專利名稱：一種高速電主軸的在線動平衡補償裝置及其補償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及主軸在線動平衡技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高速電主軸的在線動平衡補償裝置及其補償方法。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動時，由于機(jī)械加工中，材料密度分布不均勻、加工毛坯的缺陷、加工誤差、裝配誤差或者設(shè)計等原因，都或多或少使轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均勻，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子不平衡的問題。而由于轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動是旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動中最為常見的一種現(xiàn)象，特別對高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備尤為常見。盡管很多大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械在制造廠都做過單轉(zhuǎn)子平衡，但由于現(xiàn)場運行條件與制造廠進(jìn)行平衡的條件不同，軸系平衡狀態(tài)可能會由于安裝、運行條件、磨損、甚至部件飛脫、熱變形等原因發(fā)生變化。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，旋轉(zhuǎn)機(jī)械由于振動原因?qū)е略O(shè)備失效的大約為60% 70%，其中，因轉(zhuǎn)子不平衡而導(dǎo)致失效的比例為30%左右。轉(zhuǎn)子不平衡給機(jī)電設(shè)備的工作性能造成了很大的負(fù)面影響，同時也是誘發(fā)、加劇其它故障的重要原因。因轉(zhuǎn)子不平衡而引起振動的問題已日益突出，甚至在一些領(lǐng)域已經(jīng)成為制約整個行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量、性能進(jìn)一步提高的瓶頸，動平衡技術(shù)的重要性也愈加彰顯。近年來，數(shù)字信號處理技術(shù)、通信移植技術(shù)、總線技術(shù)、自動控制技術(shù)等的快速發(fā)展，帶動了高速度、高精密性的動平衡技術(shù)數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化日新月異的發(fā)展?，F(xiàn)代轉(zhuǎn)子動平衡技術(shù)通常可分為工藝動平衡、現(xiàn)場動平衡、在線動平衡三類。工藝動平衡是指在動平衡機(jī)上進(jìn)行的平衡；現(xiàn)場動平衡是指轉(zhuǎn)子在實際工作的條件下，利用一些現(xiàn)場測試和分析設(shè)備對轉(zhuǎn)子實施的平衡操作；在線動平衡是指在機(jī)組不停機(jī)的狀態(tài)下，利用一種自動控制機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的平衡的方法。目前，在線動平衡補償方法歸納起來可分為二大類，第一類從質(zhì)量方面著手，通過加重去重的方法直接將轉(zhuǎn)子的重心移到旋轉(zhuǎn)中心，稱之為直接在線動平衡裝置，包括噴涂法、噴液法及激光去重法等。第二類采用力的方法，即給轉(zhuǎn)子長期提供與不平衡矢量方向相反、大小相等的力，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，將其重心強拉至旋轉(zhuǎn)中心，稱為間接在線動平衡裝置，如采用電磁軸承方法及電磁圓盤方法等。上述第一類方法會破壞轉(zhuǎn)子的質(zhì)量，容易產(chǎn)生新的不平衡，效率低。對于上述第二類方法，圓盤在運行過程中一直受平衡電磁力的作用，對于長期運行的旋轉(zhuǎn)機(jī)械來說，能耗大，并且機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作繁瑣、故障率高。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種高速電主軸的在線動平衡補償裝置、用于控制兩套所述補償裝置的控制系統(tǒng)、采用兩套所述補償裝置及所述控制系統(tǒng)對所述高速電主軸進(jìn)行在線動平衡補償?shù)难a償方法。所述補償裝置，包括:第一內(nèi)環(huán)，其固定地套在所述電主軸的轉(zhuǎn)子上，隨所述轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)動；第二內(nèi)環(huán)，其與所述第一內(nèi)環(huán)交錯相對，且固定地套在所述轉(zhuǎn)子上，隨所述轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)動；平衡環(huán)，其自身帶有一個不平衡矢量，套在所述第一內(nèi)環(huán)及第二內(nèi)環(huán)上，在其中一個內(nèi)環(huán)的驅(qū)動下隨該內(nèi)環(huán)同步轉(zhuǎn)動，并能在外力的作用下沿所述轉(zhuǎn)子軸心方向作軸向移動，作軸向移動時，所述平衡環(huán)由其中一個內(nèi)環(huán)驅(qū)動切換為由另一個內(nèi)環(huán)驅(qū)動，每當(dāng)所述平衡環(huán)由其中一個內(nèi)環(huán)驅(qū)動切換為由另一個內(nèi)環(huán)驅(qū)動時，所述平衡環(huán)就相對所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個角度。進(jìn)一步地，所述平衡環(huán)兩側(cè)安裝有彈性元件，所述彈性元件以大小相等，方向相反的力將所述平衡環(huán)向中間壓緊，使所述平衡環(huán)保持同時套在所述第一內(nèi)環(huán)及第二內(nèi)環(huán)上。所述控制系統(tǒng)，包括:檢測模塊，其分散安裝在第一套所述補償裝置的平衡環(huán)(簡稱第一平衡環(huán))、第二套所述補償裝置的平衡環(huán)(簡稱第二平衡環(huán))及所述轉(zhuǎn)子上，用于檢測所述轉(zhuǎn)子的振動、轉(zhuǎn)速及位置信號以及所述第一平衡環(huán)、第二平衡環(huán)的轉(zhuǎn)速及位置信號。信號處理模塊，其與所述檢測模塊連接，用于對所述轉(zhuǎn)子的振動信號進(jìn)行預(yù)處理；第一通信模塊，其與所述檢測模塊連接；控制模塊，其與所述第一通信模塊及所述信號處理模塊連接，用于實時檢測通過第一通信模塊接收到的所述轉(zhuǎn)子的振動信號以及通過信號處理模塊接收到的所述轉(zhuǎn)子、第一平衡環(huán)及第二平衡環(huán)的轉(zhuǎn)速及位置信號，并根據(jù)上述信號判斷所述轉(zhuǎn)子的振動強度是否超標(biāo)，以及如果超標(biāo)，所述第一平衡環(huán)及第二平衡環(huán)需要切換驅(qū)動內(nèi)環(huán)的次數(shù)；第二通信模塊；驅(qū)動模塊，其通過所述第二通信模塊與所述控制模塊連接，用于根據(jù)通過所述第二通信模塊接收到的所述第一平衡環(huán)及第二平衡環(huán)需要切換驅(qū)動內(nèi)環(huán)的次數(shù)控制所述第一平衡環(huán)及第二平衡環(huán)相對所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，以平衡所述轉(zhuǎn)子的不平衡矢量。進(jìn)一步地，所述檢測模塊包括:轉(zhuǎn)子振動電渦流傳感器，其安裝在所述轉(zhuǎn)子上，用于檢測所述轉(zhuǎn)子的振動信號；所述信號處理模塊包括:信號調(diào)理模塊，其與所述轉(zhuǎn)子振動電渦流傳感器連接，用于將所述轉(zhuǎn)子的振動信號進(jìn)行濾波處理；A/D轉(zhuǎn)換模塊，其與所述信號調(diào)理模塊連接，用于將經(jīng)過濾波處理后的振動信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。進(jìn)一步地，所述檢測模塊包括:第一平衡環(huán)電感傳感器，其安裝在所述第一平衡環(huán)上，用于檢測所述第一平衡環(huán)的轉(zhuǎn)速及位置信號；第二平衡環(huán)電感傳感器，其安裝在所述第二平衡環(huán)上，用于檢測所述第二平衡環(huán)的轉(zhuǎn)速及位置信號；轉(zhuǎn)子基準(zhǔn)電感傳感器，其安裝在所述轉(zhuǎn)子上，用于檢測所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速及位置信號;所述第一通信模塊包括一第一光電隔離器，其與所述第一平衡環(huán)電感傳感器、第二平衡環(huán)電感傳感器及轉(zhuǎn)子基準(zhǔn)電感傳感器連接。
進(jìn)一步地，所述控制模塊包括:微控制器，以及與所述微控制器連接的電源管理模塊、時鐘模塊、上位機(jī)、顯示模塊、報警模塊、隨機(jī)存取存儲器；所述微控制器與所述A/D轉(zhuǎn)換模塊及所述第一光電隔離器連接，用于實時檢測通過所述第一光電隔離器接收到的所述轉(zhuǎn)子的振動信號以及通過所述A/D轉(zhuǎn)化模塊接收到的所述轉(zhuǎn)子、第一平衡環(huán)及第二平衡環(huán)的轉(zhuǎn)速及位置信號，并根據(jù)上述信號判斷所述轉(zhuǎn)子的振動強度是否超標(biāo)，以及如果超標(biāo)，所述第一平衡環(huán)及第二平衡環(huán)需要切換驅(qū)動內(nèi)環(huán)的次數(shù)。進(jìn)一步地，所述第二通信模塊包括一第二光電隔離器；所述驅(qū)動模塊包括一噴氣裝置，所述噴氣裝置包括:噴氣口通斷控制電路，其與所述第二光電隔離器連接，用于根據(jù)通過該第二光電隔離器接收到的所述微控制器的命令控制下述四個噴氣口噴氣，使相應(yīng)平衡環(huán)沿所述轉(zhuǎn)子軸心做軸向移動，以切換相應(yīng)平衡環(huán)的驅(qū)動內(nèi)環(huán)，最終使相應(yīng)平衡環(huán)相對所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到相應(yīng)位置，以在最大程度上抵消掉所述轉(zhuǎn)子的不平衡矢量；第一左噴氣口，其安裝在所述第一平衡環(huán)左側(cè)，且與所述噴氣口通斷控制電路連接，用于控制所述第一平衡環(huán)沿所述轉(zhuǎn)子軸心向右移動；第一右噴氣口，其安裝在所述第一平衡環(huán)右側(cè)，且與所述噴氣口通斷控制電路連接，用于控制所述第一平衡環(huán)沿所述轉(zhuǎn)子軸心向左移動；第二左噴氣口，其安裝在所述第二平衡環(huán)左側(cè)，且與所述噴氣口通斷控制電路連接，用于控制所述第二平衡環(huán)沿所述轉(zhuǎn)子軸心向右移動；第二右噴氣口，其安裝在所述第二平衡環(huán)右側(cè)，且與所述噴氣口通斷控制電路連接，用于控制所述第二平衡環(huán)沿所述轉(zhuǎn)子軸心向左移動。所述補償方法，包括:補償裝置安裝步驟:將兩套如權(quán)利要求1或2所述的補償裝置安裝在所述轉(zhuǎn)子上；信號檢測步驟:檢測模塊檢測所述轉(zhuǎn)子的振動、轉(zhuǎn)速、位置信號及第一平衡環(huán)及第二平衡環(huán)的轉(zhuǎn)速及位置信號；信號處理步驟:控制模塊根據(jù)上述信號判斷所述轉(zhuǎn)子振動是否超標(biāo)，以及如果超標(biāo)，所述第一平衡環(huán)及第二平衡環(huán)為平衡所述轉(zhuǎn)子的不平衡矢量需要切換驅(qū)動內(nèi)環(huán)的次數(shù)；補償執(zhí)行步驟:驅(qū)動模塊根據(jù)所述第一平衡環(huán)及第二平衡環(huán)需要調(diào)節(jié)驅(qū)動內(nèi)環(huán)的次數(shù)控制所述第一平衡環(huán)及第二平衡環(huán)相對所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到相應(yīng)位置，以平衡所述轉(zhuǎn)子的不平衡矢量。進(jìn)一步地，所述補償方法還包括:信號預(yù)處理步驟:信號處理模塊對所述轉(zhuǎn)子的振動信號進(jìn)行預(yù)處理。進(jìn)一步地，所述補償方法還包括:補償結(jié)果驗證步驟:控制模塊實時檢測所述轉(zhuǎn)子的振動強度是否回到標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，如振動強度回到標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，則返回所述信號檢測步驟，否則，返回所述信號處理步驟。本發(fā)明的基本思想是采用兩套所述補償裝置，使其合成一個不平衡矢量，以平衡所述轉(zhuǎn)子的不平衡矢量。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實施例所提供的補償裝置，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。在補償過程中，通過改變所述補償裝置中自身帶有不平衡矢量的平衡環(huán)與所述轉(zhuǎn)子的相對位置關(guān)系來平衡所述轉(zhuǎn)子的不平衡矢量，不加重也不去重，不會破壞所述轉(zhuǎn)子本身的質(zhì)量，無須停機(jī)。同時，在所述平衡環(huán)兩側(cè)加入彈性元件使得在補償過程中，無須一直對所述平衡環(huán)施加外力，可節(jié)省能耗。


圖1:本發(fā)明實施例提供的補償裝置安裝在轉(zhuǎn)子上時的立體示意圖；圖2:本發(fā)明實施例提供的補償裝置安裝在轉(zhuǎn)子上時的主視圖；圖3:本發(fā)明實施例提供的第一內(nèi)環(huán)主視圖；圖4:本發(fā)明實施例提供的第二內(nèi)環(huán)主視圖；圖5:本發(fā)明實施例提供平衡環(huán)主視圖；圖6:本發(fā)明實施例提供的補償裝置安裝在轉(zhuǎn)子上時的側(cè)視圖；圖7:本發(fā)明實施例提供的補償裝置安裝在轉(zhuǎn)子上時的透視圖1 ;圖8:本發(fā)明實施例提供的補償裝置安裝在轉(zhuǎn)子上時的透視圖2 ；圖9:本發(fā)明實施例提供的帶噴氣口的兩套補償裝置安裝在轉(zhuǎn)子上時的主視圖；圖10:本發(fā)明實施例提供的通過兩套補償裝置對轉(zhuǎn)子實行在線動平衡原理圖；圖11:本發(fā)明提供的控制系統(tǒng)示意圖；圖12:本發(fā)明實施例提供的控制系統(tǒng)示意圖；圖13:本發(fā)明實施例提供的補償方法流程圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。圖1示出了本實施例提供的補償裝置安裝在轉(zhuǎn)子上時的立體示意圖。圖2示出了本實施例提供的補償裝置安裝在轉(zhuǎn)子上時的主視圖。根據(jù)圖2，本實施例提供的補償裝置，包括:第一內(nèi)環(huán)31，其固定地套在所述電主軸的轉(zhuǎn)子I上，隨轉(zhuǎn)子I同步轉(zhuǎn)動；第二內(nèi)環(huán)32 ;其與第一內(nèi)環(huán)31交錯相對，且固定地套在轉(zhuǎn)子I上，隨轉(zhuǎn)子I同步轉(zhuǎn)動。平衡環(huán)2，其自身帶有一個不平衡矢量，套在第一內(nèi)環(huán)31及第二內(nèi)環(huán)32上，在其中一個內(nèi)環(huán)的驅(qū)動下隨該內(nèi)環(huán)同步轉(zhuǎn)動，并能在外力的作用下沿轉(zhuǎn)子I軸心方向作軸向移動，作軸向移動時，平衡環(huán)2由其中一個內(nèi)環(huán)驅(qū)動切換為由另一個內(nèi)環(huán)驅(qū)動，每當(dāng)平衡環(huán)2由其中一個內(nèi)環(huán)驅(qū)動切換為由另一個內(nèi)環(huán)驅(qū)動時，平衡環(huán)2相對轉(zhuǎn)子I轉(zhuǎn)動一個角度。進(jìn)一步地，平衡環(huán)2兩側(cè)安裝有一彈性元件4，彈性元件4以大小相等、方向相反的力將平衡環(huán)2向中間壓緊，使平衡環(huán)2保持同時套在第一內(nèi)環(huán)31及第二內(nèi)環(huán)32上。為更好理解本發(fā)明，以下對本發(fā)明實施例作具體說明:圖3及圖4分別為第一內(nèi)環(huán)31及第二內(nèi)環(huán)32主視圖，根據(jù)圖3及圖4所示，第一內(nèi)環(huán)31與第二內(nèi)環(huán)32完全相同，且都與轉(zhuǎn)子I過盈連接。圖5為平衡環(huán)2主視圖，根據(jù)圖5所示，平衡環(huán)2上有內(nèi)齒及一圓形缺口，該圓形缺口為平衡環(huán)2提供不平衡矢量。圖6為所述補償裝置安裝在轉(zhuǎn)子I上時的側(cè)視圖(未標(biāo)示出所述彈性元件4)，根據(jù)圖6所示，第一內(nèi)環(huán)31與第二內(nèi)環(huán)32交錯相對。圖7及圖8為所述補償裝置的透視圖(未標(biāo)示出彈性元件4)，根據(jù)圖7及圖8可以看出，第一內(nèi)環(huán)31與第二內(nèi)環(huán)32同時嵌入平衡環(huán)2的內(nèi)齒中，當(dāng)平衡環(huán)2沿轉(zhuǎn)子I的軸心方向向左移動時，平衡環(huán)2可切換到由第一內(nèi)環(huán)31驅(qū)動；當(dāng)平衡環(huán)2沿轉(zhuǎn)子I軸心方向向右移動時，平衡環(huán)2可切換到由第二內(nèi)環(huán)32驅(qū)動。每當(dāng)平衡環(huán)2由一個內(nèi)環(huán)驅(qū)動切換到由另一個內(nèi)環(huán)驅(qū)動時，平衡環(huán)2就相對轉(zhuǎn)子I轉(zhuǎn)動一個角度。根據(jù)圖7和圖8還可以看出，當(dāng)平衡環(huán)2切換了驅(qū)動內(nèi)環(huán)后，在彈性元件4的作用下回到初始位置的過程中，平衡環(huán)2與第一內(nèi)環(huán)31及第二內(nèi)環(huán)32的驅(qū)動關(guān)系并不會受到影響。根據(jù)圖9及圖10所示，每套所述補償裝置可為轉(zhuǎn)子I提供一個不平衡矢量(即平衡環(huán)2自身所帶的不平衡矢量)，采用兩套所述補償裝置可為轉(zhuǎn)子I提供兩個不平衡矢量Ul和U2，將這兩個不平衡矢量根據(jù)矢量合成法則疊加可形成一個合成矢量U’。當(dāng)?shù)谝惶姿鲅a償裝置的平衡環(huán)(簡稱第一平衡環(huán)21)及第二套所述補償裝置的平衡環(huán)(簡稱第二平衡環(huán)22)相對轉(zhuǎn)子I轉(zhuǎn)動到適當(dāng)位置時，所述合成適量U’就能夠在最大程度上抵消轉(zhuǎn)子I的不平衡矢量U，使轉(zhuǎn)子I的振動強度回到標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，從而達(dá)到在線動平衡的目的。根據(jù)圖11，本實施例提供的用于控制兩套所述補償裝置的控制系統(tǒng)，包括:檢測模塊3，其包括:第一平衡環(huán)電感傳感器31，其安裝在第一平衡環(huán)21上，用于檢測第一平衡環(huán)21的轉(zhuǎn)速及位置信號；第二平衡環(huán)電感傳感器32，其安裝在第二平衡環(huán)22上，用于檢測第二平衡環(huán)22的轉(zhuǎn)速及位置信號；轉(zhuǎn)子基準(zhǔn)電感傳感器33，其安裝在轉(zhuǎn)子I上，用于檢測轉(zhuǎn)子I的轉(zhuǎn)速及位置信號；轉(zhuǎn)子振動電渦流傳感器34，其安裝在轉(zhuǎn)子I上，用于檢測轉(zhuǎn)子I的振動信號；信號處理模塊4,其包括:信號調(diào)理模塊41，其與轉(zhuǎn)子振動電渦流傳感器34連接，用于將轉(zhuǎn)子I的振動信號進(jìn)行濾波處理；A/D轉(zhuǎn)換模塊42，其與信號調(diào)理模塊41連接，用于將經(jīng)過濾波處理后的振動信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；第一通信模塊5,其包括:第一光電隔離器51，其與第一平衡環(huán)電感傳感器31、第二平衡環(huán)電感傳感器32、轉(zhuǎn)子基準(zhǔn)電感傳感器33連接；控制模塊6，其包括:微控制器61,以及與微控制器61連接的電源管理模塊62、時鐘模塊63、上位機(jī)64、顯不模塊65、報警模塊66、隨機(jī)存取存儲器67 ；微控制器61與A/D轉(zhuǎn)換模塊42及第一光電隔離器51連接，用于實時檢測通過第一光電隔離器51接收到的轉(zhuǎn)子I的振動信號以及通過A/D轉(zhuǎn)化模塊42接收到的轉(zhuǎn)子1、第一平衡環(huán)21及第二平衡環(huán)22的轉(zhuǎn)速及位置信號，并根據(jù)上述信號判斷轉(zhuǎn)子I的振動強度是否超標(biāo)，以及如果超標(biāo)，第一平衡環(huán)21及第二平衡環(huán)22需要切換驅(qū)動內(nèi)環(huán)的次數(shù)；第二通信模塊7，其包括:第二光電隔離器71;驅(qū)動模塊8，其包括一噴氣裝置，所述噴氣裝置包括:噴氣口通斷控制電路81，其與第二光電隔離器71連接，用于根據(jù)通過第二光電隔離器71接收到的微控制器61的命令控制下述四個噴氣口噴氣，使相應(yīng)平衡環(huán)沿轉(zhuǎn)子I軸心做軸向移動，以切換相應(yīng)平衡環(huán)的驅(qū)動內(nèi)環(huán)，最終使相應(yīng)平衡環(huán)相對轉(zhuǎn)子I轉(zhuǎn)動到相應(yīng)位置，以在最大程度上抵消掉轉(zhuǎn)子I的不平衡矢量；第一左噴氣口 82，其安裝在第一平衡環(huán)21左側(cè)，且與噴氣口通斷控制電路81連接，用于控制第一平衡環(huán)21沿轉(zhuǎn)子軸心向右移動；第一右噴氣口 84，其安裝在第一平衡環(huán)21右側(cè)，且與噴氣口通斷控制電路81連接，用于控制第一平衡環(huán)21沿轉(zhuǎn)子軸心向左移動；第二左噴氣口 83，其安裝在第二平衡環(huán)22左側(cè)，且與噴氣口通斷控制電路81連接，用于控制第二平衡環(huán)22沿轉(zhuǎn)子軸心向右移動；第二右噴氣口 85，其安裝在第二平衡環(huán)22右側(cè)，且與噴氣口通斷控制電路81連接，用于控制第二平衡環(huán)22沿轉(zhuǎn)子軸心向左移動。上述4個噴氣口與第一平衡環(huán)21及第二平衡環(huán)22的位置關(guān)系可參考圖9所示。根據(jù)圖13，本實施例提供的采用兩套所述補償裝置及所述控制系統(tǒng)的補償方法，包括:補償裝置安裝步驟:將兩套所述補償裝置安裝到轉(zhuǎn)子I上；信號檢測步驟:轉(zhuǎn)子振動電渦流傳感器34實時檢測轉(zhuǎn)子I的振動信號，并發(fā)送到信號調(diào)理模塊41 ;轉(zhuǎn)子基準(zhǔn)電感傳感器33、第一平衡環(huán)電感傳感器31、第二平衡環(huán)電感傳感器32分別實時檢測轉(zhuǎn)子1、第一平衡環(huán)21、第二平衡環(huán)22的轉(zhuǎn)速及位置信號，并發(fā)送到光電隔離器51 ；信號預(yù)處理步驟:信號調(diào)理模塊41對轉(zhuǎn)子I的振動信號進(jìn)行濾波處理，A/D轉(zhuǎn)換模塊將濾波后的轉(zhuǎn)子I的振動信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并發(fā)送到微控制器61，光電隔離器51將轉(zhuǎn)子1、第一平衡環(huán)21、第二平衡環(huán)22的轉(zhuǎn)速及位置信號發(fā)送到微控制器61 ；信號處理步驟:微控制器61判斷轉(zhuǎn)子I的振動是否超標(biāo)，如未超標(biāo)，則繼續(xù)檢測，如超標(biāo)，則微控制器61根據(jù)轉(zhuǎn)子I的振動、轉(zhuǎn)速及位置信號計算出所述轉(zhuǎn)子I的不平衡矢量，再結(jié)合第一平衡環(huán)21及第二平衡環(huán)22的位置信號，根據(jù)矢量合成法則分別計算出第一平衡環(huán)21及第二平衡環(huán)22所需要調(diào)節(jié)的角度，再將其轉(zhuǎn)換為第一平衡環(huán)21及第二平衡環(huán)22分別需要切換驅(qū)動內(nèi)環(huán)的次數(shù)；補償執(zhí)行步驟:噴氣口通斷控制電路81根據(jù)通過第二光電隔離器71接收到的微控制器61的命令控制下述四個噴氣口噴氣，使相應(yīng)平衡環(huán)沿轉(zhuǎn)子I軸心做軸向移動，以切換相應(yīng)平衡環(huán)的驅(qū)動內(nèi)環(huán)，最終使相應(yīng)平衡環(huán)相對轉(zhuǎn)子I轉(zhuǎn)動到相應(yīng)位置，以在最大程度上抵消轉(zhuǎn)子I的不平衡矢量；
補償結(jié)果驗證步驟:微控制器61實時檢測轉(zhuǎn)子I的振動信號，確認(rèn)轉(zhuǎn)子I的振動強度是否回到標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，如果回到標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，則返回所述信號處理步驟，否則，返回所述信號處理步驟。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高速電主軸的在線動平衡補償裝置，其特征在于，包括: 第一內(nèi)環(huán)，其固定地套在所述電主軸的轉(zhuǎn)子上，隨所述轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)動； 第二內(nèi)環(huán)，其與所述第一內(nèi)環(huán)交錯相對，且固定地套在所述轉(zhuǎn)子上，隨所述轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)動； 平衡環(huán)，其自身帶有一個不平衡矢量，套在所述第一內(nèi)環(huán)及第二內(nèi)環(huán)上，在其中一個內(nèi)環(huán)的驅(qū)動下隨該內(nèi)環(huán)同步轉(zhuǎn)動，并能在外力的作用下沿所述轉(zhuǎn)子軸心方向作軸向移動，作軸向移動時，所述平衡環(huán)由其中一個內(nèi)環(huán)驅(qū)動切換為由另一個內(nèi)環(huán)驅(qū)動，每當(dāng)所述平衡環(huán)由其中一個內(nèi)環(huán)驅(qū)動切換為由另一個內(nèi)環(huán)驅(qū)動時，所述平衡環(huán)就相對所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個角度。
2.如權(quán)利要求1所述的補償裝置，其特征在于，所述平衡環(huán)兩側(cè)安裝有彈性元件，所述彈性元件以大小相等，方向相反的力將所述平衡環(huán)向中間壓緊，使所述平衡環(huán)保持同時套在所述第一內(nèi)環(huán)及第二內(nèi)環(huán)上。
3.一種用于控制如權(quán)利要求1或2所述的補償裝置的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)用于控制兩套如權(quán)利要求1或2所述的補償裝置，兩套所述補償裝置中的平衡環(huán)分別為第一平衡環(huán)和第二平衡環(huán)；所述控制系統(tǒng)包括: 檢測模塊，其分散安裝在第一平衡環(huán)、第二平衡環(huán)及所述轉(zhuǎn)子上，用于檢測所述轉(zhuǎn)子的振動、轉(zhuǎn)速及位置信號以及所述第一平衡環(huán)、第二平衡環(huán)的轉(zhuǎn)速及位置信號； 信號處理模塊，其與所述檢測模塊連接，用于對所述轉(zhuǎn)子的振動信號進(jìn)行預(yù)處理； 第一通信模塊，其與所述檢測模塊連接； 控制模塊，其與所述第一通 信模塊及所述信號處理模塊連接，用于實時檢測通過第一通信模塊接收到的所述轉(zhuǎn)子的振動信號以及通過信號處理模塊接收到的所述轉(zhuǎn)子、第一平衡環(huán)及第二平衡環(huán)的轉(zhuǎn)速及位置信號，并根據(jù)上述信號判斷所述轉(zhuǎn)子的振動強度是否超標(biāo)，以及如果超標(biāo)，所述第一平衡環(huán)及第二平衡環(huán)需要切換驅(qū)動內(nèi)環(huán)的次數(shù)； 第二通信模塊； 驅(qū)動模塊，其通過所述第二通信模塊與所述控制模塊連接，用于根據(jù)通過所述第二通信模塊接收到的所述第一平衡環(huán)及第二平衡環(huán)需要切換驅(qū)動內(nèi)環(huán)的次數(shù)控制所述第一平衡環(huán)及第二平衡環(huán)相對所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，以平衡所述轉(zhuǎn)子的不平衡矢量。
4.如權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測模塊包括: 轉(zhuǎn)子振動電渦流傳感器，其安裝在所述轉(zhuǎn)子上，用于檢測所述轉(zhuǎn)子的振動信號； 所述信號處理模塊包括: 信號調(diào)理模塊，其與所述轉(zhuǎn)子振動電渦流傳感器連接，用于將所述轉(zhuǎn)子的振動信號進(jìn)行濾波處理； A/D轉(zhuǎn)換模塊，其與所述信號調(diào)理模塊連接，用于將經(jīng)過濾波處理后的振動信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
5.如權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測模塊包括: 第一平衡環(huán)電感傳感器，其安裝在所述第一平衡環(huán)上，用于檢測所述第一平衡環(huán)的轉(zhuǎn)速及位置信號； 第二平衡環(huán)電感傳感器，其安裝在所述第二平衡環(huán)上，用于檢測所述第二平衡環(huán)的轉(zhuǎn)速及位置信號；轉(zhuǎn)子基準(zhǔn)電感傳感器，其安裝在所述轉(zhuǎn)子上，用于檢測所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速及位置信號；所述第一通信模塊包括一第一光電隔離器，其與所述第一平衡環(huán)電感傳感器、第二平衡環(huán)電感傳感器及轉(zhuǎn)子基準(zhǔn)電感傳感器連接。
6.如權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊包括: 微控制器，以及與所述微控制器連接的電源管理模塊、時鐘模塊、上位機(jī)、顯示模塊、報警模塊、隨機(jī)存取存儲器。
7.如權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第二通信模塊包括一第二光電隔離器； 所述驅(qū)動模塊包括一噴氣裝置，所述噴氣裝置包括: 噴氣口通斷控制電路，其與所述第二光電隔離器連接，用于根據(jù)通過該第二光電隔離器接收到的所述微控制器的命令控制下述四個噴氣口噴氣，使相應(yīng)平衡環(huán)沿所述轉(zhuǎn)子軸心做軸向移動，以切換相應(yīng)平衡環(huán)的驅(qū)動內(nèi)環(huán)，最終使相應(yīng)平衡環(huán)相對所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到相應(yīng)位置，以在最大程度上抵消掉所述轉(zhuǎn)子的不平衡矢量； 第一左噴氣口，其安裝在所述第一平衡環(huán)左側(cè)，且與所述噴氣口通斷控制電路連接，用于控制所述第一平衡環(huán)沿所述轉(zhuǎn)子軸心向右移動； 第一右噴氣口，其安裝在所述第一平衡環(huán)右側(cè)，且與所述噴氣口通斷控制電路連接，用于控制所述第一平衡環(huán)沿所述轉(zhuǎn)子軸心向左移動； 第二左噴氣口，其安裝在所述第二平衡環(huán)左側(cè)，且與所述噴氣口通斷控制電路連接，用于控制所述第二平衡環(huán)沿所述轉(zhuǎn)子軸心向右移動； 第二右噴氣口，其安裝在所述第二平衡環(huán)右側(cè)，且與所述噴氣口通斷控制電路連接，用于控制所述第二平衡環(huán)沿所 述轉(zhuǎn)子軸心向左移動。
8.一種采用如權(quán)利要求1或2所述的補償裝置及權(quán)利要求3至9中任一權(quán)利要求所述的控制系統(tǒng)的補償方法，其特征在于，包括: 補償裝置安裝步驟:將兩套如權(quán)利要求1或2所述的補償裝置安裝在所述轉(zhuǎn)子上；信號檢測步驟:檢測模塊檢測所述轉(zhuǎn)子的振動、轉(zhuǎn)速、位置信號及第一平衡環(huán)及第二平衡環(huán)的轉(zhuǎn)速及位置信號； 信號處理步驟:控制模塊根據(jù)上述信號判斷所述轉(zhuǎn)子振動是否超標(biāo)，以及如果超標(biāo)，所述第一平衡環(huán)及第二平衡環(huán)為平衡所述轉(zhuǎn)子的不平衡矢量需要切換驅(qū)動內(nèi)環(huán)的次數(shù)；補償執(zhí)行步驟:驅(qū)動模塊根據(jù)所述第一平衡環(huán)及第二平衡環(huán)需要調(diào)節(jié)驅(qū)動內(nèi)環(huán)的次數(shù)控制所述第一平衡環(huán)及第二平衡環(huán)相對所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到相應(yīng)位置，以平衡所述轉(zhuǎn)子的不平衡矢量。
9.如權(quán)利要求8所述的補償方法，其特征在于，還包括: 信號預(yù)處理步驟:信號處理模塊對所述轉(zhuǎn)子的振動信號進(jìn)行預(yù)處理。
10.如權(quán)利要求8所述的補償方法，其特征在于，還包括: 補償結(jié)果驗證步驟:控制模塊實時檢測所述轉(zhuǎn)子的振動強度是否回到標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，如振動強度回到標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，則返回所述信號檢測步驟，否則，返回所述信號處理步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及主軸在線動平衡技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高速電主軸的在線動平衡補償裝置及其補償方法。本發(fā)明的基本思想是采用兩套所述補償裝置，使其合成一個不平衡矢量，以平衡所述電主軸轉(zhuǎn)子的不平衡矢量。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實施例所提供的補償裝置，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。在補償過程中，通過改變所述補償裝置中自身帶有不平衡矢量的平衡環(huán)與所述轉(zhuǎn)子的相對位置關(guān)系來平衡所述轉(zhuǎn)子的不平衡矢量，不加重也不去重，不會破壞所述轉(zhuǎn)子本身的質(zhì)量，無須停機(jī)。同時，在所述平衡環(huán)兩側(cè)加入彈性元件使得在補償過程中，無須一直對所述平衡環(huán)施加外力，可節(jié)省能耗。
文檔編號G01M1/36GK103115724SQ20131003295
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者程濤, 馮平, 徐剛, 彭小波, 劉勇 申請人:深圳大學(xué)