一种用于扭振减振器的试验装置及试验系统的制作方法

本申请涉及旋转机械设备试验装置领域，并具体涉及关于扭振减振器的试验装置。

背景技术：

簧片滑油型扭振减振器被安装在船用柴油机的自由端，该扭振减振器主要由内部构件、外部构件、簧片组件等组成。通过外部构件的转动惯量和簧片组件的刚度，可改变轴系的固有频率，使曲轴系在柴油机转速范围内不产生明显的共振；通过内部构件和外部构件之间的相对运动，产生摩擦阻尼，耗散振动能量。因此，该扭振减振器的动态性能参数主要是动态扭转刚度和阻尼系数。

目前，在扭振减振器的动态性能参数试验采用的试验装置中，伺服电机型试验装置是最接近扭振减振器实际使用情况的。该试验装置可测量轴承处的振动和激励扭矩。要测量外部构件的振动响应，需要加装适用的测量齿盘。

然而，利用齿盘来获得动态性能参数存在一些问题。首先，齿盘的分度误差和齿廓误差将严重影响测量的准确性；其次，增加的齿盘与扭振减振器一同进行试验，测试的结果为二者整体的动态性能，与扭振减振器自身的动态性能有一定差别；最后，需要使用扭矩传感器，其制造和维护成本较高。

另外，扭振减振器的作用是保护曲轴系运行安全，一旦失效，将会导致曲轴扭振增大，传动部件破坏、轴系疲劳断裂等严重事故，因此需要在装机前考核其运行可靠性。

目前，船用柴油机扭振减振器不进行疲劳试验，一般通过基于经验的设计，结合仿真计算保证其运行可靠性。

技术实现要素：

本申请的目的是提供一种用于扭振减振器的试验装置，其能够消除或至少缓解现有技术的上述问题。

根据本申请，提供一种用于扭振减振器的试验装置，用于对扭振减振器进行动态性能试验和疲劳试验，包括：激励模块，与所述扭振减振器连接，所述激励模块的输出端将扭振激励传递到所述扭振减振器；测量模块，与所述扭振减振器连接，以分别测量所述扭振减振器的内部构件与外部构件的加速度；以及分析与报警模块，接收并存储经由所述测量模块无线传输的所述内部构件和外部构件的加速度，并借助所述内部构件和外部构件的加速度得到所述扭振减振器的扭转刚度和阻尼系数。

根据本申请的试验装置，其中，所述测量模块包括两个无线加速度传感器，分别沿旋转方向的切向设置在所述扭振减振器的内部构件和外部构件上。

根据本申请的试验装置，其中，所述激励模块通过连接轴连接到所述扭振减振器的内部构件。

根据本申请的试验装置，其中，所述测量模块还包括：压力变送器，测量供应到所述扭振减振器的滑油的压力；和温度传感器，测量供应到所述扭振减振器的滑油的温度，所述压力和温度被传输到所述分析与报警模块。

根据本申请的试验装置，其中，所述激励模块包括变频电机和变频电机控制器，所述变频电机受到所述电机控制器的控制而将扭振激励传递到所述扭振减振器。

根据本申请，还提供一种试验系统，用于对扭振减振器进行动态性能试验和疲劳试验，包括：如上所述的试验装置；和供油装置，连接到所述扭振减振器，用于为所述扭振减振器供油。

根据本申请的试验系统，其中，所述压力变送器和温度传感器设置在所述供油装置。

根据本申请的试验装置，能够模拟柴油机的自由端的扭振激励，在不增加测试齿盘也不改变扭振减振器结构的情况下，实现对扭振减振器动态性能的测试，并可以在配机之前，进行扭振减振器的疲劳试验的考核。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1示出根据本申请的用于扭振减振器的试验系统的示意图；

图2是沿图1中的a-a线的剖视图；

图3是根据本申请的配油器的示意图；

图4是沿图3中的b-b线的配油轴的剖视图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

图1示出根据本申请的用于扭振减振器的试验系统的示意图。200表示扭振减振器，例如簧片滑油型扭振减振器、卷簧型扭振减振器。用于扭振减振器的试验系统可包括试验装置100和供油装置300，它们与扭振减振器200可经由紧固件800固定连接在一起，如图1中所示的螺栓800。试验装置100可包括激励模块、测量模块以及分析与报警模块。激励模块包括变频电机110和变频电机控制器120，变频电机控制器120可将控制信号输入到变频电机110，使变频电机110的输出能模拟柴油机的自由端含扭振信号的波动扭振激励。变频电机110的输出轴经由连接轴130连接到扭振减振器200，具体地连接到扭振减振器的内部构件，使得扭振减振器200旋转。连接轴130上可设置有轴承140。

激励模块还包括冷却装置150，其可根据变频电机110内的温度来控制变频电机110的运行，并为变频电机110冷却。

供油装置300可向扭振减振器200的内部构件供应滑油，其可包括油箱310、油泵320、供油管330和配油器340。如图3所示，配油器340可包括配油轴342和配油盘344，配油轴342与配油盘344之间连接有轴承343，配油轴342可穿过盖板341插入配油盘344的内腔中。

配油轴342与连接轴130相对地设置并保持对中，即它们的轴线位于同一直线。配油轴342可包括主体部3428和邻近连接轴130的一端直径变大的扩张部3422。配油轴342的主体部3428可设有中心油道3424，中心油道3424可从与扩张部3422相对的一端向扩张部3422延伸至预定长度，并且经由供油管330进入配油盘344中的滑油可被引导到中心油道3424中。中心油道3424可通过扩张部3422内径向设置的通道(如图4所示)与扩张部3422的周边设置的环形油槽3423相通。环形油槽3423与扭振减振器200的内部构件的供油孔对齐，以将滑油供应到内部构件中。因此，油泵320能够将油箱310中的滑油经由供油管330和配油器340供应到内部构件中。

现在参照图4，图4示出了沿图3中的b-b线的配油轴342的剖视图。在扩张部3422与主体部3428之间可设置有法兰部3426，法兰部3426上可设置周向连接孔，以将连接轴130、内部构件和配油器340利用紧固件800连接在一起。

为了测量扭振减振器200的内部、外部构件的加速度，测量模块包括分别附接到连接轴130以及外部构件上的加速度传感器160。具体地，加速度传感器160可包括设置在连接轴130上的第一加速度传感器161和设置在外部构件上的第二加速度传感器162。如图2所示，第一加速度传感器161和第二加速度传感器162可沿扭转减振器200的旋转方向的切向安装，使得加速度传感器的灵敏度方向为旋转方向的切向。优选地，加速度传感器160为无线加速度传感器，得到的加速度的数值经由无线传输到分析与报警模块190，并存储在分析与报警模块中190。

分析与报警模块190可包括显示单元、信号调理与采集单元、存储单元、信号分析软件、报警单元、紧停单元等。信号调理与采集单元将接收到的如加速度数据及下述的压力、温度信号，经过信号调理和数据采集，存储在存储单元中。信号分析软件可对得到的数据进行分析，通过加速度信号分析，得到内部、外部构件之间的传递函数，从而确定扭振减振器的动态特征参数，具体过程在以下详细说明。在进行疲劳试验时，分析与报警模块190可记录振动加速度、压力和温度测量结果，在振动突然增大、压力降低或油温持续升高等情况下，进行报警，必要时实施紧急停机。

测量模块还可包括温度传感器170和压力变送器180，用以测量供应到内部构件中的滑油的温度和压力。如图1所示，温度传感器170和压力变送器180可附接到配油器340。

在开始动态性能试验之前，向内部构件供应滑油，并检测滑油的温度和压力是否符合试验要求。

开始动态试验，变频电机控制器120根据扭振减振器200的实际应用情况，模拟其受到的转速激励，于是加速度传感器160将测得的内部构件和外部构件的加速度a1、a2按下式(1)计算得到减振器的内部、外部构件的扭转角加速度：

式中，a1、a2——测点处切向振动加速度；

r1、r2——测点处的回转半径；

ω1’、ω2’——测点处的扭转角加速度。

对ω1’、ω2’进行两次积分，可以得到扭振减振器的内部、外部构件的角位移θ1、θ2。

根据扭振减振器的力学模型建立微分方程如下：

式中：j2——减振器的外部构件的转动惯量；

d——减振器的阻尼系数；

k——减振器的扭转刚度；

θ2、——减振器的外部构件的角位移、角速度、角加速；

θ1、——减振器的内部构件的角位移、角速度。

根据式(2)求得系统传递函数型式如式(3)：

根据扭振减振器的内部、外部部件的角位移θ1、θ2的拉氏变换拟合得到传递函数，从而确定扭振减振器的扭转刚度k和阻尼系数d。

在上述动态性能试验的基础上，通过多次重复动态激励，可以进行疲劳试验。在进行疲劳试验时，通过温度传感器170和压力变送器180检测减振器的滑油的温度和压力，并在出现异常时报警，必要时紧急停机。

本申请提供了一种扭振减振器的动态试验的装置，其同时也可以进行疲劳试验。利用无线加速度测量代替以往的基于“测齿”的扭振测试方法，避免了测试准确性受齿盘分度误差和齿廓误差的影响。利用变频电机来控制输出角的位移变化，提供模拟柴油机的自由端的振幅激励，无需改变减振器的结构，且装夹方式与实际装机情况相同。此外，根据本申请的供油装置提供减振器的供油及油压保持，较好的模拟了装机运行工况。同时可以进行疲劳试验，代替了目前依靠经验和仿真计算进行船用柴油机的扭振减振器的疲劳可靠性评价。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。