颗粒介质中旋转叶片非线性动态响应测试装置及测试方法

摘要

本发明涉及颗粒介质中旋转叶片非线性动态响应测试装置及测试方法。技术方案为：包括电机、支架、回转组件和搅拌组件，电机固定连接在支架上；回转组件包括回转轴、回转支撑轴承、机壳和滑环，回转轴与回转支撑轴承内圈同轴紧固连接，回转支撑轴承外圈与机壳紧固连接，滑环包括定子和转子，定子通过法兰与机壳紧固连接，转子与回转轴同轴连接；搅拌组件包括搅拌筒、旋转叶片、搅拌轴和应变片，搅拌筒与机壳紧固连接，搅拌轴一端通过弹性连轴器与电机同轴紧固连接，搅拌轴另一端与回转轴同轴紧固连接，旋转叶片安装在搅拌轴上，应变片固定粘在旋转叶片上，应变片通过连接线和滑环与动态信号测试分析系统连接。本发明结构简单、操作方便，能够实现实时在线检测旋转叶片动态信号。

说明书

技术领域

本发明属于工程试验装置技术领域，具体涉及一种颗粒介质中旋转叶片非线性动态响应测试装置及测试方法。

背景技术

颗粒物质与工程结构的相互作用问题可归类为离散介质与连续体的耦合问题。旋转叶片与颗粒物质的相互作用广泛存在于制药、化工、运输、能源等领域。颗粒物质在运动结构作用下呈现复杂的动态特征，运动结构也因为与颗粒的相互接触表现出明显的非线性动力学特性。颗粒介质中的旋转叶片由于运动过程中诱发颗粒物质之间以及颗粒与结构之间的碰撞和摩擦，进而使结构的振动产生具有高度非线性的力学行为。由于颗粒不同于流体、固体、气体的性质，在旋转叶片与颗粒介质相互作用时，随着叶片转动速度的变化，颗粒对叶片产生的附加质量效应、阻尼耗能效应、附加刚度效应会发生相应的变化。

在颗粒搅拌过程中，搅拌装置的动力学行为可能会对搅拌效率产生影响。在颗粒搅拌问题中考虑结构的动力学问题具有实际工程意义，对旋转叶片应力及振动进行分析，可以优化结构设计并提高设备工作效率。目前该领域的研究主要集中于颗粒物质的运动行为，而颗粒介质的内弹性结构的动力学行为研究较少。

发明内容

本发明提供颗粒介质中旋转叶片非线性动态响应测试装置及测试方法，结构简单、操作方便，能够实现实时在线检测旋转叶片动态信号。

本发明的技术方案如下：

颗粒介质中旋转叶片非线性动态响应测试装置，包括电机、支架、回转组件和搅拌组件，所述电机固定连接在所述支架上；所述回转组件包括回转轴、回转支撑轴承、机壳和滑环，回转轴与回转支撑轴承内圈同轴紧固连接，回转支撑轴承外圈与机壳紧固连接，滑环包括定子和转子，所述定子通过法兰与机壳紧固连接，所述转子与回转轴同轴连接；所述搅拌组件包括搅拌筒、旋转叶片、搅拌轴和应变片，搅拌筒与机壳紧固连接，搅拌轴一端通过弹性连轴器与所述电机同轴紧固连接，搅拌轴另一端与回转轴同轴紧固连接，旋转叶片安装在所述搅拌轴上，应变片固定粘在旋转叶片的待测量位置，应变片通过连接线和滑环与动态信号测试分析系统连接。

所述的颗粒介质中旋转叶片非线性动态响应测试装置，其优选方案为，所述支架包括顶板和两个侧板，所述顶板和两个侧板组成П结构，所述电机固定连接在所述顶板上。

所述的颗粒介质中旋转叶片非线性动态响应测试装置，其优选方案为，所述搅拌筒的筒底设有通孔，所述搅拌筒的筒底与回转支撑轴承的外圈过渡配合；所述搅拌筒侧面设有排料孔，所述搅拌筒为透明材料制作，以便观察所述搅拌筒内颗粒运动状态。

所述的颗粒介质中旋转叶片非线性动态响应测试装置，其优选方案为，所述弹性连轴器具有绝缘功能。

所述的颗粒介质中旋转叶片非线性动态响应测试装置，其优选方案为，所述搅拌轴表面设有多个定位孔，用于调整所述旋转叶片的高度；所述搅拌轴的轴向和径向设有相互连通的孔，用于引出应变片的连接线。

所述的颗粒介质中旋转叶片非线性动态响应测试装置，其优选方案为，所述滑环与所述回转轴的轴向设有通孔，用于引出应变片的连接线。

所述的颗粒介质中旋转叶片非线性动态响应测试装置，其优选方案为，所述应变片表面和所述连接线与颗粒接触表面粘贴玻璃丝布。

所述的颗粒介质中旋转叶片非线性动态响应测试装置，其优选方案为，所述电机由变频器控制转速。

颗粒介质中旋转叶片非线性动态响应测试方法，利用上述的颗粒介质中旋转叶片非线性动态响应测试装置，所述应变片将应变值信号传递给动态信号测试分析系统，所述动态信号测试分析系统将采集到的数据通过功率谱图、庞加莱映射及相图方法进行分析。

所述的颗粒介质中旋转叶片非线性动态响应测试方法，其优选方案为，所述应变值信号变化通过调整旋转叶片在搅拌轴上的高度、旋转叶片转速和颗粒容积率来实现。

本发明的有益效果为：

1、电机安装位置远离应变片，降低了电机磁场对应变信号的影响；支架与机壳独立安装，有效防止电机振动对应变信号的影响；弹性连轴器具有绝缘功能，有效防止电机产生的电信号对应变信号的影响，应变片表面和连接线与颗粒接触表面粘贴玻璃丝布提高了应变片和连接线耐磨性能。

2、通过变频器控制电机转速，能够实现宽广范围内精准调节速度。

3、本发明结构简单、操作方便，能够实现实时在线检测旋转叶片动态信号。

附图说明

图1为颗粒介质中旋转叶片非线性动态响应测试装置结构图；

图2为回转组件结构图。

具体实施方式

如图1、2所示，颗粒介质中旋转叶片非线性动态响应测试装置，包括电机1、支架3、回转组件和搅拌组件，所述支架3包括顶板和两个侧板，所述顶板和两个侧板组成П结构，所述电机1固定连接在所述顶板上；所述回转组件包括回转轴8、回转支撑轴承9、机壳10和滑环12，回转轴8与回转支撑轴承9内圈同轴紧固连接，回转支撑轴承9外圈与机壳10紧固连接，滑环12包括定子和转子，所述定子通过法兰11与机壳10紧固连接，所述转子与回转轴8同轴连接；所述搅拌组件包括搅拌筒4、旋转叶片6、搅拌轴5和应变片7，搅拌筒4与机壳10紧固连接，搅拌轴5一端通过弹性连轴器2与所述电机1同轴紧固连接，所述弹性连轴器2具有绝缘功能；搅拌轴5另一端与回转轴8同轴紧固连接，旋转叶片6安装在所述搅拌轴5上，应变片7固定粘在旋转叶片6的待测量位置，应变片7通过连接线13与动态信号测试分析系统14连接；所述搅拌筒4的筒底设有通孔，所述搅拌筒4的筒底与回转支撑轴承9的外圈过渡配合；所述搅拌筒4侧面设有排料孔，所述搅拌筒4为透明材料制作，以便观察所述搅拌筒4内颗粒运动状态；所述搅拌轴5表面设有多个定位孔，用于调整所述旋转叶片6的高度；所述搅拌轴5的轴向和径向设有相互连通的孔，所述滑环12与所述回转轴8的轴向设有通孔，用于引出所述连接线13；所述应变片7表面和所述连接线13与颗粒接触表面粘贴玻璃丝布；所述电机1由变频器15控制转速。

颗粒介质中旋转叶片非线性动态响应测试方法，利用上述的颗粒介质中旋转叶片非线性动态响应测试装置，所述应变片7将应变值信号传递给动态信号测试分析系统14，所述动态信号测试分析系统14将采集到的数据通过功率谱图、庞加莱映射及相图方法进行分析；所述应变值信号变化通过调整旋转叶片6在搅拌轴5上的高度、旋转叶片6转速和颗粒容积率来实现。