根据相关原理准确得到转子叶片不平衡量大小和相位,结合虚拟仪器技术在LabVIEW下开发的测试程序,实现
风机的动平衡,并在塑料离心通风机上进行了试验研究和验证。机械设备在运行中都会产生振动,当设备处于异常状态时,就会产生异常振动,对于风机,如不能及时发现并检修,轻者其各处零件松动,叶片由于振动而疲劳;重者其叶片出现裂纹,如不及时检修就会发生叶片断裂、飞出等事故,造成严重后果。 风机振动最主要的原因是转子的不平衡。对不平衡的诊断和校正已有了较成熟的理论基础。现场动平衡作为一种新兴的动平衡方法,正逐渐地应用于机器的转子动平衡校正中。 本文通过相关原理准确地提取了转子不平衡矢量,结合虚拟仪器技术通过Labview软件开发了测试程序,并在悬臂式离心通风机上进行了试验研究和验证。2虚拟仪器技术1-2 Labview是美国国家仪器公司(NationalInstruments)研制的虚拟仪器图形编程语言,它是一个高效快速的图形化开发环境,编程简单,特别适合于数据采集、控制、分析以及数据表达等。从测控软件系统的角度出发,虚拟仪器就是在硬件功能单元(包括PC机、数据采集卡等)提供基本测控功能的基础上,通过对测控对象的需求分析及测控资源功能的重新组织和优化而开发的计算机软件,系统基本框图如图1所示。 3测试系统的设计3 测试系统引进虚拟仪器的思想,采用图1虚拟仪器系统构成框图中的一种方案,如图2所示。该结构框图在风机中具体实现情况,如图3所示。根据图3的机器结构,可以把风机简化为单转子单平面的系统。单转子单平面动平衡理论已经非常的成熟,这里采用了影响系数法进行动平衡。 图3中:4用来测转子的振动信号,6用于转子的相位监测和转速的测量。传感器所测得的信号通过数据采集卡传到计算机中,再通过LabVIEW编写的测试程序进行分析计算,得出不平衡量,并在图6中的位置2进行加重,从而达到动平衡目的。4相关原理及信号分离4 风机叶片不平衡量引起的振动可用传感器由电动机上测得。振动信号除了由不平衡量引起的工频振动谐波信号外,还有一些倍频成分,甚至一些随机振动成分。其信号表达式为: 式中b0为振动信号中的直流分量;A为工频振动信号的振幅;f为选定采样频率下工频对应的数字频率;β为工频振动信号的振幅;Bi为其它频率振动信号的振幅;vi为选定采样频率下其它频率对应的数字频率;ηi为其它频率振动信号的相位;s(n)为干扰信号。 为了分离原始振动信号中工频信号的振幅和相位,利用相关理论对信号进行了处理。相关函数Rxy(τ)定义为: 综上所述,用相关理论可准确提取振动信号中工频的相位和振幅。5LabVIEW软件的设计5-6 在LabVIEW平台上,根据上述相关算法,调用有关节点函数处理输入的离散数字信号,就可以实现程序设计。输入信号分析程序流程图见图7。 测试程序的核心是对离散信号的分析计算,能否准确地从振动信号中提取出内、外转子的振幅和相位是该测试系统的关键。所幸LabVIEW有着强大的信号处理能力,它自带Cross-Correlation、SineWave等节点函数可用于作相关分析,来提取信号。图5为信号采集和信号分析部分的原代码。 图6是利用LabVIEW7.0开发的风机动平衡虚拟仪器软件面板,除了利用以上的信号采集、处理功能完成信号分析外,还利用其它有关函数节点开发了相应的管理功能。6试验结果与分析 试验系统如图3所示,并利用上述测试程序在4-72型塑料离心通风机上进行了试验。试验过程中,采样频率设定为Fs=1000Hz,采样点数N=1000。动平衡结果见表1。表1动平衡结果转速/(r/min)原始振动/(mm/s)平衡结果平衡后振动/(mm/s)下降率/%.321<11.40.012<57.496..330<11.00.018<56.194.5 从表1的试验结果看出,采用相关方法准确地分离了振动信号的工频分量,通过影响系数的方法成功地对离心风机进行了现场动平衡,从振动下降率可以看出动平衡效果非常好。该测试软件不仅可以用于4-72型塑料离心通风机平衡,而且还具有单转子单校正面平衡功能,并可以推广应用于风机等旋转机械。7结论 主要论述了虚拟仪器技术与整机动平衡技术相结合卧螺离心机动平衡测试程序。利用开发的测试程序进行了测试,试验结果令人满意。从开发过程看出:(1)该测试系统开发周期短,应用灵活;(2)现场使用方便,测试过程高效,直观;(3)针对不同的测试对象,可以利用已有的软体模块,快速重组,突破了传统仪器应用对象单一的瓶颈。作为专业的测控虚拟仪器开发环境,用于动平衡测试有其特有的优势,应该充分使其服务于动平衡技术的发展。