振動篩激振器在線測試系統的設計及其試驗分析

王 燕

(大同煤礦集團機電裝備制造有限公司,山西 大同 037305)

振動篩作為主要的篩分設備在各個選煤廠是不可或缺的機械設備,而激振器又是振動篩的主要動力部件,其產品質量直接決定了振動篩的使用壽命和選煤廠工作的正常運行[1-4]。作為箱式激振器的制造和維修廠家,出廠檢測成了檢驗產品質量的重要環節。因此升級激振器出廠檢驗測試系統,既可以提升設備本身的安全性和可靠性,也能降低選煤廠設備的維修率,同時可以釋放多余的勞動力,對提高生產效率有很大的作用。

激振器出廠檢測一般進行模擬現場工況持續測試8 h,目前現有的出廠檢驗大多停留在人工測試階段,該方式存在檢測位置不定、人工偏差大、測試人員疲勞等問題,同時,測試人員的工作態度也會影響檢測結果,且靠近試驗平臺進行檢測對操作人員的人身安全也會產生威脅。因此,本文對激振器產品在線無人檢測裝置和基于激振器測試狀態的檢測以及報警軟件平臺的設計予以論述。

1 振動篩激振器工作原理

圖1是FE型箱式激振器結構圖。

1-主動軸;2-從動軸;3-齒輪對;4-偏心塊;5-插件;6-軸承;7-箱體;8-迷宮式密封圖1 FE型箱式激振器機構圖Fig.1 Structure of EF box exciter

箱體內裝有主動軸和從動軸,軸端各有一對重量相同的4個偏心塊,動力帶動主動軸回轉,通過齒輪對作用,使從動軸做相對而同步的旋轉,利用不平衡重回轉時產生的離心慣性力使激振器產生定向激振力。通過調整偏心塊回轉速度和插件的數量、位置,以改變不平衡回轉重量,從而調整激振力和工作力矩的大小。給密封的箱體內加注齒輪油,使齒輪和軸承潤滑和散熱,保證傳動平穩、運行可靠。

兩個相同的偏心塊同步異向旋轉,在各瞬間位置時,兩根軸上所產生的離心慣性力沿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方向的往復激振力,依靠這個力驅動篩箱直線振動。由圖2可看出,當兩個偏心塊運轉到(1)和(3)的位置時,它們所產生的離心慣性力完全迭加,激振力最大;轉到(2)和(4)的位置時,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 激振器振動測試平臺的構建

激振器在線測試平臺完全模擬振動篩現場工況,將篩箱座式支撐在彈簧上,電機通過萬向聯軸器將動力傳遞給激振器,激振器為整個篩體提供激振力(見圖3)。

圖3 激振器在線測試平臺示意圖Fig.3 Online test platform of exciter

激振器通過對長軸和短軸軸承進行溫度測試以及運轉時發出噪聲的大小來判斷齒輪、軸承以及軸之間配合是否良好。測試平臺旁邊配置4個紅外溫度在線測試裝置和1個噪聲傳感器。

在線測試系統控制采用西門子S7-1200系列PLC為控制中樞,型號選擇為CPU1212C[5],模擬量I/O為6路輸入,控制分別為A、B、C、D四點溫度以及噪聲和環境溫度輸入信號(見圖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,分別對應4個控制通道。并在主電路設計中加入過流過載保護、短路保護、斷路保護、穩壓裝置和溫度保護報警等,提高了設備運行的穩定性與安全性。

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

3 激振器狀態參數在線檢測與分析

在線無人檢測單元通過紅外測試儀、噪聲傳感器分別對激振器長短軸的4個檢測點進行實時溫度測試,噪聲傳感器對環境噪聲進行檢測,溫度和噪聲信號通過光纖傳入到電腦主機,實時檢測激振器的狀態,如果溫度超過設定溫度,就會自動報警。

3.1 測試主界面

測試系統主頁面可實時檢測到環境溫度,A、B、C、D四點的溫升以及噪聲值,可對警戒報警溫度進行設置(見圖6)。

圖6 測試系統主畫面Fig.6 Main interface of test system

1)噪聲:顯示環境噪聲;2)溫升報警值設置:設置軸承超過環境溫度時的報警值;3)長軸A點溫升:長軸A點溫度減去環境溫度時的值;4)長軸B點溫升:長軸B點溫度減去環境溫度時的值;5)短軸C點溫升:短軸C點溫度減去環境溫度時的值;6)短軸D點溫升:短軸D點溫度減去環境溫度時的值;7)環境溫度:環境溫度的值;8)紅色區域為報警區;9)溫度過高:長軸和短軸共4個溫度點,其中一個點的溫升值大于溫升報警值該報警條亮起并閃爍,同時聲光報警燈工作;10)急停:當按下緊急停止按鈕時,該報警條亮起并閃爍,同時聲光報警燈工作。

3.2 測試報告

待檢測的激振器要模仿現場工況進行8 h持續測試,在線測試系統每15 min自動對激振器4個檢測點的溫度和噪聲值進行一次測量,并將測試數據自動保存在報表中(見圖7),以便測試后對數據進行分析和比較。操作人員具體設置如下:

圖7 檢測點溫度隨時間變化曲線圖Fig.7 Detection point temperature variation with time

1)起始日期:設置要在報告中顯示的記錄數據的起始日期;2)起始時間:設置要在報告中顯示的記錄數據的起始時間;3)查詢間隔:設置要在報告中顯示的記錄數據的間隔時間,單位是秒;4)查詢:按下此按鈕后,需要顯示的數據按照設置好的時期、時間和間隔顯示在右側報表中。

3.3 測試數據分析

1)以一臺FE75激振器檢測數據為例對A、B、C、D四個檢測點軸溫升進行分析。激振器在啟動初期,潤滑油隨著機器的運轉可以發揮作用,軸承和軸之間的摩擦,以及齒輪之間的咬合產生的熱量逐漸使軸承和軸的溫度升高,當激振器啟動1.5 h后,設備中各個部件的配合已進行正常的工作狀態,油溫也達到熱平衡,檢測點的溫度曲線也趨于平緩(見圖8),如檢測點的溫差(檢測溫度-環境溫度)≥60oC時候,說明裝備配合之間出現偏差,將對激振器重新進行調試。

圖8 測試軟件平臺報表頁面圖Fig.8 Report page of test software platform

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

圖9 噪聲隨時間變化圖Fig.9 Noise variation with time

4 結束語

激振器在線測試系統及軟件平臺,通過紅外溫度傳感器和噪聲傳感器將激振器溫度和噪聲信號進行實時采集記錄、分析處理,可及時發現激振器的故障,并主動報警,彌補了人工測試中的不確定性給產品造成的質量不穩定性,減少了操作人員的安全隱患,確保了產品質量。