本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于磁流變液的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡量定量測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

動(dòng)平衡技術(shù)作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的關(guān)鍵性和基礎(chǔ)性技術(shù)，一直受到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的密切關(guān)注。大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，轉(zhuǎn)子的不平衡通常是引起旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)的主要原因。不平衡會(huì)引起轉(zhuǎn)子的撓曲和內(nèi)應(yīng)力變化，加劇機(jī)器振動(dòng)，降低機(jī)器的工作效率，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起各種事故。不平衡不僅是旋轉(zhuǎn)機(jī)械主要的激振源，也是多種自激振動(dòng)的誘發(fā)因素，平衡狀況得到改善，其他的一些故障也將隨之緩解或消失。所以動(dòng)平衡技術(shù)的發(fā)展和完善，對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械正常運(yùn)轉(zhuǎn)有著重要意義。

目前，轉(zhuǎn)子不平衡量是用平衡機(jī)測(cè)定，用平衡機(jī)測(cè)量轉(zhuǎn)子所得不平衡量，是平衡機(jī)本身的不平衡量與轉(zhuǎn)子不平衡量的矢量和，由于平衡機(jī)測(cè)量零點(diǎn)基準(zhǔn)一直沒(méi)有解決，相應(yīng)地也不能獲得準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子不平衡量；另外，在設(shè)置不同角度零度參考點(diǎn)時(shí)，把轉(zhuǎn)子相對(duì)于平衡機(jī)旋轉(zhuǎn)一定角度，把轉(zhuǎn)子上的角度零度參考點(diǎn)沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的反方向移動(dòng)相同的角度，工序較為復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于磁流變液的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡量定量測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法，該測(cè)量方法使用簡(jiǎn)單、效率高，可一次性確定轉(zhuǎn)子不平衡量和不平衡位置；該測(cè)量系統(tǒng)體積小、質(zhì)量輕，可適用于各種型號(hào)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種基于磁流變液的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡量定量測(cè)量系統(tǒng)，包括磁性液環(huán)、壓電式壓力傳感器、前置放大器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)、控制器、D/A轉(zhuǎn)換器，壓電式壓力傳感器與前置放大器的輸入端相連，前置放大器的輸出端與數(shù)據(jù)采集器的輸入端相連，所述數(shù)據(jù)采集器的輸出端連接于計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)與控制器相連，所述控制器與D/A轉(zhuǎn)換器相連，D/A轉(zhuǎn)換器通過(guò)導(dǎo)線輸出電流給磁性液環(huán)；所述壓電式壓力傳感器安裝于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)盤的上方，其一端固定于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的支架上，另一端與轉(zhuǎn)盤接觸；所述磁性液環(huán)安裝于轉(zhuǎn)盤表面，磁性液環(huán)的中心與轉(zhuǎn)盤中心重合。

進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述磁性液環(huán)包括環(huán)形中空管路、導(dǎo)線外管, 環(huán)形中空管路內(nèi)裝有磁流變液，沿環(huán)形中空管路的圓周均布有若干線圈，D/A轉(zhuǎn)換器與磁性液環(huán)之間的導(dǎo)線穿于導(dǎo)線外管內(nèi)，所述線圈分別與導(dǎo)線外管內(nèi)的導(dǎo)線連接，所述線圈的數(shù)量根據(jù)被測(cè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)子最大直徑大小而定，轉(zhuǎn)子最大直徑越大，線圈數(shù)量相應(yīng)增多。

進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述導(dǎo)線外管是直徑小于環(huán)形中空管路的同心圓環(huán)。

進(jìn)一步的技術(shù)方案，在D/A轉(zhuǎn)換器與磁性液環(huán)之間的導(dǎo)線上設(shè)有滑環(huán)，所述導(dǎo)線經(jīng)滑環(huán)與線圈連接。

進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述線圈的數(shù)量不少于32個(gè)。

進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述線圈采用干電池供電，干電池的容量和規(guī)格依據(jù)線圈的數(shù)量而定。

進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述供電干電池的最小電流為2A。

本發(fā)明還提供一種基于磁流變液的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡量定量測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，包括以下步驟：

一、在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)上安裝磁性液環(huán)和壓電式壓力傳感器，將磁性液環(huán)上的電線接口及壓電式壓力傳感器線纜接口連在控制器上，將控制器與計(jì)算機(jī)相接連；安裝于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)盤的上方，其一端固定于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的支架上，另一端與轉(zhuǎn)盤接觸；磁性液環(huán)安裝于轉(zhuǎn)盤表面，磁性液環(huán)的中心與轉(zhuǎn)盤中心重合；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)后，壓電式壓力傳感器采集轉(zhuǎn)盤的信號(hào)，通過(guò)前置放大器、數(shù)據(jù)采集器，傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令給控制器，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器后，輸出電流給磁性液環(huán)；

二、運(yùn)行轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，并保持勻速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速不低于50r/min，并保持不少于10s，使磁性液環(huán)內(nèi)部的磁流變液基本保持均勻分布；

三、設(shè)置磁性液環(huán)的各線圈電流為0.1A的恒定值，使磁性液環(huán)內(nèi)的磁流變液呈現(xiàn)慢速流通狀態(tài)；

四、線圈按照功能分為兩類：主動(dòng)線圈和被動(dòng)線圈，其中主動(dòng)線圈的電流值總是大于或等于被動(dòng)線圈的電流值；被動(dòng)線圈用于存儲(chǔ)磁流變液，主動(dòng)線圈用于彌補(bǔ)系統(tǒng)不平衡量的大小，主動(dòng)線圈或被動(dòng)線圈根據(jù)被測(cè)系統(tǒng)實(shí)際的不平衡量確定；

五、設(shè)主動(dòng)線圈電流值為I，被動(dòng)線圈電流值為I'，線圈總數(shù)為N，主動(dòng)線圈只有1個(gè)，則被動(dòng)線圈有N-1個(gè)；

各線圈電流值約束條件如下：

（1）；

（2），干電池能量取決于被測(cè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的大小，與線圈的數(shù)量有關(guān)，原則上總電流值不少于2A；

六、根據(jù)壓電式力傳感器反饋回來(lái)的信息，控制器進(jìn)行智能尋優(yōu)，優(yōu)化目標(biāo)是壓電式力傳感器的測(cè)量幅值最小；優(yōu)化對(duì)象為：主動(dòng)線圈和被動(dòng)線圈電流值；優(yōu)化算法如下所示：

（1）令線圈1為主動(dòng)線圈，其余線圈為被動(dòng)線圈，平均分配總電流值，令各線圈值相等；

（2）增大主動(dòng)線圈電流，同時(shí)減小被動(dòng)線圈電流，但保證各被動(dòng)線圈電流相等；

（3）查看壓電式壓力傳感器反饋回來(lái)的幅值是否變??；

如果壓電式壓力傳感器幅值變小，繼續(xù)增大主動(dòng)線圈電流，直至壓電式壓力傳感器幅值為零，停止測(cè)試，記錄數(shù)值；如果壓電式壓力傳感器幅值變大，則表明線圈1不適合作為主動(dòng)線圈，改定義線圈2為主動(dòng)線圈，依次類推，重復(fù)進(jìn)行（2）-（4）的操作，直到滿足壓電式壓力傳感器幅值變小的條件；

七、優(yōu)化結(jié)束后，保存各電流值，結(jié)束測(cè)試；

八、根據(jù)保存的各線圈電流值，等價(jià)計(jì)算不平衡量的大小，并記錄相應(yīng)位置，不平衡量計(jì)算方法如下：

。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：

（1）利用磁流變液受電磁場(chǎng)的影響特點(diǎn)，用于調(diào)配質(zhì)量分布，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)平衡的目的；

（2）經(jīng)過(guò)一次調(diào)配即可實(shí)現(xiàn)動(dòng)平衡量的計(jì)算，不需要反復(fù)測(cè)試；

（3）可精確計(jì)算處不平衡量的大小和位置；

（4）應(yīng)用場(chǎng)合比較靈活，可適用于其他動(dòng)平衡機(jī)無(wú)法解決的大型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明磁性液環(huán)的結(jié)構(gòu)圖；

圖3是圖2中A-A的剖面圖；

圖4是本發(fā)明測(cè)量方法的流程圖；

圖中：1、環(huán)形中空管路；2、線圈；3、導(dǎo)線外管；4、磁流變液；5、導(dǎo)線；6、D/A轉(zhuǎn)換器；7、滑環(huán)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

本發(fā)明利用磁流變液在電磁場(chǎng)的影響下能夠改變粘稠特性的這一特點(diǎn)，提出了一種新型的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡定量測(cè)量方法及測(cè)量系統(tǒng)，如圖1所示，該系統(tǒng)包括磁性液環(huán)、數(shù)字型壓電式壓力傳感器、前置放大器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)、控制器和D/A轉(zhuǎn)換器6。其中磁性液環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可依據(jù)被測(cè)轉(zhuǎn)子的大小靈活選用，磁性液環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括環(huán)形中空管路1、磁流變液4、線圈2、導(dǎo)線外管3, 環(huán)形中空管路1內(nèi)裝有磁流變液4，沿環(huán)形中空管路1的圓周均布有若干線圈2，D/A轉(zhuǎn)換器6與磁性液環(huán)之間的導(dǎo)線5穿于導(dǎo)線外管3內(nèi)，如圖3所示，線圈2分別與導(dǎo)線外管3內(nèi)的導(dǎo)線連接，線圈2的數(shù)量根據(jù)被測(cè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)子最大直徑大小而定，轉(zhuǎn)子最大直徑越大，線圈2數(shù)量相應(yīng)增多。導(dǎo)線外管3是直徑小于環(huán)形中空管路1的同心圓環(huán)。在D/A轉(zhuǎn)換器6與磁性液環(huán)之間的導(dǎo)線5上設(shè)有滑環(huán)7，導(dǎo)線5經(jīng)滑環(huán)7與線圈2連接，整個(gè)磁性液環(huán)能夠旋轉(zhuǎn)。該測(cè)試方法使用簡(jiǎn)單、效率高，可一次性地確定轉(zhuǎn)子不平衡量和不平衡位置。該測(cè)試系統(tǒng)體積小、質(zhì)量輕，可適用于各種型號(hào)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。

本發(fā)明所提供的測(cè)量系統(tǒng)的工作原理如下：壓力傳感器安裝于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤上方，其一端固定于支架，一端接觸于轉(zhuǎn)盤。將磁性液環(huán)安裝于轉(zhuǎn)盤表面，并保證磁性液環(huán)中心與轉(zhuǎn)盤中心吻合。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)后，壓力傳感器采集到信號(hào)，通過(guò)前置放大器、數(shù)據(jù)采集器，傳輸給計(jì)算機(jī)，之后計(jì)算機(jī)發(fā)出指令給控制器，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器6后，輸出電流給磁性液環(huán)，用于控制磁性液環(huán)內(nèi)各線圈2的電流值。線圈2數(shù)量根據(jù)被測(cè)系統(tǒng)的大小而定，原則上不少于32個(gè)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)子最大直徑越大，線圈2數(shù)量越多。線圈2數(shù)量越多，系統(tǒng)不平衡量的測(cè)量結(jié)果越精確。線圈2依靠干電池供電即可，干電池?cái)?shù)量和規(guī)格根據(jù)被測(cè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)大小而定，原則上最小電流2A。各線圈2之間為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，分別受控制器控制。

圖4是本發(fā)明測(cè)量方法的流程圖，測(cè)量步驟如下：

一、在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)上安裝磁性液環(huán)和壓電式力傳感器，將磁性液環(huán)上的電線接口及傳感器線纜接口連在控制器上。將控制器與計(jì)算機(jī)相接連；

二、運(yùn)行轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，并保持勻速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速不低于50r/min，并保持不少于10s，使磁性液環(huán)內(nèi)部的磁流變液4基本保持均勻分布；

三、設(shè)置磁性液環(huán)的各線圈2電流為0.1A的恒定值，使磁性液環(huán)內(nèi)的磁流變液4呈現(xiàn)慢速流通狀態(tài)；

四、線圈2按照功能分為兩類：主動(dòng)線圈和被動(dòng)線圈，其中主動(dòng)線圈的電流值總是大于或等于被動(dòng)線圈的電流值。被動(dòng)線圈用于存儲(chǔ)磁流變液4，主動(dòng)線圈用于彌補(bǔ)系統(tǒng)不平衡量的大小。主動(dòng)或被動(dòng)線圈的指定根據(jù)被測(cè)系統(tǒng)實(shí)際的不平衡量確定；

五、設(shè)主動(dòng)線圈電流值為I，被動(dòng)線圈電流值為I'，線圈總數(shù)為N，主動(dòng)線圈只有1個(gè)，而被動(dòng)線圈有N-1個(gè)；

各線圈電流值約束條件如下：

（1）；

（2），干電池容量取決于被測(cè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的大小，與線圈的數(shù)量有關(guān)，也即線圈的數(shù)量越多，干電池的容量越大，原則上總電流值不少于2A；

六、根據(jù)壓電式力傳感器反饋回來(lái)的信息，控制器進(jìn)行智能尋優(yōu)，優(yōu)化目標(biāo)是壓電式力傳感器的測(cè)量幅值最小；優(yōu)化對(duì)象為主動(dòng)和被動(dòng)線圈電流值；優(yōu)化算法如下所示：

（1）令線圈1為主動(dòng)線圈，其余線圈為被動(dòng)線圈，平均分配總電流值，令各線圈值相等；

（2）增大主動(dòng)線圈電流，同時(shí)減小被動(dòng)線圈電流，但保證各被動(dòng)線圈電流相等；

（3）查看壓電式壓力傳感器反饋回來(lái)的幅值是否變??；

（4）如果傳感器幅值變小，繼續(xù)增大主動(dòng)線圈電流，直至傳感器幅值為零，停止測(cè)試，記錄數(shù)值；如果傳感器幅值變大，則表明線圈1不適合作為主動(dòng)線圈，改定義線圈2為主動(dòng)線圈，依次類推，重復(fù)進(jìn)行（2）-（4）的操作，直到滿足傳感器幅值變小的條件；

七、優(yōu)化結(jié)束后，保存各電流值，結(jié)束測(cè)試；

八、根據(jù)保存的各線圈電流值，等價(jià)計(jì)算不平衡量的大小，并記錄相應(yīng)位置。不平衡量計(jì)算方法如下：

。

本發(fā)明是利用磁流變液體受電磁場(chǎng)的影響特點(diǎn)，用于調(diào)配質(zhì)量分布，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)平衡的目的；經(jīng)過(guò)一次調(diào)配即可實(shí)現(xiàn)動(dòng)平衡量的計(jì)算，不需要反復(fù)測(cè)試；可精確計(jì)算處不平衡量的大小和位置；應(yīng)用場(chǎng)合比較靈活，可適用于其他動(dòng)平衡機(jī)無(wú)法解決的大型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。