一种提升机主轴动态响应特性测试装置及方法与流程

本发明涉及提升机主轴测试，具体为一种提升机主轴动态响应特性测试装置及方法。

背景技术：

矿井提升机主轴装置是千米深井大型提升机的重要组成部分，起着传递动力和承受载荷的重要作用。该系统不仅要承受轴系在各种工况下产生的动态载荷，而且需要承受提升机工作过程中其他部件引起的载荷，在这些复杂载荷的作用下，提升机主轴装置经常出现异常剧烈振动，有时甚至出现部件损坏，致使设备无法正常运行，严重威胁着提升系统的稳定性和安全性。

我国金属、煤炭开采逐渐向超深方向发展，致使矿井提升机主轴装置所受静载荷越来越大、动载荷越来越复杂，并对稳定性和安全性提出越来越高的要求。然而到目前为止，人们还没有充分掌握在不平衡力、滚动轴承支撑力、制动器的摩擦力以及绳索施加的载荷等作用下提升机主轴装置的弯扭耦合非线性动态响应特性，尤其是系统参数对主轴装置动态响应特性及其稳定性的影响规律。因此，开展千米深井大型提升机主轴装置弯扭耦合振动机理研究，对于提高我国千米深井大型提升系统的安全生产具有重要意义，对千米深井大型提升机主轴装置结构设计和制造业的经济与社会效益提高等具有应用价值，同时对存在于其他设备中旋转轴系的动力学特性研究及其结构设计具有重要的科学意义。

目前，对旋转机械振动信号的测量大多都是非接触式的位移测量系统，且常用电涡流位移传感器进行测量，但是电涡流位移传感器对于高频信号却很不敏感，很难准确测得，虽然加速度传感器对高频信号很敏感，但很难实现非接触测量。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种非接触测量的提升机主轴动态响应特性测试装置，本发明另一目的是提供一种非接触测量的提升机主轴动态响应特性测试方法。

技术方案：本发明所述的一种提升机主轴动态响应特性测试装置，其特征在于：包括主轴装置、控制柜、遥测系统、数据采集分析装置和计算机，控制柜用于控制提升机的运行和旋转，主轴装置包括主轴、滚动轴承和卷筒，主轴由滚动轴承支撑，主轴上设置用于测量横向弯曲和扭转振动的加速度传感器，加速度传感器与遥测系统相连，滚动轴承的外表面设置用于测量振动位移和轴心轨迹的电涡流位移传感器，遥测系统、电涡流位移传感器均与数据采集分析装置相连，数据采集分析装置与计算机相连，对各路响应信号进行采集和分析，得到在不同工况下提升机主轴的振动响应特性。

遥测系统包括电源、电源发生器、信号接收器、信号拾取器、发射模块、信号调理模块、编码器和信号感应线圈，加速度传感器将信号传输给信号调理模块，经编码器的处理后由发射模块经信号感应线圈将信号传输给信号拾取器，信号拾取器将信号传输到信号接收器，信号接收器将信号传输至数据采集分析装置。信号感应线圈与信号拾取器的距离为3～100mm，信号感应线圈与电源发生器的距离为3～10mm，距离过近或过远会影响遥测的准确性。

电涡流位移传感器测得的信号经电涡流前置放大器放大后输送到数据采集分析装置。电涡流位移传感器分别设置在垂直和水平方向上，电涡流位移传感器数量为两个或4个，垂直方向上的电涡流位移传感器用于测量转子系统垂直方向的位移信号和轴心轨迹，水平方向上的电涡流位移传感器用于测量转子系统水平方向的位移信号和轴心轨迹。电涡流位移传感器通过磁性座固定于滚动轴承的外表面。

加速度传感器通过胶水或胶带加固在主轴上，确保在运转的过程中加速度传感器不会松动，加速度传感器垂直方向的信号用于测量主轴的横向弯曲振动，水平方向的信号用于测量主轴两侧的切向振动，将这两个切向振动信号进行相减运算，抵消弯曲振动信号的影响，将得到主轴扭转方向的振动信号。主轴通过联轴器和电机相连，电机在带动主轴运转，电机通过地脚螺栓与电机支撑座相连。卷筒与主轴固定连接，卷筒两端对称设有制动盘，制动盘上设有止口，制动盘通过止口套在卷筒端部并通过螺栓固定。制动盘为分体对接结构，通过焊接在其对接处用连接板和螺栓连接，能够制动盘的分体运输、现场安装，安装时只需用扭力扳手，按一定的拧紧力矩，将螺栓拧紧即可。更换制动盘时，只要将原制动盘全部卸下，将新盘换上即可，安装周期大大缩短。滚动轴承安装在轴承支撑座上，轴承支撑座通过螺栓固定在刚性面上。

控制柜界面显示的参数包括励磁电压、电流、功率以及主轴的旋转速度等，以便使用人员能时刻监视提升机主轴装置的运作状况，电源通过频率为30～60hz的电源发生器给控制柜供电，电源的供应和信号的拾取都是通过电磁感应来实现的，所以在电磁感应的区域应避免其他电磁场的出现，以确保拾取的信号真实和稳定。

上述装置的测试方法，包含以下步骤：提升机的主轴装置工作；电涡流位移传感器将振动信号传输至电涡流前置放大器，再输送到数据采集分析装置；加速度传感器将振动信号传输给信号调理模块，经由编码器的处理后由发射模块和信号拾取器将信号传输到信号接收器，再输送到数据采集分析装置；数据采集分析装置将数据传输到计算机，配合计算机中的软件，得到在不同工况下提升机主轴装置的振动响应特性。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：建立千米深井大型提升机主轴装置弯扭耦合非线性动力学模型，揭示载荷、旋转速度、支撑刚度、膜厚比等系统参数对系统动力学特性的影响和稳定性演化规律，为千米深井大型提升机主轴装置结构优化和减振降噪提供理论基础；通过遥测系统实现了非接触测量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明遥测系统3的结构示意图。

图3是本发明的工作原理图。

具体实施方式

如图1，控制柜2控制整个提升机系统的运行，主轴装置1的电机105通过地脚螺栓106与电机支撑座107固定连接，并通过联轴器104和主轴101连接，带动提升机的主轴装置1转动，主轴101通过两个滚动轴承102支撑，滚动轴承102安装在轴承支撑座110上，轴承支撑座110通过螺栓固定在水泥地面上，在左侧滚动轴承102的右端主轴101上装有加速度传感器6，用胶水或胶带将加速度传感器6粘附于主轴101上固定，在滚动轴承102外壳上布置电涡流位移传感器7，用磁性座将其固定在试验台上，用于测量主轴装置1的转子系统横向振动信号，电源301通过频率为30～60hz的电源发生器302给其它硬件供电，电源301的供应和信号的拾取都是通过电磁感应来实现的，所以在电磁感应的区域应避免其他电磁场的出现，以确保拾取的信号真实和稳定。卷筒103与主轴101固定连接，卷筒103两端对称设有制动盘108，制动盘108上设有止口，制动盘108通过止口套在卷筒103端部并通过螺栓固定。制动盘108为分体对接结构，通过焊接在其对接处用连接板109和螺栓连接。滚动轴承102安装在轴承支撑座110上，轴承支撑座110通过螺栓固定在刚性面上。控制柜2界面显示的参数包括励磁电压、电流、功率以及主轴的旋转速度等，以便使用人员能时刻监视提升机主轴装置的运作状况。

如图2，遥测系统3包括电源301、电源发生器302、信号接收器303、信号拾取器304、发射模块305、信号调理模块306、编码器307和信号感应线圈308，信号感应线圈308与信号拾取器304的距离为3～100mm，信号感应线圈308与电源发生器302的距离为3～10mm，距离过远会影响遥测的准确性。

本发明的工作原理如图3，通过电涡流位移传感器7测量主轴装置1的转子系统横向振动信号，测量得到的横向振动信号经电涡流前置放大器8放大后再由低噪声线缆输送到数据采集分析装置4。加速度传感器6将主轴101的振动信号传输给信号调理模块306，经由编码器307的处理后由发射模块305和信号拾取器304将信号传输到信号接收器303。数据采集分析装置4对各路响应信号进行采集和分析，配合计算机5中的软件，将得到在不同工况下提升机主轴装置1的振动响应特性。