振动机的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种包括状况监测装置的振动机，所述振动机具有：第一振动体(1)，其被相对于第二振动体(2)或基体弹性地支撑；第一激励器(3)，其使所述振动机或振动体(1)产生目标振动行为。所述状况监测装置具有惯性传感器形式的至少一个第一微机电装置，所述第一微机电装置具有至少三个加速度传感器和至少三个转动角速度传感器。
【专利说明】
振动机
技术领域
[0001]本发明涉及根据方案I的前序部分的振动机。
【背景技术】
[0002]通常不希望具有转动部件的工业机器中发生自激振动。出于此原因，在标准和规程(例如DIN ISO 10816)中也定义了振动参数，能够基于这些标准和规程评价具有转动部件的机器的振动行为。使用这些振动参数能够得到关于机器的当前状况的结论，从而能够预知剩余的运行寿命。
[0003]与之相比，诸如振动筛、振动输送器或振动离心机等的振动机会经受对于实现其功能所必须的连续振动负荷。它们通常具有包括一个或多个非均衡质量体的激励器或刺激振动机执行振动运动的磁性激励器。该振动运动特别用在用于筛分的输送处理和分离处理中，或者还用于在材料传输之后或在材料传输的同时进行的粉碎处理。因此，该振动机通常用于或主要地用在不同尺寸和成分的散料的处理和传输中。它们会由于恒定的振动负荷而受到过度磨损。逐渐的磨损能导致以下结果:振动机的振动行为与期望的振动行为不同。一方面，这可能会对振动机的所期望的功能实现产生不利影响，另一方面，这可能会加快导致振动机的完全失灵的磨损进程。为了避免由组成部件缺陷引起的相当长的停机时间，值得做的是能够在组成部件完全失灵之前推断出组成部件的运行寿命。因此，从现有技术已知为任意类型的振动机配备用于监测运行状态的装置。
[0004]当前已知用于监测振动机的状况的各种途径，这些途径可以独立地或额外地用于检测振动机的状况。
[0005]第一种途径是监测轴承和/或驱动器，轴承和/或驱动器通常构建在激励器内并确保期望的力传递。这些轴承和/或驱动器通常通过确定结构声(structure-borne sound)来监测，结构声通常通过压电加速度传感器来测量。该途径的一个示例是EP 1285175A1，在EP1285175A1中通过不同的传感器(机械和压电传感器)来监测轴承。该途径涉及的测量的加速度频率通常在几百赫兹到数千赫兹的范围并且包括因轴承和/或驱动器损坏引起振动而产生的激励器的结构共振频率。
[0006]监测振动机的状况的第二种途径是执行模态分析(modalanalyses)以检测结构动态。在振动机的情况下，关于结构动态的信息最重要的是确保运行频率在振动机的现有固有频率之外。此外，通过反复的模态分析和结果比较能够得出关于状况变化的结论。结果，能够监测对振动机的结构动态有影响的所有组成部件的状况。DE 102008019578A1说明了用于监测能够推断出关于机器状况的推论的结构动态的实例。这里，借助于加速度传感器反复记录振幅谱或共振谱，将该振幅谱或共振谱与之前已知的振幅谱比较。使用当前的谱和之前已知的谱之间的差别作为可能损坏的指标。模态分析常在未运转的机器中进行。
[0007]监测振动机的状况的第三种途径是基于在运行期间记录的振动行为来进行直接测量。振动机的振动行为通常也使用压电加速度传感器来记录。有别于前述监测轴承和/或驱动器的途径，该途径涉及的频率与激励频率自身对应，并且可选择地与激励频率的倍数对应。振动机的激励器频率通常在几赫兹到<30赫兹的范围。在振动机上通常安装有多个压电加速度传感器，以便能够多维地监测振动行为。如果将振动机简化地视为刚性体，则所适用的物理原理是该体具有六个自由度(三个平移自由度和三个转动自由度)。因此，使用压电加速度传感器允许直接记录六个可能的自由度中的三个自由度、即平移自由度。缺失的转动运动模式在理论上能够从空间上分离但类似定向的加速度传感器的相关评价间接地得到。然而，用于记录转动运动的该方法总是受到误差的影响。
【发明内容】
[0008]与此背景相比，结果是，除了确定轴承部件的润滑流体或润滑油的温度上升和确定结构声形式的振动负荷增大以外，与正常振动行为偏离的振动行为还能够指示振动机的特定组成部件的接近失灵。此外，与期望的振动行为偏离的振动行为指示了振动机的受限的功能实现。因此，目的是确定振动机的振动行为的偏离以便能够作出关于运行状态的推断。
[0009]该目的通过具有方案I的特征的振动机来实现。有利的改进是从属方案的主题并包括在说明书中。
[0010]本发明提供一种具有状况监测装置的振动机，该振动机包括被相对于第二振动体或基体弹性地或柔性地支撑的第一振动体。第一振动体可以是包含诸如筛面或增强件等的其它组成部件或部件的振动壳体或振动框架。该第一振动体通常借助于钢弹簧被相对于第二振动体或基体弹性地支撑。然而，可选地，也可以使用弹性体轴承或其它弹性轴承。用作吸振器的第二振动体在该情况下可以是分隔的框架，该分隔的框架进而被相对于基体弹性地支撑。此外，振动机包括使振动机或振动体产生目标振动行为的至少一个第一激励器。振动机通常还具有用于驱动激励器的马达和用于将马达连接到激励器的驱动轴。激励器可以是使振动机以目标平移方向振动的方向激励器或驱动振动机执行圆形振动运动的圆形激励器。
[0011 ]根据本发明，振动机还包括状况监测装置。
[0012]状况监测装置进而可以包括用于监测振动行为的装置和/或结构声测量装置和/或温度测量装置。作为状况监测装置的一部分的用于监测振动行为的装置具有惯性传感器形式的至少一个第一微机电装置，所述装置配备有至少三个加速度传感器和至少三个转动角速度传感器。而压电加速度传感器在测量对象与压电元件之间具有连续的机械联接，压电加速度传感器由此特别高地适合于拾取几千赫兹的高频范围内的结构声，因此，惯性传感器(基于惯性的转动角速度和加速度传感器)特别高地适合于O赫兹到几百赫兹的低频范围内的动作记录。惯性传感器典型地为微机电系统(MEMS)并且通常由硅制成。这些传感器是弹簧为仅几微米宽的娃棒且质量件也由娃制成的弹簧质量系统(spring-mass system)。可以通过加速期间的位移来测量簧上悬挂部件(sprung-suspended part)与固定参比电极(fixed reference electrode)之间的电容变化。
[0013]在惯性传感器中均彼此垂直地布置的加速度传感器测量X-或y-或Z-轴上的线性加速度，借此能够通过双积分(double integrat1n)计算被振动机覆盖的距离，转动角速度传感器测量绕着X-或y-或Z-轴的角速度，使得能够通过单积分(single integrat1n)确定角度变化。具有三个加速度传感器和三个转动角速度传感器的惯性传感器还称为6DMEMS传感器。还可以使用磁力计确定传感器在空间中的绝对位置，由此为了检测三个轴线同样彼此垂直配置的三个磁力计的配置是有利的。在三个加速度传感器、三个转动角速度传感器和三个磁力计的组合的情况下，相应地使用术语9D MEMS传感器。此外，惯性传感器还可以附加有压力传感器和/或温度传感器。
[0014]因而，包含三个平移和三个转动测量轴线的六维惯性传感器对于检测振动机的振动行为是理想的，并且该六维惯性传感器能够完全检测被视为刚性体的振动机在空间内的运动。
[0015]振动行为的必要条件涉及例如振动频率、振动振幅和振动模式。
[0016]如果已知六维惯性传感器的位置和定向，则能够通过适当的转变算法(convers1n algorithm)计算刚性体的各个点的加速度、速度和路径形式的所有运动。
[0017]利用用于监测振动行为的装置能够以这种方式检测弹簧或轴承的损坏以及驱动轴和中间轴的损坏。此外，能够确定挡板(side cheek)、横向构件和纵向滑块的裂纹或断裂。最后，还能够确定过高或非对称负荷形式的不良负荷或不良筛网布组成部件。
[0018]轴承和齿轮的损坏(例如轴承的轴承面破裂)会发出冲击脉冲形式的结构声。能够通过一个或多个压电加速度传感器形式的结构声测量装置来测量这些信号。压电加速度传感器可以设置在振动机上的与惯性传感器不同的位置处。能够将压电加速度传感器的测量数据转变成例如如下的状态变量:有效值、波峰因数、和/或峰度。其它状态变量也是可能的。
[0019]有利地，用于监测振动机的振动行为的惯性传感器可以附加有数据存储器和/或处理器。因此，一个或多个惯性传感器和/或数据存储器和/或处理器布置在电路板上。使用包括至少一个惯性传感器和处理器的组件作为测量数据采集装置。测量数据采集装置还可以包含结构声测量装置、温度测量装置、存储器和/或用于传送数字数据的模块。可以利用所述装置确定需要的测量数据并将该测量数据传递到评价装置。
[0020]根据本发明的一个实施方式，作为振动机的状况监测装置的一部分的测量数据采集装置可以、并且由此第一惯性传感器也可以直接地布置在振动机的激励器上。在这种情况下，其可以安装于激励器壳体、安装在激励器壳体内或安装在激励器壳体上。振动机(优选为振动筛)通常具有至少一个第二激励器。特别地，在具有大质量的振动筛中，该第二激励器与第一激励器一起使振动体产生所必须的振动运动。为了产生均等的动作运动，必要使这些激励器彼此联接。这通过经由中间轴的连接而典型地发生。由于这种类型的中间轴也因振动压力而受到高的磨损，因此本发明设置了用于监测中间轴的第二惯性传感器。有利地，第二惯性传感器也直接安装于第二激励器。可以使用从两个惯性传感器的各自的测量轴线获得的第一激励器与第二激励器之间的冲击加速度的相位差作为中间轴的状况的参数。
[0021]根据本发明，借助于第一惯性传感器和/或第二惯性传感器，能够例如经由如下状态变量评价振动机的振动行为:加速度振幅、转动角速度振幅、冲击指示器的矢量变化、相位偏移、和/或THD(总谐波失真(total harmonic distort1n))或谐波失真。进一步的分析算法是可能的。为此，状况监测装置包括电子评价装置。电子评价装置被设置用于接收测量数据采集装置的测量数据以及用于评价与前述状态变量相关的测量数据。于是，能够借助于电子评价装置进行所计算的状态变量与所限定的限值的比较检查。根据该任务，能够以比较状态变量与所限定的限值的方式进行评价，其中所限定的限值作为绝对值存储在评价装置中，或者将具有公差范围的初始值设置为所限定的限值。
[0022]有利地，电子评价装置包括用于示出状态变量的显示器和/或当超过所限定的限值时的警报显示器或警报信号发生器。由此，能够通过信号通知使用者振动机是否在预定限值内移动或者是否超过了该预定限值。为了避免因瞬间/瞬态信号(fleeting/transientsignal)而导致的误报警，可以将状况监测算法扩展成使得仅在反复或较久地发生时触发报警状态。
[0023]具有状况监测装置的振动机的一个实施方式提供如下装置:该装置包括彼此分离地布置的两个模块。在该情况下，作为第一模块的测量数据采集装置可以直接地安装于振动机或激励器，作为第二模块的评价装置可以在空间上与第一模块分离地布置或在空间上也与振动机分离地布置。在测量数据采集装置与评价装置的分离配置中，通信线缆同样是由于筛分机的恒定振动负荷而受到增大的磨损的组成部件。为了避免由线缆损坏而引起的系统失灵，本发明因而在评价装置与测量数据采集装置之间设置无线连接。
【附图说明】
[0024]以下将使用示例性的实施方式更详细地说明本发明。在附图中，用相同的附图标记标示在本案中等同作用的元件。具体地，在附图中
[0025]图1以示意性的立体图示出了振动机。
【具体实施方式】
[0026]图1示出了振动机，该振动机具有均被柔性地支撑的第一振动体I和第二振动体2。在这种情况下，可以是例如包括筛面的振动筛的框架的振动体I被通过弹簧7相对于振动体2支撑。可以是例如分隔的框架的振动体2也被相对于坚实的基体或地面柔性地支撑。在这种情况下振动体2能够被说明为吸振器或减振器。该吸振器或减振器的作用是消除可能导致基体或与基体连接的结构损坏的振动。在本示例性实施方式中，通过激励器3使振动体I和2两者执行线性振动动作，其中该振动运动发生在由双箭头8表示的预定方向(激励器的冲击方向)上。被称为方向激励器的激励器3安装于第一振动体I的中央并具有非均衡质量体31，非均衡质量体31的重心与转动轴32偏心地配置。
[0027]激励器3进而被经由驱动轴5与激励器3连接的马达4驱动。
[0028]即使仅给出了一个方向上的由激励器3产生的振动机振动运动，振动机会因其具有六个自由度而执行三个独立方向x、y和z的线性运动和绕着轴线x、y和z的转动运动。为了振动体I在空间内的完整动作检测，在本示例性实施方式中，作为振动机的状况监测装置的一部分的测量数据采集装置6安装于激励器3的壳体盖。可选择地，测量数据采集装置6还可以布置在振动机的任何其它地方。该测量数据采集装置6包括至少一个惯性传感器和处理器。惯性传感器为6D MEMS传感器，其包括三个加速度传感器和三个转动角速度传感器(yaw-rate sensor)。可选择地，可以使用9D MEMS传感器形式的惯性传感器，其除了三个加速度传感器和三个转动角速度传感器以外还包括3个磁力计。
[0029]在本实施方式中，借助于惯性传感器由测量数据采集装置6记录的测量数据无线地发送到评价装置9，在评价装置9处进一步处理所传送的诸如加速度振幅、转动角速度振幅、冲击指示器的矢量变化、相位偏移、和/或THD或谐波失真等的状态变量形式的用于振动机的状况监测的数据。评价装置9除了数据存储器以外还包括用于处理由惯性传感器记录的测量数据的计算单元和屏幕形式的显示单元。为了状况监测，显示单元可以用作警报信号发生器和用于显示振动机的当前状态两者。此外，评价装置9包括串行通信接口和在报警状态时切换的开关输出端(switch output) ο
[0030]将当前状态变量形式的当前状态与预定的限值进行比较的评价允许使用者预知所监测的部件、组成部件或振动机全体的预期寿命。此外，给定的限值内的状态变量决定了振动机的所要求的功能实现。
[0031]附图标记列表
[0032]I振动体
[0033]2振动体
[0034]3激励器
[0035]31 非均衡质量体
[0036]32 转动轴
[0037]4马达
[0038]5驱动轴
[0039]6 测量数据采集装置
[0040]7弹簧
[0041]8 激励器的冲击方向
[0042]9评价装置
[0043]x、y、z运动和转动轴线
【主权项】
1.一种具有状况监测装置的振动机，所述振动机包括: -第一振动体(I )，其被相对于第二振动体(2)或基体弹性地支撑； -第一激励器(3)，其使所述振动机或振动体(I)产生目标振动行为， 其特征在于， -所述状况监测装置具有惯性传感器形式的至少一个第一微机电装置，所述第一微机电装置具有至少三个加速度传感器和至少三个转动角速度传感器。2.根据权利要求1所述的振动机，其特征在于，所述惯性传感器附加有数据存储器和/或处理器。3.根据权利要求1或2所述的振动机，其特征在于，设置至少一个第二激励器，所述第二激励器经由中间轴连接到所述第一激励器(3)。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的振动机，其特征在于，所述惯性传感器设置在至少一个激励器(3)的壳体处、至少一个激励器(3)的壳体内或至少一个激励器(3)的壳体上。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的振动机，其特征在于，所述状况监测装置被设置用于关于以下状态变量中的一者或彼此组合来评价所述振动机的振动行为:加速度振幅、转动角速度振幅、冲击指示器的矢量变化、相位偏移、和/或总谐波失真或谐波失真。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的振动机，其特征在于，设置电子评价装置(9)，所述电子评价装置(9)用于接收一个或多个所述惯性传感器的测量数据和用于关于以下状态变量中的一者或彼此组合来评价所述测量数据:加速度振幅、转动角速度振幅、冲击指示器的矢量变化、相位偏移、和/或总谐波失真或谐波失真。7.根据权利要求6所述的振动机，其特征在于，所述电子评价装置(9)被设置用于比较检查所确定的状态变量和所限定的限值。8.根据权利要求7所述的振动机，其特征在于，将绝对值设置为所述所限定的限值。9.根据权利要求7所述的振动机，其特征在于，将具有公差范围的初始值设置为所述所限定的限值。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的振动机，其特征在于，所述电子评价装置(9)包括用于示出状态变量的显示器和/或当超过所限定的限值时的警报显示器或警报信号发生器。11.根据权利要求1至10中的任一项所述的振动机，其特征在于，测量数据采集装置(6)与所述振动机的状况监测装置的所述电子评价装置(9)在空间上彼此分离地设置。12.根据权利要求1至11中的任一项所述的振动机，其特征在于，无线地设置电子评价装置(9)与测量数据采集装置(6)之间的连接。
【文档编号】G01M7/02GK105899927SQ201580004231
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年2月3日
【发明人】扬·舍费尔
【申请人】申克公司