振動(dòng)篩激振器在線測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其試驗(yàn)分析

王 燕

(大同煤礦集團(tuán)機(jī)電裝備制造有限公司,山西 大同 037305)

振動(dòng)篩作為主要的篩分設(shè)備在各個(gè)選煤廠是不可或缺的機(jī)械設(shè)備,而激振器又是振動(dòng)篩的主要?jiǎng)恿Σ考?其產(chǎn)品質(zhì)量直接決定了振動(dòng)篩的使用壽命和選煤廠工作的正常運(yùn)行[1-4]。作為箱式激振器的制造和維修廠家,出廠檢測(cè)成了檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。因此升級(jí)激振器出廠檢驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng),既可以提升設(shè)備本身的安全性和可靠性,也能降低選煤廠設(shè)備的維修率,同時(shí)可以釋放多余的勞動(dòng)力,對(duì)提高生產(chǎn)效率有很大的作用。

激振器出廠檢測(cè)一般進(jìn)行模擬現(xiàn)場(chǎng)工況持續(xù)測(cè)試8 h,目前現(xiàn)有的出廠檢驗(yàn)大多停留在人工測(cè)試階段,該方式存在檢測(cè)位置不定、人工偏差大、測(cè)試人員疲勞等問(wèn)題,同時(shí),測(cè)試人員的工作態(tài)度也會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果,且靠近試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行檢測(cè)對(duì)操作人員的人身安全也會(huì)產(chǎn)生威脅。因此,本文對(duì)激振器產(chǎn)品在線無(wú)人檢測(cè)裝置和基于激振器測(cè)試狀態(tài)的檢測(cè)以及報(bào)警軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)予以論述。

1 振動(dòng)篩激振器工作原理

圖1是FE型箱式激振器結(jié)構(gòu)圖。

1-主動(dòng)軸;2-從動(dòng)軸;3-齒輪對(duì);4-偏心塊;5-插件;6-軸承;7-箱體;8-迷宮式密封圖1 FE型箱式激振器機(jī)構(gòu)圖Fig.1 Structure of EF box exciter

箱體內(nèi)裝有主動(dòng)軸和從動(dòng)軸,軸端各有一對(duì)重量相同的4個(gè)偏心塊,動(dòng)力帶動(dòng)主動(dòng)軸回轉(zhuǎn),通過(guò)齒輪對(duì)作用,使從動(dòng)軸做相對(duì)而同步的旋轉(zhuǎn),利用不平衡重回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心慣性力使激振器產(chǎn)生定向激振力。通過(guò)調(diào)整偏心塊回轉(zhuǎn)速度和插件的數(shù)量、位置,以改變不平衡回轉(zhuǎn)重量,從而調(diào)整激振力和工作力矩的大小。給密封的箱體內(nèi)加注齒輪油,使齒輪和軸承潤(rùn)滑和散熱,保證傳動(dòng)平穩(wěn)、運(yùn)行可靠。

兩個(gè)相同的偏心塊同步異向旋轉(zhuǎn),在各瞬間位置時(shí),兩根軸上所產(chǎn)生的離心慣性力沿X方向的分力總是相互抵消,而沿Y方向的分力總是相互迭加,因此就形成了沿Y方向的往復(fù)激振力,依靠這個(gè)力驅(qū)動(dòng)篩箱直線振動(dòng)。由圖2可看出,當(dāng)兩個(gè)偏心塊運(yùn)轉(zhuǎn)到(1)和(3)的位置時(shí),它們所產(chǎn)生的離心慣性力完全迭加,激振力最大;轉(zhuǎn)到(2)和(4)的位置時(shí),它們的離心慣性力完全抵消,激振力為零[3]。

圖2 激振器的工作原理圖Fig.2 Working principle of exciter

2 激振器振動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的構(gòu)建

激振器在線測(cè)試平臺(tái)完全模擬振動(dòng)篩現(xiàn)場(chǎng)工況,將篩箱座式支撐在彈簧上,電機(jī)通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器將動(dòng)力傳遞給激振器,激振器為整個(gè)篩體提供激振力(見(jiàn)圖3)。

圖3 激振器在線測(cè)試平臺(tái)示意圖Fig.3 Online test platform of exciter

激振器通過(guò)對(duì)長(zhǎng)軸和短軸軸承進(jìn)行溫度測(cè)試以及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出噪聲的大小來(lái)判斷齒輪、軸承以及軸之間配合是否良好。測(cè)試平臺(tái)旁邊配置4個(gè)紅外溫度在線測(cè)試裝置和1個(gè)噪聲傳感器。

在線測(cè)試系統(tǒng)控制采用西門子S7-1200系列PLC為控制中樞,型號(hào)選擇為CPU1212C[5],模擬量I/O為6路輸入,控制分別為A、B、C、D四點(diǎn)溫度以及噪聲和環(huán)境溫度輸入信號(hào)(見(jiàn)圖4)。

圖4 PLC模擬量輸入原理圖Fig.4 PLC analog input principle

由圖5可知,共有4路輸出,分別對(duì)應(yīng)4個(gè)控制通道。并在主電路設(shè)計(jì)中加入過(guò)流過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、斷路保護(hù)、穩(wěn)壓裝置和溫度保護(hù)報(bào)警等,提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性。

圖5 PLC輸入輸出原理圖Fig.5 PLC input and output principle

3 激振器狀態(tài)參數(shù)在線檢測(cè)與分析

在線無(wú)人檢測(cè)單元通過(guò)紅外測(cè)試儀、噪聲傳感器分別對(duì)激振器長(zhǎng)短軸的4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度測(cè)試,噪聲傳感器對(duì)環(huán)境噪聲進(jìn)行檢測(cè),溫度和噪聲信號(hào)通過(guò)光纖傳入到電腦主機(jī),實(shí)時(shí)檢測(cè)激振器的狀態(tài),如果溫度超過(guò)設(shè)定溫度,就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。

3.1 測(cè)試主界面

測(cè)試系統(tǒng)主頁(yè)面可實(shí)時(shí)檢測(cè)到環(huán)境溫度,A、B、C、D四點(diǎn)的溫升以及噪聲值,可對(duì)警戒報(bào)警溫度進(jìn)行設(shè)置(見(jiàn)圖6)。

圖6 測(cè)試系統(tǒng)主畫面Fig.6 Main interface of test system

1)噪聲:顯示環(huán)境噪聲;2)溫升報(bào)警值設(shè)置:設(shè)置軸承超過(guò)環(huán)境溫度時(shí)的報(bào)警值;3)長(zhǎng)軸A點(diǎn)溫升:長(zhǎng)軸A點(diǎn)溫度減去環(huán)境溫度時(shí)的值;4)長(zhǎng)軸B點(diǎn)溫升:長(zhǎng)軸B點(diǎn)溫度減去環(huán)境溫度時(shí)的值;5)短軸C點(diǎn)溫升:短軸C點(diǎn)溫度減去環(huán)境溫度時(shí)的值;6)短軸D點(diǎn)溫升:短軸D點(diǎn)溫度減去環(huán)境溫度時(shí)的值;7)環(huán)境溫度:環(huán)境溫度的值;8)紅色區(qū)域?yàn)閳?bào)警區(qū);9)溫度過(guò)高:長(zhǎng)軸和短軸共4個(gè)溫度點(diǎn),其中一個(gè)點(diǎn)的溫升值大于溫升報(bào)警值該報(bào)警條亮起并閃爍,同時(shí)聲光報(bào)警燈工作;10)急停:當(dāng)按下緊急停止按鈕時(shí),該報(bào)警條亮起并閃爍,同時(shí)聲光報(bào)警燈工作。

3.2 測(cè)試報(bào)告

待檢測(cè)的激振器要模仿現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行8 h持續(xù)測(cè)試,在線測(cè)試系統(tǒng)每15 min自動(dòng)對(duì)激振器4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的溫度和噪聲值進(jìn)行一次測(cè)量,并將測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)保存在報(bào)表中(見(jiàn)圖7),以便測(cè)試后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比較。操作人員具體設(shè)置如下:

圖7 檢測(cè)點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化曲線圖Fig.7 Detection point temperature variation with time

1)起始日期:設(shè)置要在報(bào)告中顯示的記錄數(shù)據(jù)的起始日期;2)起始時(shí)間:設(shè)置要在報(bào)告中顯示的記錄數(shù)據(jù)的起始時(shí)間;3)查詢間隔:設(shè)置要在報(bào)告中顯示的記錄數(shù)據(jù)的間隔時(shí)間,單位是秒;4)查詢:按下此按鈕后,需要顯示的數(shù)據(jù)按照設(shè)置好的時(shí)期、時(shí)間和間隔顯示在右側(cè)報(bào)表中。

3.3 測(cè)試數(shù)據(jù)分析

1)以一臺(tái)FE75激振器檢測(cè)數(shù)據(jù)為例對(duì)A、B、C、D四個(gè)檢測(cè)點(diǎn)軸溫升進(jìn)行分析。激振器在啟動(dòng)初期,潤(rùn)滑油隨著機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)可以發(fā)揮作用,軸承和軸之間的摩擦,以及齒輪之間的咬合產(chǎn)生的熱量逐漸使軸承和軸的溫度升高,當(dāng)激振器啟動(dòng)1.5 h后,設(shè)備中各個(gè)部件的配合已進(jìn)行正常的工作狀態(tài),油溫也達(dá)到熱平衡,檢測(cè)點(diǎn)的溫度曲線也趨于平緩(見(jiàn)圖8),如檢測(cè)點(diǎn)的溫差(檢測(cè)溫度-環(huán)境溫度)≥60oC時(shí)候,說(shuō)明裝備配合之間出現(xiàn)偏差,將對(duì)激振器重新進(jìn)行調(diào)試。

圖8 測(cè)試軟件平臺(tái)報(bào)表頁(yè)面圖Fig.8 Report page of test software platform

2)通過(guò)圖8可明顯看到設(shè)備的噪聲在70 dB上下浮動(dòng),由于激振器在偏心力的作用下上下振動(dòng),使得聲波也呈現(xiàn)明顯的波紋狀。

圖9 噪聲隨時(shí)間變化圖Fig.9 Noise variation with time

4 結(jié)束語(yǔ)

激振器在線測(cè)試系統(tǒng)及軟件平臺(tái),通過(guò)紅外溫度傳感器和噪聲傳感器將激振器溫度和噪聲信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集記錄、分析處理,可及時(shí)發(fā)現(xiàn)激振器的故障,并主動(dòng)報(bào)警,彌補(bǔ)了人工測(cè)試中的不確定性給產(chǎn)品造成的質(zhì)量不穩(wěn)定性,減少了操作人員的安全隱患,確保了產(chǎn)品質(zhì)量。