一種通過(guò)電磁執(zhí)行器延緩轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展方法
【專(zhuān)利摘要】一種通過(guò)電磁執(zhí)行器延緩轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展方法，在非線性裂紋轉(zhuǎn)子運(yùn)行過(guò)程中，控制系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置實(shí)時(shí)采集所述非線性裂紋轉(zhuǎn)子的振動(dòng)位置信號(hào)，并將所述振動(dòng)位置信號(hào)傳輸給信號(hào)放大器進(jìn)行放大處理，將所述放大處理后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳輸給控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)利用所述轉(zhuǎn)子振動(dòng)位置信號(hào)實(shí)時(shí)計(jì)算電磁執(zhí)行器控制參數(shù)；控制系統(tǒng)將所述控制參數(shù)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)傳輸給電流源控制放大器，產(chǎn)生電流控制信號(hào)傳輸給電磁執(zhí)行器產(chǎn)生相應(yīng)的電磁力，控制裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)不超過(guò)預(yù)設(shè)穩(wěn)定工作閾值，保持非線性轉(zhuǎn)子裂紋時(shí)刻處于閉合狀態(tài)。本發(fā)明通過(guò)電磁執(zhí)行器可以控制非線性裂紋轉(zhuǎn)子振動(dòng)的同時(shí)，有效地延緩非線性轉(zhuǎn)子裂紋的擴(kuò)展。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種通過(guò)電磁執(zhí)行器延緩轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及延緩旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展的方法，特別是一種通過(guò)電磁執(zhí)行器延緩轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中，由于轉(zhuǎn)子材料的缺陷或微裂紋的存在，以及轉(zhuǎn)子通常工作在多耦合場(chǎng)(高溫、高壓、高負(fù)荷)和周期性交變載荷共同作用的惡劣環(huán)境下，并伴隨著高速旋轉(zhuǎn)，因此非線性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)易誘發(fā)裂紋萌生與擴(kuò)展，該問(wèn)題所引起的故障對(duì)整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是極其危險(xiǎn)的。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者研究了裂紋轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特性，尋找轉(zhuǎn)子裂紋的在線診斷方法。通過(guò)監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，在轉(zhuǎn)子發(fā)生災(zāi)難性事故之前及早發(fā)現(xiàn)裂紋，監(jiān)測(cè)裂紋的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)合理維修，防患于未然。在過(guò)去的三十年中，對(duì)轉(zhuǎn)子裂紋的在線診斷研究已經(jīng)取得了 一些成果。這些研究主要圍繞著裂紋模型，裂紋轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)模型，裂紋轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)特性分析和裂紋診斷方法等進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究，針對(duì)裂紋診斷主要采用了傅立葉頻譜分析、連續(xù)小波變換、希爾伯特理論和聲發(fā)射等方法。在機(jī)械結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)和系統(tǒng)維護(hù)的前提下，期望轉(zhuǎn)子裂紋能夠早期發(fā)現(xiàn)、排除隱患和安全運(yùn)行?，F(xiàn)有的監(jiān)測(cè)和檢測(cè)方法只能夠發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子裂紋的存在，防止災(zāi)難性事故的發(fā)生，但是無(wú)法對(duì)轉(zhuǎn)子裂紋的擴(kuò)展進(jìn)行控制。盡管軸承-轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)模型以及電磁軸承對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的主動(dòng)振動(dòng)控制得到了廣泛研究，但該類(lèi)型研究中并沒(méi)有考慮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性因素以及轉(zhuǎn)子裂紋的存在?，F(xiàn)有的延緩裂紋擴(kuò)展方法僅僅是通過(guò)改變材料的組成成分，如添加特殊元素，改變材料的組成比例等，或者是改變系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)等被動(dòng)延緩方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述存在問(wèn)題，提供一種通過(guò)電磁執(zhí)行器延緩轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展方法，該方法不僅能夠?qū)Ψ蔷€性裂紋轉(zhuǎn)子進(jìn)行振動(dòng)控制，而且能夠在整個(gè)轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)對(duì)轉(zhuǎn)子裂紋開(kāi)閉實(shí)現(xiàn)良好的控制，保證裂紋轉(zhuǎn)子安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案:
一種通過(guò)電磁執(zhí)行器延緩轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展方法，步驟如下:
1)在非線性裂紋轉(zhuǎn)子運(yùn)行過(guò)程中，控制系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置實(shí)時(shí)采集所述非線性裂紋轉(zhuǎn)子在x-y方向的振動(dòng)位置信號(hào)并傳輸給信號(hào)放大器進(jìn)行放大處理，同時(shí)實(shí)時(shí)采集編碼器指示的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)脈沖傳感器指示的旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)信號(hào)，將所述放大處理后的振動(dòng)位置信號(hào)、旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)和旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)信號(hào)傳輸給A/D轉(zhuǎn)換裝置并將其轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)傳輸給控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)；
2)所述計(jì)算機(jī)中的C語(yǔ)言編寫(xiě)的計(jì)算控制軟件將實(shí)時(shí)存儲(chǔ)振動(dòng)位置信號(hào)，并將所述振動(dòng)位置信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換得到轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)頻譜，根據(jù)窗口選擇技術(shù)實(shí)時(shí)顯示選擇區(qū)域中的轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線，根據(jù)振動(dòng)位置信號(hào)實(shí)時(shí)顯示轉(zhuǎn)子的振動(dòng)軌跡；
3)所述計(jì)算機(jī)中的計(jì)算控制軟件將所述轉(zhuǎn)子振動(dòng)位置信號(hào)變換為對(duì)應(yīng)地速度和加速度信號(hào)，根據(jù)外亂觀測(cè)器原理實(shí)時(shí)計(jì)算電磁執(zhí)行器控制參數(shù)；
4)控制系統(tǒng)將所述電磁執(zhí)行器控制參數(shù)傳輸給D/A轉(zhuǎn)換裝置，D/A轉(zhuǎn)換裝置將所述數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)傳輸給電流源控制放大器，電流源控制放大器根據(jù)所述模擬信號(hào)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電流控制信號(hào)傳輸給電磁執(zhí)行器，電磁執(zhí)行器產(chǎn)生相應(yīng)的電磁力，控制裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)不超過(guò)預(yù)設(shè)穩(wěn)定工作閾值，保持非線性轉(zhuǎn)子裂紋時(shí)刻處于閉合狀態(tài)。
[0005]本發(fā)明的有益效果是:該方法不僅能夠?qū)Ψ蔷€性裂紋轉(zhuǎn)子進(jìn)行振動(dòng)控制，而且能夠在整個(gè)轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)對(duì)轉(zhuǎn)子裂紋開(kāi)閉實(shí)現(xiàn)良好的控制，保證裂紋轉(zhuǎn)子安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0006]
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是非線性裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。
[0008]圖中:1.編碼器 2.柔性聯(lián)軸器 3.單列深溝球軸承 4.彈性轉(zhuǎn)軸5.裂紋，
6.電磁執(zhí)行器7.圓盤(pán)8.測(cè)試圓盤(pán)9.測(cè)試磁膜10.雙列自動(dòng)調(diào)心球軸承11.旋轉(zhuǎn)脈沖傳感器12.激光位置傳感器13.信號(hào)放大器14.電流源控制放大器15.A/D轉(zhuǎn)換裝置16.D/A轉(zhuǎn)換 裝置17.PC機(jī)18.電機(jī)傳動(dòng)裝置
圖2是電磁執(zhí)行器局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖3是電磁執(zhí)行器作用前后對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子振動(dòng)幅頻特性曲線。
[0010]圖4是電磁執(zhí)行器作用前轉(zhuǎn)子裂紋開(kāi)閉狀態(tài)圖。
[0011]圖5是電磁執(zhí)行器作用后轉(zhuǎn)子裂紋開(kāi)閉狀態(tài)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0013]實(shí)施例:
本發(fā)明通過(guò)電磁執(zhí)行器延緩轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展方法的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1、2所示。
[0014]該非線性裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置，由實(shí)驗(yàn)臺(tái)、信號(hào)采集裝置、信號(hào)處理裝置、信號(hào)執(zhí)行裝置組成，實(shí)驗(yàn)臺(tái)包括皮帶式電機(jī)傳動(dòng)裝置18、柔性聯(lián)軸器2、單列深溝球軸承3、固定圓盤(pán)7、測(cè)試圓盤(pán)8、測(cè)試磁膜9和雙列自動(dòng)調(diào)心球軸承10并水平直線排列，帶有裂紋5的測(cè)試件彈性轉(zhuǎn)軸4利用固定圓盤(pán)7固定并通過(guò)單列深溝球軸3和雙列自動(dòng)調(diào)心球軸承10支撐，固定圓盤(pán)?的直徑為150_、厚度為12_，皮帶式電機(jī)傳動(dòng)裝置18通過(guò)柔性聯(lián)軸器2帶動(dòng)彈性轉(zhuǎn)軸4旋轉(zhuǎn)并周期性呈現(xiàn)裂紋5開(kāi)閉狀態(tài)，測(cè)試圓盤(pán)8和測(cè)試磁膜9分別固定于彈性轉(zhuǎn)軸4上，彈性轉(zhuǎn)軸4的材料為不銹鋼(SUS304)，長(zhǎng)度為700mm、直徑為12mm ;信號(hào)采集裝置包括編碼器1、旋轉(zhuǎn)脈沖傳感器11和激光位置傳感器12，旋轉(zhuǎn)脈沖傳感器11設(shè)有測(cè)試磁膜的外側(cè)，激光位置傳感器12設(shè)有測(cè)試圓盤(pán)8外側(cè)圓周的x-y方向，編碼器I固定于皮帶式電機(jī)傳動(dòng)裝置外側(cè)的短軸上并通過(guò)導(dǎo)線與A/D轉(zhuǎn)換裝置15連接；信號(hào)處理裝置包括信號(hào)放大器13、A/D轉(zhuǎn)換裝置16、PC機(jī)17、D/A轉(zhuǎn)換裝置15和電流源控制放大器14，信號(hào)放大器13通過(guò)導(dǎo)線與激光位置傳感器12連接并接受信號(hào)進(jìn)行放大，信號(hào)放大器13通過(guò)導(dǎo)線依次與A/D轉(zhuǎn)換裝置16、PC機(jī)17和電流源控制放大器14串聯(lián)連接，A/D轉(zhuǎn)換裝置16將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，D/A轉(zhuǎn)換裝置15將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，電流源控制放大器14將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流控制信號(hào)；信號(hào)執(zhí)行裝置為電磁執(zhí)行器6，圓盤(pán)形電磁執(zhí)行器6位于固定圓盤(pán)7外側(cè)并有1.0mm的間隙，電磁執(zhí)行器6通過(guò)導(dǎo)線與電流源控制放大器14連接；電磁執(zhí)行器6，如圖2所示，為C型4磁極電磁執(zhí)行器，包括8個(gè)定子極，將所述電磁線圈通電時(shí)，每個(gè)磁極的2個(gè)定子極的極性相反，可形成一個(gè)環(huán)形磁通回路；電磁執(zhí)行器同屬一個(gè)坐標(biāo)軸方向的定子磁極繞組相互串聯(lián)連接，共同形成4組串聯(lián)繞組，可對(duì)轉(zhuǎn)子分別產(chǎn)生2個(gè)坐標(biāo)軸方向(x-y方向)的電磁吸引力；根據(jù)轉(zhuǎn)子振動(dòng)大小所對(duì)應(yīng)的電磁力作用在非線性裂紋轉(zhuǎn)子上，控制裂紋轉(zhuǎn)子的振動(dòng)，延緩彈性轉(zhuǎn)軸4中裂紋5的擴(kuò)展。
[0015]通過(guò)電磁執(zhí)行器延緩轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展方法，步驟如下:
I)在彈性轉(zhuǎn)軸4運(yùn)行過(guò)程中，控制系統(tǒng)的激光位置傳感器12通過(guò)測(cè)試安全性高的測(cè)試圓盤(pán)8實(shí)時(shí)采集所述非線性裂紋轉(zhuǎn)子的振動(dòng)位置信號(hào)(x-y方向)，同時(shí)實(shí)時(shí)采集編碼器I指示的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)脈沖傳感器11指示的旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)信號(hào)，并將所述振動(dòng)位移信號(hào)傳輸給信號(hào)放大器13進(jìn)行放大處理，將所述放大處理后的模擬信號(hào)、旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)和旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)信號(hào)傳輸給A/D轉(zhuǎn)換裝置15，A/D轉(zhuǎn)換裝置15將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)傳輸給控制系統(tǒng)中的PC機(jī)17。
[0016]2)所述計(jì)算機(jī)中的C語(yǔ)言編寫(xiě)的計(jì)算控制軟件將實(shí)時(shí)存儲(chǔ)振動(dòng)位置信號(hào)，并對(duì)所述振動(dòng)位置信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換得到轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)頻譜，根據(jù)窗口選擇技術(shù)實(shí)時(shí)顯示選擇區(qū)域中的轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線，根據(jù)振動(dòng)位置信號(hào)實(shí)時(shí)顯示轉(zhuǎn)子的振動(dòng)軌跡。
[0017]3)所述PC機(jī)17中的計(jì)算控制軟件利用所述轉(zhuǎn)子振動(dòng)位置信號(hào)變換對(duì)應(yīng)地速度和加速度信號(hào)，根據(jù)外亂觀測(cè)器原理實(shí)時(shí)計(jì)算電磁執(zhí)行器6控制參數(shù)。
[0018]4)控制系統(tǒng)將所述電磁執(zhí)行器6控制參數(shù)傳輸給D/A轉(zhuǎn)換裝置16，D/A轉(zhuǎn)換裝置16將所述數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)傳輸給電流源控制放大器14，電流源控制放大器14根據(jù)所述模擬信號(hào)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電流控制信號(hào)傳輸給電磁執(zhí)行器6,電磁執(zhí)行器6產(chǎn)生相應(yīng)的電磁力，控制彈性轉(zhuǎn)軸4的振動(dòng)不超過(guò)預(yù)設(shè)穩(wěn)定工作閾值，保持彈性轉(zhuǎn)軸4中裂紋5時(shí)刻處于閉合狀態(tài)。
[0019]非線性裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置中電磁執(zhí)行器作用前后非線性轉(zhuǎn)子振動(dòng)幅頻特性曲線如圖3所示，圖中表明:使用本發(fā)明提出的非線性裂紋轉(zhuǎn)子延緩裂紋擴(kuò)展方法后，非線性裂紋轉(zhuǎn)子的振動(dòng)減小了 90%左右，實(shí)現(xiàn)了對(duì)非線性裂紋轉(zhuǎn)子振動(dòng)的有效抑制。
[0020]非線性裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置中電磁執(zhí)行器作用前非線性轉(zhuǎn)子裂紋開(kāi)閉狀態(tài)如圖4所示，非線性裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置中電磁執(zhí)行器作用后非線性轉(zhuǎn)子裂紋開(kāi)閉狀態(tài)如圖5所示，對(duì)比圖4和圖5可知，使用本發(fā)明提出的非線性裂紋轉(zhuǎn)子延緩裂紋擴(kuò)展方法后，非線性轉(zhuǎn)子裂紋的開(kāi)閉始終保持在系統(tǒng)預(yù)設(shè)閾值的范圍內(nèi)處于閉合狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)非線性轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展的延緩。
[0021]顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種通過(guò)電磁執(zhí)行器延緩轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展方法，其特征在于步驟如下: 1)在非線性裂紋轉(zhuǎn)子運(yùn)行過(guò)程中，控制系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置實(shí)時(shí)采集所述非線性裂紋轉(zhuǎn)子在x-y方向的振動(dòng)位置信號(hào)并傳輸給信號(hào)放大器進(jìn)行放大處理，同時(shí)實(shí)時(shí)采集編碼器指示的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)脈沖傳感器指示的旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)信號(hào)，將所述放大處理后的振動(dòng)位置信號(hào)、旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)和旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)信號(hào)傳輸給A/D轉(zhuǎn)換裝置并將其轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)傳輸給控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)； 2)所述計(jì)算機(jī)中的C語(yǔ)言編寫(xiě)的計(jì)算控制軟件將實(shí)時(shí)存儲(chǔ)振動(dòng)位置信號(hào)，并將所述振動(dòng)位置信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換得到轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)頻譜，根據(jù)窗口選擇技術(shù)實(shí)時(shí)顯示選擇區(qū)域中的轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線，根據(jù)振動(dòng)位置信號(hào)實(shí)時(shí)顯示轉(zhuǎn)子的振動(dòng)軌跡； 3)所述計(jì)算機(jī)中的計(jì)算控制軟件將所述轉(zhuǎn)子振動(dòng)位置信號(hào)變換為對(duì)應(yīng)地速度和加速度信號(hào)，根據(jù)外亂觀測(cè)器原理實(shí)時(shí)計(jì)算電磁執(zhí)行器控制參數(shù)； 4)控制系統(tǒng)將所述電磁執(zhí)行器控制參數(shù)傳輸給D/A轉(zhuǎn)換裝置，D/A轉(zhuǎn)換裝置將所述數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)傳輸給電流源控制放大器，電流源控制放大器根據(jù)所述模擬信號(hào)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電流控制信號(hào)傳輸給電磁執(zhí)行器，電磁執(zhí)行器產(chǎn)生相應(yīng)的電磁力，控制裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)不超過(guò)預(yù)設(shè)穩(wěn)定工作閾值，保持非線性轉(zhuǎn)子裂紋時(shí)刻處于閉合狀態(tài)。
【文檔編號(hào)】G05B19/04GK103926855SQ201410183869
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年5月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月4日
【發(fā)明者】劉軍, 王亮富 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)