[发明专利]一种高速电主轴的在线动平衡补偿装置及其补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及主轴在线动平衡技术领域，尤其涉及一种高速电主轴的在线动平衡补偿装置及其补偿方法。

背景技术

旋转机械的转子在转动时，由于机械加工中，材料密度分布不均匀、加工毛坯的缺陷、加工误差、装配误差或者设计等原因，都或多或少使转子质量分布不均匀，从而产生转子不平衡的问题。而由于转子不平衡引起的振动是旋转机械振动中最为常见的一种现象，特别对高速旋转的设备尤为常见。尽管很多大型旋转机械在制造厂都做过单转子平衡，但由于现场运行条件与制造厂进行平衡的条件不同，轴系平衡状态可能会由于安装、运行条件、磨损、甚至部件飞脱、热变形等原因发生变化。据有关资料统计，旋转机械由于振动原因导致设备失效的大约为60％～70％，其中，因转子不平衡而导致失效的比例为30%左右。转子不平衡给机电设备的工作性能造成了很大的负面影响，同时也是诱发、加剧其它故障的重要原因。因转子不平衡而引起振动的问题已日益突出，甚至在一些领域已经成为制约整个行业产品质量、性能进一步提高的瓶颈，动平衡技术的重要性也愈加彰显。

近年来，数字信号处理技术、通信移植技术、总线技术、自动控制技术等的快速发展，带动了高速度﹑高精密性的动平衡技术数字化、智能化、网络化日新月异的发展。现代转子动平衡技术通常可分为工艺动平衡、现场动平衡、在线动平衡三类。工艺动平衡是指在动平衡机上进行的平衡；现场动平衡是指转子在实际工作的条件下，利用一些现场测试和分析设备对转子实施的平衡操作；在线动平衡是指在机组不停机的状态下，利用一种自动控制机构来实现对转子系统的平衡的方法。

目前，在线动平衡补偿方法归纳起来可分为二大类，第一类从质量方面着手，通过加重去重的方法直接将转子的重心移到旋转中心，称之为直接在线动平衡装置，包括喷涂法、喷液法及激光去重法等。第二类采用力的方法，即给转子长期提供与不平衡矢量方向相反、大小相等的力，当转子旋转时，将其重心强拉至旋转中心，称为间接在线动平衡装置，如采用电磁轴承方法及电磁圆盘方法等。上述第一类方法会破坏转子的质量，容易产生新的不平衡，效率低。对于上述第二类方法，圆盘在运行过程中一直受平衡电磁力的作用，对于长期运行的旋转机械来说，能耗大，并且机械结构复杂、操作繁琐、故障率高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高速电主轴的在线动平衡补偿装置、用于控制两套所述补偿装置的控制系统、采用两套所述补偿装置及所述控制系统对所述高速电主轴进行在线动平衡补偿的补偿方法。

所述补偿装置，包括：

第一内环，其固定地套在所述电主轴的转子上，随所述转子同步转动；

第二内环，其与所述第一内环交错相对，且固定地套在所述转子上，随所述转子同步转动；

平衡环，其自身带有一个不平衡矢量，套在所述第一内环及第二内环上，在其中一个内环的驱动下随该内环同步转动，并能在外力的作用下沿所述转子轴心方向作轴向移动，作轴向移动时，所述平衡环由其中一个内环驱动切换为由另一个内环驱动，每当所述平衡环由其中一个内环驱动切换为由另一个内环驱动时，所述平衡环就相对所述转子转动一个角度。

进一步地，所述平衡环两侧安装有弹性元件，所述弹性元件以大小相等，方向相反的力将所述平衡环向中间压紧，使所述平衡环保持同时套在所述第一内环及第二内环上。

所述控制系统，包括：

检测模块，其分散安装在第一套所述补偿装置的平衡环(简称第一平衡环)、第二套所述补偿装置的平衡环（简称第二平衡环）及所述转子上，用于检测所述转子的振动、转速及位置信号以及所述第一平衡环、第二平衡环的转速及位置信号。

信号处理模块，其与所述检测模块连接，用于对所述转子的振动信号进行预处理；

第一通信模块，其与所述检测模块连接；

控制模块，其与所述第一通信模块及所述信号处理模块连接，用于实时检测通过第一通信模块接收到的所述转子的振动信号以及通过信号处理模块接收到的所述转子、第一平衡环及第二平衡环的转速及位置信号，并根据上述信号判断所述转子的振动强度是否超标，以及如果超标，所述第一平衡环及第二平衡环需要切换驱动内环的次数；

第二通信模块；

驱动模块，其通过所述第二通信模块与所述控制模块连接，用于根据通过所述第二通信模块接收到的所述第一平衡环及第二平衡环需要切换驱动内环的次数控制所述第一平衡环及第二平衡环相对所述转子转动，以平衡所述转子的不平衡矢量。

进一步地，所述检测模块包括：

转子振动电涡流传感器，其安装在所述转子上，用于检测所述转子的振动信号;