例行试验离心机静-动态平衡监测装置

技术领域

本发明涉及一种例行试验离心机的平衡监测装置，尤其涉及一种例行试验 离心机静-动态平衡监测装置。

背景技术

大型例行试验离心机被广泛应用于国防科学技术研究以及航空航天技术领 域，用以开展过载考核或载荷模拟试验。该类离心机具有左右不等长转臂结构， 长臂端为工作端，安装试验舱或振动台，短臂端为配重端，安装固定配重或可 移动配重，配重用以保持整个转臂关于旋转中心轴线力矩平衡，即是在负载条 件下使转臂质心通过转轴线。然而，在不同试验中，试验件及其工装夹具质量 和外形结构有所差异，同时由于静态平衡调节的误差，很难保证负载转臂质心 过转轴线，即是说不平衡通常都是存在的；另外，人为失误致使转臂不平衡也 是存在的。由于没有可靠、直观的测试手段，转臂的静态不平衡往往不为人知， 在试验过程中，不平衡力往往随着过载加速度升高变为静态的几十倍甚至几百 倍，较大的不平衡力将产生振动，带来安全隐患，危及人员和设备安全。

为了尽量克服上述问题，传统方案通常采用了在转臂的配重端安装带有刻 度的钢板尺，通过钢板尺的变形来判断转臂是否静态平衡；在土工离心机中， 通过安装压力测力传感器仅能在离心机运行过程中来监测动态不平衡力；再或 则，不设置任何反应平衡状况的装置，仅通过理论估算来判定转臂的平衡状况。

这些方式存在方法较为原始、监测不够准确、难以直观而精确地获取不平 衡量的问题。具体表现为：

通过在转臂上安装钢板尺的方法观测其变形来判断静平衡的方法过于粗 糙，不能精确判断转臂平衡状态；土工离心机上用的动态监测方法是仅能反应 动态不平衡力状况，该装置不能判定静态平衡状态，只有先采用理论进行试配 平衡，然后待离心机旋转到一定转速后，通过动态监测数据来判定配平是否在 允许范围内，若不在许可范围，还需要停机再次静态配平，增加了试验工作量； 不设置平衡检测装置，通过理论估算的方法来判断不平衡量，一则由于实际结 构比较复杂和多变，计算不便，另外估算也不准确。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够精确监测并实时显 示不平衡量的例行试验离心机静-动态平衡监测装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种例行试验离心机静-动态平衡监测装置，所述例行试验离心机包括转臂、 转臂支承和机座，所述转臂包括臂架和分别安装于所述臂架两端的试验舱和配 重块，所述臂架包括两根相互平行的拉力轴，两根所述拉力轴之间通过多个定 位环固定连接，所述转臂支承上设有横向通孔，所述拉力轴穿过所述横向通孔 实现与所述转臂支承的连接，所述转臂支承位于相邻两个所述定位环之间使所 述拉力轴能够在轴向方向(也是转臂的轴向方向)微量移动，所述转臂支承的 中心位置设有竖直方向的支承安装孔，所述转臂支承置于所述机座的上方，所 述机座的主轴向上穿过所述支承安装孔并驱动所述转臂支承旋转；在所述拉力 轴的轴向方向上，以所述支承安装孔的中心对应位置为中点，靠近所述试验舱 的一端为工作端，靠近所述配重块的一端为配重端；所述转臂支承的下底面的 工作端和配重端各设有一组支座，每一个所述支座内安装有一只用于检测重力 的摇杆式传感器，所述摇杆式传感器的测力端与所述拉力轴的下表面接触；所 述横向通孔的顶部与所述拉力轴的顶面之间、所述横向通孔的底部与所述拉力 轴的底面之间均有1-3mm的距离；所述拉力轴上靠近所述支承安装孔的工作端 的位置和配重端的位置分别安装有一组传感器座，每个所述传感器座内安装有 一个压力传感器，所述压力传感器的受力端与所述转臂支承对应接触；所述摇 杆式传感器的信号输出端与所述压力传感器的信号输出端分别与监视器的信号 输入端对应连接。

上述结构中，拉力轴在竖直方向的尺寸小于在横向通孔在竖直方向的尺寸， 既确保了静态准确测量转臂及相应部件的重量在技术上可行，也为动态测量提 供了可移动的趋势，反之，如果拉力轴与横向通孔在竖直方向紧密接触，因转 臂的自重有几十吨，摩擦力会很大，在不平衡力作用下，首先要克服摩擦力， 才能挤压压力传感器，这样测到的动态力就不准确，同时较大的摩擦力可能会 发生结构研伤，动态测力根本不可行；两组支座内的摇杆式传感器分别监测转 臂支承的工作端和配重端的重力，其中，转臂支承的工作端的重力包括转臂支 承中心点靠近工作端的转臂支承和转臂的重力之和，转臂支承的配重端的重力 包括转臂支承中心点靠近配重端的转臂支承和转臂的重力之和；将两组摇杆式 传感器监测的重力相比较，即可知道工作端和配重端是否平衡，从而实现监测 例行试验离心机静态平衡的目的；两组压力传感器通过转臂支承对拉力轴进行 限位，相当于对转臂进行限位，保证其在离心力作用下不会发生位移；在设备 运行中，工作端与配重端的压力传感器所测值的差异，表征了系统的动平衡状 况，如数值为零或接近为零，则系统是平衡的，差值越大，说明系统存在的动 态不平衡力就越大，从而实现了监测例行试验离心机动态平衡的目的。监视器 可以为仪表、计算机、信号处理器等。

具体地，所述横向通孔的顶部与所述拉力轴的顶面之间、所述横向通孔的 底部与所述拉力轴的底面之间均有1.5mm的距离。

优选地，每组所述支座包括两个所述支座，四个所述支座分别安装于所述 转臂支承的下底面的四角。

为了便于安装传感器座，所述转臂支承在所述拉力轴的轴向方向的中段的 两侧分别设有缺口，所述传感器座置于所述缺口内，所述压力传感器的受力端 与所述转臂支承的缺口内端面对应接触。

优选地，每组所述传感器座包括两个所述传感器座，其中一组的两个所述 传感器座安装于所述拉力轴上位于所述支承安装孔的工作端的上表面的两侧， 另一组的两个所述传感器座安装于所述拉力轴上位于所述支承安装孔的配重端 的上表面的两侧。

本发明的有益效果在于：

本发明利用摇杆式传感器和压力传感器分别实现对例行试验离心机的转臂 的静态重量和动态平衡进行实时监测，二者测量结果相互佐证，提高了例行试 验离心机运行的安全性。具体表现为：

1、静态称重方案结构简单易行，数据读取直观、便捷，利用基本静力学原 理，静态称重结构安装在转臂支承上，摇杆式传感器与转臂接触，竖直方向安 装，结构容易实现，与以往的例行试验离心机结构相比，没有改变主体结构， 只局部的结构改进即可实现静态称重；而传统技术中，往往没有设置静态称重 装置，只是通过理论估算来了解系统的静态不平衡状况，存在计算误差将导致 不能准确进行静态配平。

2、静态称重装置为动态测量不平衡力的实现提供了移动趋势，保证了动态 测量不平衡力的可行；同时，用静态称重装置代替以往的平面滚动体结构，减 少了机械加工量和加工难度，节约了成本。

附图说明

图1是包括本发明所述静-动态平衡监测装置的例行试验离心机的主视图， 图中没有转轴的；

图2是包括本发明所述静-动态平衡监测装置的例行试验离心机的立体图， 图中去掉了机座；

图3是包括本发明所述静-动态平衡监测装置的例行试验离心机的局部立体 图，重点示出所述静-动态平衡监测装置的结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1、图2和图3所示，本发明所述例行试验离心机静-动态平衡监测装 置中，所述例行试验离心机包括转臂1、转臂支承2和机座3，转臂1包括臂架 和分别安装于所述臂架两端的试验舱11和配重块14，所述臂架包括两根相互平 行的拉力轴12，两根拉力轴12之间通过多个定位环13固定连接，转臂支承2 上设有横向通孔(图中未标记)，拉力轴12穿过横向通孔实现与转臂支承2的 连接，转臂支承2位于相邻两个定位环13之间使拉力轴12能够在轴向方向微 量移动，(大约100mm左右)移动，转臂支承2的中心位置设有竖直方向的支 承安装孔(图中未标记)，转臂支承2置于机座3的上方，机座3的主轴4向上 穿过支承安装孔并驱动转臂支承2旋转；在拉力轴12的轴向方向上，以支承安 装孔的中心对应位置为中点，靠近试验舱11的一端为工作端，靠近配重块14 的一端为配重端；转臂支承2的下底面的工作端和配重端各设有一组支座5，每 组支座5包括两个支座5，四个支座5分别安装于转臂支承2的下底面的四角， 每一个支座5内安装有一只用于检测重力的摇杆式传感器(图中未示出)，摇杆 式传感器的测力端与拉力轴12的下表面接触；横向通孔的顶部与拉力轴12的 顶面之间、横向通孔的底部与拉力轴12的底面之间均有1.5mm的距离，也可 以为1-3mm中的其它距离；转臂支承2在拉力轴12的轴向方向的中段的两侧 分别设有缺口6，缺口6内的拉力轴12上靠近支承安装孔的工作端的位置和配 重端的位置分别安装有一组传感器座7，每组传感器座7包括两个传感器座7， 其中一组的两个传感器座7安装于拉力轴12上位于支承安装孔的工作端的上表 面的两侧，另一组的两个传感器座7安装于拉力轴12上位于支承安装孔的配重 端的上表面的两侧，每个传感器座7内安装有一个压力传感器(图中未示出)， 压力传感器的受力端与转臂支承2的缺口6的内端面对应接触；摇杆式传感器 的信号输出端与压力传感器的信号输出端分别与监视器(图中未示出)的信号 输入端对应连接，监视器可以为智能仪表、监控计算机等。

为了便于调节，还可以在传感器座7上设置调节装置，用于调节传感器座7 在拉力轴12上的相对位置，这种调节装置为常规结构，如采用螺杆调节，在此 不作具体描述。

如图1、图2和图3所示，本发明所述例行试验离心机静-动态平衡监测装 置的工作原理如下：

例行试验离心机处于静态时，转臂支承2和转臂1(包括试验舱11和配重 块14)的总重量均通过四个支座5施加于机座3上，支座5内的摇杆式传感器 实时监测该总重量并将信号传输给监视器显示出来。通过对每一个摇杆式传感 器的对应重量信息进行比对，也可以在一定程度上了解工作端和配重端的重量 是否一致，对于有明显差别的可以在试验之前进行调整，改变配重块14的重量， 尽量实现两端的重量一致，达到平衡状态。

例行试验离心机处于运行状态时，主轴4旋转带动转臂支承2一起旋转， 由于转臂支承2套装于拉力轴12上，所以带动拉力轴12一起旋转。如果存在 动态不平衡的情况，拉力轴12能够向工作端或配重端适当移动，这样就会对其 中一端的传感器座7及内装的压力传感器施压，导致对应的压力传感器的输出 信号增大，该信号传输给监视器显示出来。这样工作人员就能够实时监测例行 试验离心机运行时的动态平衡状态了。拉力轴12的轴向移动距离会受到两种结 构的限制：其一为两端的传感器座9及内装的压力传感器的限位，其二为安装 于拉力轴12的侧面的限位块15。这两种结构可以根据需要改变限位距离，但无 论如何都能确保拉力轴12和整个转臂1不会过多地偏移中心位置，从而确保运 行安全。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制， 比如：横向通孔的顶部与拉力轴12的顶面之间、横向通孔的底部与拉力轴12 的底面之间的距离还可以根据需要改变；支座5及内装的摇杆式传感器的数量、 传感器座7及内装的压力传感器的数量均可以变化，如改为6个或8个都可以； 只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视 为落入本发明专利的权利保护范围内。