智能动平衡仪中转速测量方法研究

　　1　引言

　　旋转机械在运行过程中常常会因转子的不平衡发生强烈振动,为了减弱振动,生产过程中常需要对机器进行整机动平衡[1]。为此,我所开发了几种针对不同机器的整机动平衡仪。本文以开发成功的微速差双转子系统智能化整机动平衡仪为例,从转速测量的意义、转速信号的提取、转速测量的方法及转速测量的软件实现等四个方面详细讨论仪器中测速模块的实现。

　　2　转速测量的模块的实现

　　2.1　转速测量的意义[2]

　　2.1.1　保证平衡在同一转速进行

　　整机平衡需要测得轴承(或机壳)处的振动幅值和相位。由于测得的振动幅值与转速有关。特别是在临界转速附近,转速的微小变动不仅明显地影响所测振幅的大小,还会影响所测得的相位角,故整机平衡不宜在临界转速附近进行。为了获得准确的测试结果,通常希望将平衡转速选择在振幅和相位比较平稳的状态,一旦平衡转速选定,必须保证多次测试都在同一转速下进行。例如工业上卧螺离心机的工作转速往往远低于临界转速,但为了对不同特性的物料进行高效地分离,通常离心机的工作转速可以调节,而设置转速测试功能则能方便地读取平衡转速,以保证平衡在同一转速下进行。

　　2.1.2　判别基准信号的好坏

　　为了更好地说明这一点,先介绍一下微速差双转子不解拍整机动平衡的测相测幅原理。微速差双转子系统的不平衡振动为一个拍振,如图1所示,图中A1、A2为内、外转子的振幅值。假定(A1>A2),分析拍振动波形知,当内、外转子振动同相时,振幅最大为Amax=A1+A2;当内、外振动反相时,振幅最小Amin=A1-A2。因此内、外转子的不平衡幅值分别为:

　　内、外转子的相位分别为φ1、φ2,如图2所示。由此可见,要对微速差双转子进行整机平衡,必须有效地提取拍振信号和基准信号。由于测振传感器拾取的振动信号除不平衡引起的工频外,还含有其频率成分。仪器用中心频率可由基准信号控制的跟踪滤波器将不平衡振动信号从复杂的振动信号中分离出来。由上述微速差双转子不解拍整机动平衡的原理知,要正确地测得内、外转子的振幅和相位,必须获得稳定可靠的基准信号。

　　如何来判断提取的基准信号是否稳定呢?一般情况下可以通过观察基准波形是否稳定来判别基准信号的好坏。微速差双转子系统智能动平衡仪带有波形显示模块。其波形动态显示的原理如下:先对基准信号采集240个点的数据(显示一帧图像所需的数据),存放于RAM中;然后将采样值转换成液晶屏幕上对应的纵坐标值;最后将处理后的数据按序逐点显示在液晶屏幕上。显示完一帧图形后,接着进行下一帧图形的采样和显示,采用这种方法实现基准波形显示。存在的问题是两帧图形之间由于需要集中进行一帧数据处理,有很长一段波形没有采样和显示,但由于视觉残留现象的存在,在实际波形显示时,肉眼无法明显感觉到两帧图像之间前后的不连贯。若基准不稳定刚好发生在没有采样和显示的那一段,而其它显示都是正常的,这时就会误判。当然基准不稳定不可能刚好都发生在没有采样和显示的那一段;而且通过仔细观察一段时间(多帧)波形,还是可以发现波形的不稳定。