摘 要

随着制造工业的发展以及船舶行业迅速发展，新式碟式分离机的研究已经成为必然趋势。研究新式碟式分离机时，利用电主轴技术能制作结构简单，高效率，

寿命长的碟式分离机。因此，本课题基于已发展完善的电主轴技术研究碟式分离机，对于新式碟式分离机的发展有着积极的意义。

本文通过对新式碟式分离机的基本结构，系统原理，数据采集以及信号处理，分离机试验进行分析研究，建立了新式碟式分离机的数据采集系统和试验大纲，并利用PLC技术降低数据采集成本。本文具体工作如下：

1）以新式碟式分离机结构为研究对象，系统的分析出，分离机结构组成，分离机主要参数，利用电主轴技术制作的分离机与现在普遍使用的分离机优缺点对比。

2）以西门子S7-300系列PLC为基础，找出分离机参数测点，建立数据采集系统。

3）对经由数据采集系统收集后的数据进行A/D，D/A转换，并对数据转换过程中的抗干扰，滤波，融合等问题进行系统的分析，得出比较精确的采集数据，以便于更好的对新式碟式分离机进行研究。

4）基于国家分离机标准，对分离机进行各项试验，保证分离机试验数据符合国家标准，制作出合格的实物，并将试验数据记录下来为后期进一步研究提供样本。

本文首先对新式碟式分离机国内外发展现状进行分析，然后针对分离机基本原理结构进行研究，建立一套完善的数据采集系统，并对经过数据采集系统采集的数据进行数据转换以及转换过程的抗干扰，滤波，融合。最后对新式碟式分离机进行各项试验，保证新式碟式分离机能制作出成品并且成品各项参数能满足国家试验标准。本课题的研究主要是研究船用新式碟式分离机，与我们轮机工程专业的理论实际是紧密结合的。

关键词：新式碟式分离机；电主轴；数据采集；试验

Abstract

With the development of manufacturing industry and the rapid development of shipping industry, the research of new disc separator has become an inevitable trend. When researching the new type of disc separator, the motorized spindle technology can be used to produce simple structure and high efficiency.Long life disc separator is very important. Therefore, this subject is based on the well developed motorized spindle technology to study the disk separator, which has a positive significance for the development of new disk separator.

In this paper, the basic structure, system principle, data acquisition and signal processing of the new type of disk separator, separator test analysis and research, the establishment of the new type of disk separator data acquisition system and test outline, and the use of PLC technology to reduce the cost of data acquisition. The specific work of this paper is as follows:

1) taking the structure of new-style dish type separator as the research object, the systematic analysis shows that the structure and composition of the separator, the main parameters of the separator, the advantages and disadvantages of the separator made by using the motorized spindle technology and the separator commonly used now are compared.

2) on the basis of Siemens s7-300 series PLC, find out the measuring point of separator parameters and establish data collection system.

3) conduct A/D, D/A conversion of the data collected by the data acquisition system, and systematically analyze the anti-interference, filtering, fusion and other problems in the data conversion process, so as to obtain relatively accurate data collection, so as to better study the new type of disc separator.

4) based on the national standard of centrifuges, carry out various tests on the centrifuges, ensure that the test data of the centrifuges meet the national standard, produce qualified material objects, and record the test data to provide samples for further research in the later stage.

In this paper, the development status of the new disc separator at home and abroad is analyzed, and then the separation of the basic principle of the structure of the research, the establishment of a complete data acquisition system, and data acquisition through the data acquisition system data conversion and conversion process of anti-interference, filtering, fusion. Finally, various tests are carried out on the new type of disc separator to ensure that the new type of disc separator can produce finished products and the parameters of finished products can meet the national test standards. The research of this subject is mainly about the new Marine disc separator, which is closely combined with the theory and practice of our Marine engineering specialty.

Key words: new dish type separator; Motorized spindle; Data acquisition; test

目录

1. 绪论8

1.1 课题背景和目的8

1.2 国内外发展状况8

1.2.1 国外发展状况8

1.2.2 国内发展状况8

1.3课题研究内容以及技术9

第二章 基于电主轴碟式分离机原理分析12

2.1 电主轴碟式分离机工作原理及系统组成12

2.1.1 电主轴碟式分离机工作原理12

2.1.2 电主轴分离机结构组成12

2.2 电主轴碟式分离机主要参数13

2.3 电主轴碟式分离机优缺点14

第三章 数据采集方案设计15

3.1.传感器选项15

3.2.测点分布15

3.3.数字量输入15

3.4.模拟量输入16

第四章 数据采集过程17

4.1.数据采集过程中的A/D、D/A转换17

4.1.1. A/D、D/A转换原理17

4.1.2.A/D、D/A转换应用17

4.2.数据采集过程中抗干扰、滤波、融合18

4.2.1.抗干扰18

4.2.2 滤波21

4.2.3 融合22

第五章 新一代碟式分离机的振动和声音信号采集与处理的算法和方法23

5.1基于振动信号的算法和特征提取23

5.2 基于振动信号的识别过程24

5.3基于噪声信号的算法和特征提取24

5.4 基于噪声信号的识别过程25

第六章 碟式分离机试验26

6.1 碟式分离机试验26

6.1.1 摇摆试验及倾斜试验26

6.1.2 轴承试验26

6.1.3 噪声试验26

6.1.4 振动试验27

6.1.5 连续运转试验27

6.1.6 运转试验27

6.1.7 分离性能试验29

6.2 试验数据库30

第七章 结论31

7.1 本文的总结31

7.2本文的展望31

致谢32

参考文献33

第一章 绪论

1.1 课题背景和目的

碟式分离机是沉降式离心机中的一种，用于分离不易分离的各类物质,在沉降式分离机中是最广泛使用的。但由于受到国外知识产权保护，以及高端技术封锁，国内离心机本身通用性较差，可靠性不高，极其依赖于国外离心机，因此，研究基于电主轴的新式碟式分离机是迫在眉睫的。

1.2 国内外发展状况

1.2.1 国外发展状况。

工业离心机诞生于欧洲，最早的离心机功用简单，只有在纺织品脱水以及结晶砂糖分离时候会使用到，并且他的排渣过程是人工的，因此实用性不广，直到1930年左右，卸渣机构的改善，使离心机得以连续运作，同时因为自动控制发展，间歇式分离机也开始发展。

在离心机研发上面，因为发展时间较长，到近年来 ，国外离心机技术得到了进一步的发展。瑞典ALFA-LAVAL公司的专利解决了高速碟式机动平衡问题，在国内，这方面矛盾较为严重。法国公司专利则是利用硬质陶瓷材料作为中心材料，外层单丝缠绕加强了转鼓强度。除此之外，国外公司较多采用积木式或复合式组合结构，此结构可满足不同需求，更新换代速度快，应变能力高。

1.2.2国内发展状况。

我国分离机研制有四十多年的历史经验，在近十几年时间中，随着制作业的蓬勃发展，碟式分离机应用方面变广变多。国家也更重视对新式碟式分离机研究。零件加工技术，数控技术以及加工中心的进步，更加科学先进的检测手段，使得国产分离机质量朝着更好的方向前进，因此，国产碟式分离机许多机型已经接近甚至替代欧美先进产品，越来越受到用户的信赖，但是在大型分离机以及高速分离机的水平上，由于制作精度，原材料和技术水平的限制，较国外同类产品依旧存在差距。^[1]我国分离机与国外分离机水平差距大致体现在如下方面：

1. 技术水平上较低，设计、测试和制作工艺不完善。相关要求普遍低于国外要求。产品分离效果较差。
2. 结构上，中低档次，大路货居多，开式结构、人工操作，高技术水平低
3. 自动化控制水平上，我国自动化水平低，机电一体化程度较差。
4. 工艺和工装方面，碟式分离机为高速回转机械，加工精度要求高。国内加工工艺还处于摸索阶段，仅能单件生产，热加工工艺水平也比较差。国外已能流水线生产，且效率高，质量好，外观亦漂亮

当前分离机的发展速度是最快的，与欧洲产品之间的差距正在逐步缩小。但分离机研发使命依旧艰难，主要体现在如下几个方面:

1. 要锲而不舍的开发新式碟式分离机,增加分离机的品种和数量。
2. 必须加强碟式分离机基础理论与实践的相结合，经由高校与各相关企业的合作，对分离机进行零部件和材料进行选用,测试,确保碟式分离机的运行的安全性和可靠性。

1.3 课题研究内容以及技术

本文以新式碟式分离机为研究对象，在对新式碟式分离机进行结构，参数，工作原理以及优缺点进行介绍的同时，基于PLC对分离机进行采集系统的方案研究，同时利用其他技术在数据采集过程中进行抗干扰、滤波、融合。最后对新式碟式分离机进行各项试验使得分离机符合国家标准。设计一个高可靠性，数据库齐全，数据采集效率高，稳定的碟式分离机。

第一章 绪论

第二章 基于电主轴碟式分离机原理分析

2.1电主轴碟式分离机工作原理及系统组成。

2.1.1 电主轴碟式分离机工作原理。

电主轴碟式分离机和普通分离机一样，都是用来对较难分离物质进行分离的。在船上，分离机一般用于燃油和滑油的分离。碟式分离机立式离心机的一种，通过电动机对传动装置进行驱动，让其能高速旋转。分离机关键部件是转鼓，转鼓是由碟片组成的。碟片之间有微小间隙。分离液体通过管道进入转鼓。当分离出来的液体进入时，会流经盘间隙，固体颗粒或液滴在离心作用下沉降在圆盘上，形成沉积物或液层。沉积物沿碟片表面滑动脱离碟片，在转鼓内直径最大处积累，分离出的液体从出口排出。分离机分为两种，一种为分水机，一种为分杂机。

2.1.2 电主轴分离机结构组成

表1-1

电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置等

图：分离筒 电主轴

图1-1

图1-2

2.2 电主轴碟式分离机主要参数

电机参数

电压、电流、频率、转矩、转速、功率；

滑油：流量、温度、压力

轴承：载荷、温度、压力

电主轴振动信号 声音信号

分油机参数：

滑油：流量、温度、压力

轴承：载荷、温度、压力

电压、电流、振动、噪声、转速、功率。

2.3 电主轴碟式分离机优缺点

随着制造业的发展，科学技术水平的提高, 机械设备的制作要求变高，高系统化和高精密化是以后机械设备的趋势。然而机械结构的复杂性越来越高,自动化程度也越来越高。伴随着各种信息技术的快速发展, 机械设备的故障诊断技术已经不在局限于传统的故障后检测，而是诞生出了预测性检测的检测方式，便于更好的避免故障。电主轴就是在这样的背景和技术之下诞生的，近年来，在数控机床领域出现的电主轴技术将电机与机床主轴结合起来。它属于高速数控机床一种。在高速数控机床中，主传动系统取消了传统的带轮传动和齿轮传动的传动方式，而是由内装式电动机来驱动,将机床主传动链的长度减少到零,实现了机床的零传动，这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式便是主轴单元俗称电主轴^[2][3]。

对于电主轴，有优点也有其缺点，其中主要的优缺点如下：

表1-2

第三章 数据采集方案设计

3.1.传感器选项

数据采集系统利用设备将系统外部数据输入到系统内部接口。这类技术在各个领域有着大量的运用。