、机座和施力机构，转子组件包括转盘、转轴和转子驱动电机，其特征在于:该碰摩试验台还包括数据采集及控制单元，所述的施力机构包括施力机构底座、滑台、液压缸、拉压力传感器、施力轮、施力轴、动态扭矩传感器和磁粉制动器；施力轴通过轴承安装在施力架上，动态扭矩传感器和磁粉制动器安装在滑台上，施力轴、动态扭矩传感器和磁粉制动器通过联轴器连接；施力架、动态扭矩传感器和磁粉制动器安装在滑台上；滑台通过滑台导轨与施力机构底座相连；所述施力轮的圆心与转盘的圆心保持在同一水平面；施力机构底座通过移动机构导轨与机座相连，施力机构底座并通过移动机构丝杠与移动机构电机相连；所述的数据采集及控制单元分别通过信号线与转子驱动电机、移动机构电机、液压缸、拉压力传感器、磁粉制动器和动态扭矩传感器电连接，采集拉压力传感器的压力信号和动态扭矩传感器的扭矩信号，分别控制转子驱动电机的转速、移动机构电机的转动角度、液压缸的输出力和磁粉制动器的输出扭矩。

优选地，机座上开有两条平行的倒T型槽，转子组件通过倒T型槽与机座相连。

优选地，该转子碰摩试验台还包括移动机构底座，该移动机构底座固定在机座上，施力机构底座通过移动机构导轨设置在移动机构底座上，在移动机构底座与机座之间设有使施力轮的圆心与转盘的圆心保持在同一水平面的调节机构。

优选地，所述的调节机构由垫板和调节螺栓组成。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：①本发明的采用液压方式实现法向碰撞力的可控动态加载，液压缸与拉压力传感器构成闭环控制，可根据用户的试验要求实时控制法向碰撞力的变化曲线，具有力加载精度高、全程可控的优点；②试验台通过施力轮给转盘施力，与采用碰摩钉或碰摩柱施力相比，施力轮可承受的碰摩力强度高，且施力轮外圆周的任意一点均可作为施力点，施力轮的磨损非常小，能长期维持高精度，试验设施的耐用性强于采用碰摩钉或碰摩柱固定点施力的方式；③采用磁粉制动器作为安全保护装置，当切向摩擦力作用在施力轮的扭矩大于等于磁粉制动器的安全输出扭矩时，说明试验产生的切向摩擦力过大，容易引发试验事故，此时，施力轮会带动施力轴开始转动，从而使得碰摩点由滑动摩擦转变为滚动摩擦，降低了切向摩擦力对施力轮的影响，避免了试验事故的发生，若采用碰摩钉或碰摩柱的施力方式，则不可避免的存在碰摩钉或碰摩柱断裂的安全隐患。因此，本发明装置在进行旋转机械碰摩故障模拟试验时，能非常安全、方便地实现法向碰撞力的精确、可靠控制，从而为预防旋转机械碰摩事故的发生提供更可靠的试验依据。④转子组件通过倒T型槽与机座相连，移动机构底座采用调节机构与机座相连的安装方式，方便地实现了不同型号转盘、转轴的可重构，提高了试验台的通用性。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是本发明法向碰撞力加载的控制框图。

图3是本发明磁粉制动器的控制框图。

图中：1-机座；2-施力机构底座；3-滑台导轨；4-液压缸；5-拉压力传感器；6-滑台；7-施力架；8-施力轮；9-施力轴；10-动态扭矩传感器；11-转盘；12-转轴；13-轴承套；14-轴承安装座；15-转子驱动电机；16-倒T型槽；17-磁粉制动器；18-移动机构电机；19-垫板；20-移动机构丝杠；21-移动机构底座；22-移动机构导轨。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构、原理及工作过程做进一步说明。

如图1所示，本发明提供的一种力可控的液压加载式转子碰摩试验台，包括转子组件、施力机构和机座1，转子组件包括转盘11、转轴12、转子驱动电机15和数据采集及控制单元；所述的施力机构包括施力机构底座2、滑台6、液压缸4、拉压力传感器5、施力架7、施力轮8、施力轴9、动态扭矩传感器10和磁粉制动器17；施力轴通过轴承安装在施力架7上，动态扭矩传感器10和磁粉制动器17安装在滑台6上，施力轴9、动态扭矩传感器10和磁粉制动器17通过联轴器连接；施力架7、动态扭矩传感器10和磁粉制动器17安装在滑台6上。

滑台6通过滑台导轨3与施力机构底座2相连；所述施力轮8的圆心与转盘11的圆心保持在同一水平面；施力机构底座2通过移动机构导轨22与机座1相连，施力机构底座2并通过移动机构丝杠20与移动机构电机18相连。

所述的数据采集及控制单元分别通过信号线与转子驱动电机15、移动机构电机18、液压缸4、拉压力传感器5、磁粉制动器17和动态扭矩传感器10电连接，并采集拉压力传感器5的压力信号和动态扭矩传感器10的扭矩信号，分别控制转子驱动电机15的转速、移动机构电机18的转动角度、液压缸4的输出力和磁粉制动器17的输出扭矩。

为方便地实现不同型号转盘、转轴的可重构，提高试验台的通用性，可在机座1上开设两条平行的倒T型槽16，转子组件通过倒T型槽16与机座相连。

在实验过程中，为了使施力轮的圆心与转盘的圆心保持在同一水平面内，该转子碰摩试验台还包括移动机构底座21，该移动机构底座固定在机座1上，施力机构底座2通过移动机构导轨22设置在移动机构底座21上，在移动机构底座与机座之间设有使施力轮的圆心与转盘的圆心保持在同一水平面的调节机构。本实施例中，调节机构采用由垫板19和调节螺栓组成。

当需要更换不同型号的转盘11、转轴12时，只需调整轴承安装座14在倒T型槽16的位置、更换与转轴12轴承配套的轴承套13、调整设置在移动机构底座21与机座1之间的调节机构即可实现转盘11、转轴12的可重构。

图2、3所示，试验时，液压缸4、拉压力传感器5构成闭环控制，磁粉制动器17为开环控制，数据采集及控制单元通过拉压力传感器5、动态扭矩传感器10采集法向碰撞力、切向摩擦力的大小，从而得到研究旋转机械碰摩故障所需的试验数据，为预防旋转机械碰摩事故的发生提供更可靠的试验依据。

本发明的原理和工作过程是：

根据待试验的转盘11、转轴12尺寸，调整设置在移动机构底座21与机座1之间的调节机构，使施力轮8的圆心与转盘11的圆心保持在同一水平面；移动机构电机18驱动移动机构丝杠20旋转，从而带动施力机构底座2沿移动机构导轨22移动，当施力轮8与转盘11处于同一竖直平面时，移动机构电机18停止转动并保持自锁状态；转子驱动电机15根据用户的试验要求驱动转轴12从而带动转盘11转动；数据采集及控制系统根据用户输入的法向碰撞力的变化曲线，实时控制液压缸4输出力的大小，通过施力轮8给转盘11施加力，从而实现碰摩法向碰撞力按用户需求变化，以模拟旋转机械碰摩故障的各种工况；根据用户输入的切向摩擦力阈值，通过计算切向摩擦力阈值与施力轮8半径的乘积，从而得到磁粉制动器17的安全输出扭矩，控制磁粉制动器17的输出扭矩为安全输出扭矩，并通过施力轴9作用在施力轮8上。当试验产生的切向摩擦力不大于输入的切向摩擦力阈值时，施力轮8处于锁死状态，施力轮8的外切点与转盘外圆周表面进行碰摩，此时碰摩点为滑动摩擦，碰摩试验正常进行并采集试验数据；当试验产生的切向摩擦力大于等于输入的切向摩擦力阈值时，说明试验产生的切向摩擦力过大，容易引发试验安全隐患，此时，施力轮8会带动施力轴9开始转动，从而使得碰摩点由滑动摩擦转变为滚动摩擦，降低了切向摩擦力对施力轮8的影响，碰摩试验结束。