整体式离心机动态配平装置及配平方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了整体式离心机动态配平装置及配平方法,配平能力仅与转臂系统自重和转臂轴向平动位移量有关，不受离心机容量、移动配重块质量、移动距离等多方面的限制；因安装位置的原因，离心场仅为数十倍重力加速度，对整个配平装置的耐受G值能力要求不高，装置可在大G值工况下可靠运行；离心机转臂的整个动态配平调节过程是一个双闭环的控制过程，包含由转臂实际偏移平动量和液压伺服系统的运动控制之间的位置闭环反馈控制内环和由转臂不平衡力监测与不平衡力控制构成的力反馈闭环控制外环；通过双闭环控制的方法可以有效保证不平衡力动态配平系统的安全、可靠、精准运行，可在离心机运转下对不平衡力进行实时更新、在线监测和动态配平。

Dynamic Leveling Device and Method for Integral Centrifuge

The invention discloses an integral centrifuge dynamic balancing device and a balancing method. The balancing ability is only related to the self-weight of the rotating arm system and the axial translational displacement of the rotating arm, and is not limited by the capacity of the centrifuge, the mass of the moving counterweight block, the moving distance, etc. Because of the installation position, the centrifugal field is only tens of times the acceleration of gravity, and the tolerance ability of the entire balancing device to G value is not required. High, the device can operate reliably under the condition of large G value; the whole dynamic balancing adjustment process of centrifuge arm is a double closed-loop control process, including the position closed-loop feedback control inner loop between the actual offset translation momentum of the rotating arm and the motion control of the hydraulic servo system, and the force closed-loop control outer loop composed of the unbalanced force monitoring and unbalanced force control of the rotating arm. The control method can effectively ensure the safe, reliable and precise operation of the dynamic balancing system of unbalanced force. It can update the unbalanced force in real time, monitor online and balance dynamically under centrifuge operation.

【技术实现步骤摘要】
整体式离心机动态配平装置及配平方法
本专利技术属于离心机动态配平
，具体涉及整体式离心机动态配平装置及配平方法。
技术介绍
所有的旋转类机械都应该尽量保证平衡，不平衡力使得离心机运转过程中产生动载荷进而引起设备振动，导致系统运转平稳性和精度降低、运动噪声增大、运动部件加速磨损、转子无法正常运转、寿命缩短甚至主机倾覆等，严重影响整个离心机的运行安全。因此，无论在离心机运转前还是运转过程中都需要对不平衡力进行配平。目前，国内大多数的离心机配平都采用静态配平方法。即：以力矩平衡为原理，在非工作状态下，通过安装于吊篮中或臂架内的执行装置将一定质量的配重安装或移动至特定位置来实现静态配平。少部分较为先进的离心机采用了自动化程度较高的电动移动配平方式，可在非工作状态下，通过活动配重上的电机驱动传动机构，实现移动配重在框架上的平移，以改变配重质心位置的方式实现配平(一种大型离心机大量程静态平衡调节装置专利号：201310285476.X)；当移动配重不能满足配平范围时，通过增减固定配重块即可拓宽配平范围，该静态配平装置配平范围可达8t(一种新型离心机静态配平装置专利号：201520715025.X)。但是这种静态配平方法在离心机设备运转之后不具备动态调平能力。据调查，某些离心机采用了动态配平的方法，其实现方法主要包括水配平方法、电机或液压驱动移动配重配平方法等。水配平方法的实现原理为在试件对侧的吊篮里放置一个水箱，通过控制阀控制向水箱中注水，直到不平衡力接近为零，以此在离心机工作过程中实现实时配平(土工离心机新型平衡自调节系统，专利号：201320405085.2)。电机驱动移动配重配平方法是以电机为动力源，通过螺旋进给装置作为执行元件，驱动配重块沿螺杆进行平移运动，实现动态配平(土工离心机在线动态平衡调节机构专利号：201210112913.3)。液压动配平系统是以液压缸为动力源，通过直接驱动配重块运动实现离心机的动态配平方法(动配平系统及具备动配平系统的离心机专利号：201810581694.0)。1.采用增减配重块或电驱移动配重方式的静态配平方法，无法对离心旋转过程中由于试件状态变化产生的不平衡力进行动态配平或补偿。离心机在进行土模型的溃坝等实验时，由于试件在离心场下发生垮塌、崩溃等过程会显著改变试件的质心位置，从而产生巨大的不平衡力。采用配重块式或电驱移动配重的静态配平方法一旦安装或调整完毕即不会再发生变化，在离心机工作状态下不具备对试件产生不平衡力的配平能力。2.电机驱动式的静态/动态配平方法设计与选型难度大。电机驱动式的配平装置在离心机工作过程中需要承受至少几十G的离心负载，而在强离心场环境下可靠工作的电机选型困难，同时传动机构的丝杠及螺母等核心部件更是难以满足高离心场的要求，配平装置的设计受限于离心机的转速与装置安装位置等诸多因素。3.液压驱动方式响应速度慢、行程有限，配平能力有限。液压驱动方式虽然具备较大的负载能力，但液压驱动过程较之电机驱动和水驱动响应速度相对较慢且行程有限，难以实现配重块的快速进给和大范围调控，导致液压驱动移动配重的方式配平能力十分有限。4.水驱动式的动态配平方法，水流量精确控制难度大，配平精度有限，在强离心场下，易产生超调等负面效应。水配平过程中水在强离心力作用下流速可达每秒百米，对水流量进行精确控制难度较大，配平精度难以控制。高速的水流对水箱及臂架的瞬间冲击巨大，容易造成设备激震，引入不安全因素。此外，水调平的过程水流向不可逆，仅能够实现单向注水，无法实现逆向排水，无法实现反馈式动态配平，在离心机大G值运转时极易发生配平超调。5.传统技术的各配平方法受离心机容量、移动配重块质量、配重移动距离等多方面限制，配平范围和配平能力十分有限。传统的配平方法都是基于配平装置自身质量或质心变化的局部配平原理，配平范围和配平效果直接受限于配重装置的自身质量及移动范围。配平装置质量小、移动范围小则导致配平能力不足；配平装置质量大、移动范围大则导致配平装置结构笨重，占用较大的工作空间同时显著增大离心机负载，将导致离心机的设计难度增加与综合性能指标下降。因此传统的各种配平方法配平能力非常有限，难以具备大范围配平能力。为了解决以上问题我方研发出了一种整体式离心机动态配平装置。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种整体式离心机动态配平装置及配平方法。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：整体式离心机动态配平装置，离心机包括转臂支承和拉力轴，拉力轴可移动的穿过转臂支承内部安装，拉力轴基于转臂支承的竖向轴心线对称分布，动态配平装置包括：用于离心机的不平衡力测量和对不平衡力进行补偿和调节的不平衡力测量与运动控制部件。具体地，不平衡力测量与运动控制部件包括：伺服双向液压缸；伺服双向液压缸固定安装在拉力轴上，在转臂支承上与拉力轴接触的内侧设置有凹槽，伺服双向液压缸的液压杆置于凹槽内，并作用于转臂支承的两个方向；两个测力传感器；两个测力传感器安装在伺服双向液压缸的液压杆两端，并用于采集工作状态中离心机的转臂的不平衡力；两个直线位移传感器；两个直线位移传感器安装在伺服双向液压缸上并置于转臂支承的凹槽内，并用于测量伺服双向液压缸伸缩运动下拉力轴的实际轴向位移量，两个直线位移传感器的测量敏感方向均与液压缸运动方向平行。优选地，不平衡力测量与运动控制部件为两个，且基于拉力轴对称分布；转臂支承上设置的凹槽为两个。具体地，拉力轴为两根，且平行设置于同一横向平面内。优选地，拉力轴与转臂支承之间设置有多组滚子链，多组滚子链沿离心机的转臂轴向均匀布设，每组滚子链的一个滚动面均与拉力轴切向滚动接触。进一步地，每组滚子链包括四个滚子链，四个滚子链围成长方形，四个滚子链分别置于转臂支承的四个角部内侧并均通过一压盖固定。更进一步地，滚子链包括保持架和可转动设置在保持架内的多个圆柱滚子，保持架的一端通过压盖抵紧，每个圆柱滚子的一侧均与拉力轴滚动接触，多个圆柱滚子的滚动方向均为拉力轴的轴向方向。整体式离心机动态配平装置的配平方法，包括以下步骤：(1)离心机开始运转且配平系统启动或复位后，开始执行离心机转臂动态配平；(2)安装于伺服双向液压缸两端的测力传感器实时读取压力并求解为转臂两端的不平衡力F0；(3)一旦监测到不平衡力F0超过了动态配平的启动响应阈值ε0，则启动求解配平所需的转臂整体平动量ΔL，进而控制伺服液压缸进行伸缩运动控制；若液压伺服系统为开启状态则跳过不平衡力F0校验步骤直接进行ΔL计算求解与液压缸的运动控制；(4)在伺服液压缸的伸缩运动下整个转臂将发生轴向偏移，经由位移传感器实时测量读取转臂的实际位移量Δl，实现对伺服液压缸运动执行的闭环反馈调节；(5)当转臂实际平动量Δl运动至与期望值ΔL相等后，跳转至步骤(2)由测力传感器再次监测转臂系统轴向不平衡力；(6)在转臂平动调节的过程中，若实时不平衡力F0低于不平衡力容许偏差阈值ε1(ε1<ε0)后，说明整个转臂系统已达到较为理想的动态平衡状态，此时关闭并锁止液压系统以防止转臂与臂架在其他力作用下再发生轴向运动，保证系统的安全可靠运行，并跳转至步骤(2)；(7)在转臂平动调节的过程中，若实时不平衡力F0仍然不满足配平指标时，将跳转至步骤(3)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.整体式离心机动态配平装置，离心机包括转臂支承和拉力轴，拉力轴可移动的穿过转臂支承内部安装，拉力轴基于转臂支承的竖向轴心线对称分布，其特征在于，动态配平装置包括：用于离心机的不平衡力测量和对不平衡力进行补偿和调节的不平衡力测量与运动控制部件。

【技术特征摘要】
1.整体式离心机动态配平装置，离心机包括转臂支承和拉力轴，拉力轴可移动的穿过转臂支承内部安装，拉力轴基于转臂支承的竖向轴心线对称分布，其特征在于，动态配平装置包括：用于离心机的不平衡力测量和对不平衡力进行补偿和调节的不平衡力测量与运动控制部件。2.根据权利要求1所述的整体式离心机动态配平装置，其特征在于，不平衡力测量与运动控制部件包括：伺服双向液压缸；伺服双向液压缸固定安装在拉力轴上，在转臂支承上与拉力轴接触的内侧设置有凹槽，伺服双向液压缸的液压杆置于凹槽内，并作用于转臂支承的两个方向；两个测力传感器；两个测力传感器安装在伺服双向液压缸的液压杆两端，并用于采集工作状态中离心机的转臂的不平衡力；两个直线位移传感器；两个直线位移传感器安装在伺服双向液压缸上并置于转臂支承的凹槽内，并用于测量伺服双向液压缸伸缩运动下拉力轴的实际轴向位移量，两个直线位移传感器的测量敏感方向均与液压缸运动方向平行。3.根据权利要求1或2所述的整体式离心机动态配平装置，其特征在于：不平衡力测量与运动控制部件为两个，且基于拉力轴对称分布；转臂支承上设置的凹槽为两个。4.根据权利要求3所述的整体式离心机动态配平装置，其特征在于：拉力轴为两根，且平行设置于同一横向平面内。5.根据权利要求3所述的整体式离心机动态配平装置，其特征在于：拉力轴与转臂支承之间设置有多组滚子链，多组滚子链沿离心机的转臂轴向均匀布设，每组滚子链的一个滚动面均与拉力轴切向滚动接触。6.根据权利要求5所述的整体式离心机动态配平装置，其特征在于：每组滚子链包括四个滚子链，四个滚子链围成长方形，四个滚子链分别置于转臂支承的四个角部内侧并均通过一压盖固定。7.根据权利要求6所述的整体式离心机动态配平装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈磊，付兴，张志强，成永博，洪建忠，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院总体工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51