振动筛激振器在线测试系统的设计及其试验分析

王 燕

(大同煤矿集团机电装备制造有限公司,山西 大同 037305)

振动筛作为主要的筛分设备在各个选煤厂是不可或缺的机械设备,而激振器又是振动筛的主要动力部件,其产品质量直接决定了振动筛的使用寿命和选煤厂工作的正常运行[1-4]。作为箱式激振器的制造和维修厂家,出厂检测成了检验产品质量的重要环节。因此升级激振器出厂检验测试系统,既可以提升设备本身的安全性和可靠性,也能降低选煤厂设备的维修率,同时可以释放多余的劳动力,对提高生产效率有很大的作用。

激振器出厂检测一般进行模拟现场工况持续测试8 h,目前现有的出厂检验大多停留在人工测试阶段,该方式存在检测位置不定、人工偏差大、测试人员疲劳等问题,同时,测试人员的工作态度也会影响检测结果,且靠近试验平台进行检测对操作人员的人身安全也会产生威胁。因此,本文对激振器产品在线无人检测装置和基于激振器测试状态的检测以及报警软件平台的设计予以论述。

1 振动筛激振器工作原理

图1是FE型箱式激振器结构图。

1-主动轴;2-从动轴;3-齿轮对;4-偏心块;5-插件;6-轴承;7-箱体;8-迷宫式密封图1 FE型箱式激振器机构图Fig.1 Structure of EF box exciter

箱体内装有主动轴和从动轴,轴端各有一对重量相同的4个偏心块,动力带动主动轴回转,通过齿轮对作用,使从动轴做相对而同步的旋转,利用不平衡重回转时产生的离心惯性力使激振器产生定向激振力。通过调整偏心块回转速度和插件的数量、位置,以改变不平衡回转重量,从而调整激振力和工作力矩的大小。给密封的箱体内加注齿轮油,使齿轮和轴承润滑和散热,保证传动平稳、运行可靠。

两个相同的偏心块同步异向旋转,在各瞬间位置时,两根轴上所产生的离心惯性力沿X方向的分力总是相互抵消,而沿Y方向的分力总是相互迭加,因此就形成了沿Y方向的往复激振力,依靠这个力驱动筛箱直线振动。由图2可看出,当两个偏心块运转到(1)和(3)的位置时,它们所产生的离心惯性力完全迭加,激振力最大;转到(2)和(4)的位置时,它们的离心惯性力完全抵消,激振力为零[3]。

图2 激振器的工作原理图Fig.2 Working principle of exciter

2 激振器振动测试平台的构建

激振器在线测试平台完全模拟振动筛现场工况,将筛箱座式支撑在弹簧上,电机通过万向联轴器将动力传递给激振器,激振器为整个筛体提供激振力(见图3)。

图3 激振器在线测试平台示意图Fig.3 Online test platform of exciter

激振器通过对长轴和短轴轴承进行温度测试以及运转时发出噪声的大小来判断齿轮、轴承以及轴之间配合是否良好。测试平台旁边配置4个红外温度在线测试装置和1个噪声传感器。

在线测试系统控制采用西门子S7-1200系列PLC为控制中枢,型号选择为CPU1212C[5],模拟量I/O为6路输入,控制分别为A、B、C、D四点温度以及噪声和环境温度输入信号(见图4)。

图4 PLC模拟量输入原理图Fig.4 PLC analog input principle

由图5可知,共有4路输出,分别对应4个控制通道。并在主电路设计中加入过流过载保护、短路保护、断路保护、稳压装置和温度保护报警等,提高了设备运行的稳定性与安全性。

图5 PLC输入输出原理图Fig.5 PLC input and output principle

3 激振器状态参数在线检测与分析

在线无人检测单元通过红外测试仪、噪声传感器分别对激振器长短轴的4个检测点进行实时温度测试,噪声传感器对环境噪声进行检测,温度和噪声信号通过光纤传入到电脑主机,实时检测激振器的状态,如果温度超过设定温度,就会自动报警。

3.1 测试主界面

测试系统主页面可实时检测到环境温度,A、B、C、D四点的温升以及噪声值,可对警戒报警温度进行设置(见图6)。

图6 测试系统主画面Fig.6 Main interface of test system

1)噪声:显示环境噪声;2)温升报警值设置:设置轴承超过环境温度时的报警值;3)长轴A点温升:长轴A点温度减去环境温度时的值;4)长轴B点温升:长轴B点温度减去环境温度时的值;5)短轴C点温升:短轴C点温度减去环境温度时的值;6)短轴D点温升:短轴D点温度减去环境温度时的值;7)环境温度:环境温度的值;8)红色区域为报警区;9)温度过高:长轴和短轴共4个温度点,其中一个点的温升值大于温升报警值该报警条亮起并闪烁,同时声光报警灯工作;10)急停:当按下紧急停止按钮时,该报警条亮起并闪烁,同时声光报警灯工作。

3.2 测试报告

待检测的激振器要模仿现场工况进行8 h持续测试,在线测试系统每15 min自动对激振器4个检测点的温度和噪声值进行一次测量,并将测试数据自动保存在报表中(见图7),以便测试后对数据进行分析和比较。操作人员具体设置如下:

图7 检测点温度随时间变化曲线图Fig.7 Detection point temperature variation with time

1)起始日期:设置要在报告中显示的记录数据的起始日期;2)起始时间:设置要在报告中显示的记录数据的起始时间;3)查询间隔:设置要在报告中显示的记录数据的间隔时间,单位是秒;4)查询:按下此按钮后,需要显示的数据按照设置好的时期、时间和间隔显示在右侧报表中。

3.3 测试数据分析

1)以一台FE75激振器检测数据为例对A、B、C、D四个检测点轴温升进行分析。激振器在启动初期,润滑油随着机器的运转可以发挥作用,轴承和轴之间的摩擦,以及齿轮之间的咬合产生的热量逐渐使轴承和轴的温度升高,当激振器启动1.5 h后,设备中各个部件的配合已进行正常的工作状态,油温也达到热平衡,检测点的温度曲线也趋于平缓(见图8),如检测点的温差(检测温度-环境温度)≥60oC时候,说明装备配合之间出现偏差,将对激振器重新进行调试。

图8 测试软件平台报表页面图Fig.8 Report page of test software platform

2)通过图8可明显看到设备的噪声在70 dB上下浮动,由于激振器在偏心力的作用下上下振动,使得声波也呈现明显的波纹状。

图9 噪声随时间变化图Fig.9 Noise variation with time

4 结束语

激振器在线测试系统及软件平台,通过红外温度传感器和噪声传感器将激振器温度和噪声信号进行实时采集记录、分析处理,可及时发现激振器的故障,并主动报警,弥补了人工测试中的不确定性给产品造成的质量不稳定性,减少了操作人员的安全隐患,确保了产品质量。