基于虚拟仪器的转子现场动平衡测量系统外文翻译资料

英语原文共 5 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

基于虚拟仪器的转子现场动平衡测量系统

摘要 - 基于虚拟仪器设计了一种测量转子不平衡振动的网络系统。提出了一种集成影响系数法（ICM）和模式平衡法（MBM）的新方法，用于刚性和柔性转子的场平衡。采用模块化设计理念，我们开发了一种由硬件和软件组件组成的现场动态平衡仪。这些模块包括开关电容跟踪滤波器，差分放大器，多频锁相电路和数据传输，并在硬件系统中设计。软件系统中的程序由频谱分析，动态平衡校准，动态平衡测试，视频设备驱动和网络传输组成。实验结果表明，硬件电路可以有效降低白噪声和温度变化引起的误差。软件系统通过出色的人机交互界面快速响应。一次校正的去除不平衡量的百分比可以达到90％，动态范围可以高达90dB。

一 介绍

SINCE K. Federn在1956年提出了一种区分转子和柔性转子的方法，动平衡理论和方法得到了迅速发展。 T. P. Goodman最初提出了1964年解释影响系数法的通用公式，并引入误差理论的最小二乘法来计算校正质量。 他还提出了最小二乘影响系数法和加权最小二乘影响系数法，它标志着影响系数实用性的出现[1]。 参考文献[2]，[3]显示了Meldal，Bishop，Gladwell，Federn等，他们研究了MBM并将其应用于柔性转子的平衡。 帕金森和达洛结合了ICM和MBM的优点，并开发了一种新的综合平衡方法，如[4]所示。 在ICM的基础上，Austrow提出了一种探索最佳平衡质量的新方法，并将其应用于转子平衡[5]。

转子平衡主要采用平衡机，场平衡和自平衡三种方法。 鉴于其在国内外的重要性，多年来对转子的平衡进行了广泛的研究。 已经为各种应用开发了许多平衡方法，如[6] - [10]所示。 目前，现场动平衡仪主要是基于单片机设计的，存在响应速度慢，便携性差，人机交互性差等缺点。 也很难找到关于转子动态平衡的网络测量系统的任何报告。 因此，有必要开发柔性转子和刚性转子的单平面和双平面动平衡系统，并设计基于虚拟仪器的Server-Clients分布式网络结构。

在本文中，我们设计了一个基于虚拟仪器的可视化网络测量系统。 提出了一种将ICM和MBM集成在现场平衡中的新策略。 我们还开发了一种现场平衡仪，可应用于柔性转子和刚性转子的单平面和双平面平衡。 本文主要包括硬件设计和软件设计。 系统网络框架如图1所示。

二 影响系数法（ICM）模型

如果转子系统对不平衡力的响应是线性的，则在系统中使用ICM使得测量位置的数量为N并且校正平面的数量为M，则线性系统具有M输入和N输出。 是初始振动值（j =1,2,hellip;M），是每个校正平面的试验重量（j =1,2,hellip;M），是加入后的振动值。 试验重量在相同的平衡速度和测量位置。 假设影响系数是，则平衡问题可以如（1）中所述。

(1)

A.用于刚性转子的ICM

如在（1）中，当i，j = 1时，可以通过在一个校正平面中添加或移除质量来平衡刚性转子。假设是初始不平衡，是影响系数，是初始振动值，是试验重量，是加入试验重量后的振动值，那么，初始不平衡是通过解决（2）和（3）获得。

（2）

（3）

在i，j =2，刚性转子的整个不平衡可以由两个所选校正平面的等效不平衡代替。假设是左校正平面的初始不平衡，是右校正平面的初始不平衡，将轨迹权重加到左校正平面，并将轨迹权重加到右校正平面 ，通过求解（1）可以获得影响系数，，，。 因此，和可以来自（4）和（5）

（4）

（5）

这里是左校正平面的初始振动值，是右校正平面的初始振动值。

B.用于柔性转子的MBM根据柔性转子的动态特性，转子的挠曲曲线可以看作是偏转的此外，n阶振动模型的不平衡与k阶振动模型的偏转正交。 因此，我们可以通过使用振动模型分离方法来平衡柔性转子。

在本文中，我们只考虑将柔性转子与一阶临界速度和二阶临界速度进行平衡。柔性转子的一阶和二阶偏转曲线如图2所示，其中omega;是平衡速度，,是临界速度。在设计过程中，我们测量了支撑的振动值而不是转子的偏转，并将初始不平衡分为一阶静态不平衡和二阶耦合不平衡。在omega;asymp;0.9，我们增加了II修正平面的权重，以消除由初始不平衡引起的一阶振动模型分量产生的偏转和弯矩。在omega;asymp;0.9时，增加I和III校正平面的重量，以消除由初始不平衡引起的二阶振动模型分量产生的偏转和弯矩。在I和III校正平面上添加权重期间应该选择相反的相位，如图2中的黑点所示。

三 相关分析法在现场平衡中的应用

本文采用互相关方法获取初始不平衡的幅度和相位。其中是振动信号，是正弦信号，是余弦信号，两者的频率与相同，是角速度，是初始值 振动信号的相位，是振动信号的初始振幅，如（6）所示。

{ （6）

（6） （6）

是和的互相关函数，并且如（7）中所述。

（7）

是和的互相关函数，并且如（8）中所述。

（8）

其中tau;是不同的值，T是信号周期，n是采样间隔的数量，在tau;= 0,和处如（9）中所述。

（9）

（9）

然后，获取初始不平衡的幅度和相位。

四 硬件系统设计

本文提出了一种模块化设计概念，其中硬件分为开关电容跟踪滤波器，差分放大器电路，锁相频率多电路，数据采集和传输模块。 硬件系统框架如图3所示。

开关电容跟踪滤波器使跟踪信号的增益和相位不变，其他频率信号快速衰减。为有效降低抗电阻不平衡引起的误差，避免参数漂移，设计了差动放大电路。锁相频率多电路用于通过跟踪和放大速度周期性地控制采样。 数据传输模块主要用于MCU与PC之间的通信。本文利用串行传输协议，保持测试站点和PC之间的稳定。每个模块都是相互依赖和协调的，以便于调试和维护。

五 软件系统设计软件

系统主要由两部分组成：MCU系统和PC系统编程单元。 MCU程序主要包括速度测试，串行通信，采样，存储等，其中通信是PC与MCU之间传输数据的关键模块。

通过中断方法实现串行通信。首先，初始化硬件系统并设置串行波特率。之后，如果串行缓冲器为空，MCU将从控制面板接收速度特性信号并将其返回给PC。图4是串行通信的流程图。

数据采集​​涉及从模拟信号到数字信号的转换。采样的点数以及是否需要更大或更多级的滤波取决于从PC发送的特征参数。当采样点数等于初始特征参数的值时，实现采样。软件采样流程图如图5所示。

通过计算在特定时间内通过软件计量计数器测量的脉冲数来测试速度。该方法可以轻松改变软件参数，实现广泛的速度测量，测量数据准确可靠。 PC程序分为刚性转子和柔性转子编程。在软件系统中，有振动分析，频谱分析，网络传输，平衡校准，平衡测试和视频设备驱动模块。其系统框架如图6所示。

振动分析主要用于显示测量的振动信号与准确显示转子振动波的时间之间的关系。 基于振动幅度和振动波，很容易确定转子振动的初始状态。图7给出了来自两个校正平面的振动波的例子。

频率分析利用快速傅里叶来显示振动系统的各种频率分量的幅度。它可以判断哪个级频率产生系统的最大幅度。在平衡过程中，通过判断频率和幅度之间的关系的变化来确定是否需要场平衡。图8和图9给出了显示来自两个校正平面的光谱数据的例子。

平衡校准是解决系数影响的过程。在从校准接收到影响系数之后，获取系统中每个校正的不平衡的幅度和相位。视频程序主要是为Sever-PC设置的，用于监控测试站点和传输网络视频。因此，视频驱动程序主要由客户端使用。将c 语言应用于视频驱动程序和应用程序软件界面的程序，该研究可以控制视频的启动和停止，以及视频图像的像素和视频捕获。为了集成多个测试站点的管理，测试系统采用基于虚拟仪器的网络测量平台开发。服务器和客户端之间的数据流传输基于TCP / IP。通过以太网，可以通过浏览器远程操作应用软件平面。网络视频如图10所示。

六 实验分析

选定的不平衡转子为电机YC90L4（50Hz），主要参数为：1400（r / min）/ 750W，220V / 6.77A。速度测试采用光电传感器，电机采用海绵床垫作为软支撑，MT-3型速度传感器（速度1500r / min）用于振动测试。用于增加重量的平衡是JP-100 Roberval天平，其最小刻度值为0.1g。

根据国际标准化组织（ISO）颁布的ISO3945标准，可以判断电机振动强度。根据ISO2372，本实验中使用的电动机属于K组。根据ISO3945标准，电机的工作条件是软支撑。

表I中所示的实验数据表明，第一次测量是初始不平衡的值。在第一次添加测试重量后，振动速度显着下降。第二次平衡后，残余不平衡质量分别为0.06g和0.05g，振动强度分别为1.0mm / s和0.8mm / s。通过将数据与ISO2372和ISO3945标准进行比较，观察到振动速度在允许范围内，并且两个指标在“良好”范围内。

表II表明，在加入第三重量后，振动峰值从几百微米减小到几微米，有效地减少了由不平衡引起的机械振动。一次校正的去除不平衡量的百分比可以达到90％。在观察到三个后续测量数据后，我们发现振动幅度显着下降。因此，这些实验证明本文提出的方法可用于实现场平衡。

七 结论

（1）提出了影响系数法和模型平衡法相结合的方法。它可以实现柔性和刚性转子的单平面或双平面场平衡，并实现其网络测量。

（2）设计了一个虚拟仪器，由硬件和软件组成，用于平衡转子。

（3）硬件电路可以有效地减少白噪声和温度变化等干扰。它还成功实现了出色的跟踪滤波，为抗电阻不平衡引起的误差提供了有效的解决方案，提高了抗共模干扰的能力以及抑制漂移的能力。另外，该系统可以根据滤波器和软件参数的修改在宽速度范围内实现现场平衡。

（4）软件系统测试响应速度快，人机交互界面优秀。

（5）一次校正的去除不平衡量的百分比可以高达90％，动态范围为90dB。

参考

[1] T. P. Goodman, “A Least-squares Method for Computing Balance Corrections,” J. Eng. Ind. Trans. ASME, vol. 86, pp. 273–279, Mar. 1964.

[2] RED. Bishop and GML. Gladwell, “The Vibration and Balancing of an Unbalanced Flexible Rotor,” J. Mech. Eng. Sci., vol. 1, pp. 66–70. Jan. 1959.

[3] W. Kellenberger, “Should a Flexible Rotor be Balancing in N or (N 2) Planes?” J. Eng. Ind. Trans. ASME, vol. 94, pp. 548–560, Jan. 1972.

[4] A. G. Parkinson, M. S. Darlow and A. J. Smalley, “A Theoretical Introduction to the Development of a Unified Approach to Flexible Rotor Balancing,” J. Sound Vib., vol. 68, pp. 489–506, Feb. 1980.

[5] J. C. Austrow, “Optimum balance weight search algorithm,” J. Eng. Gas Turbines Power, vol.116, pp. 678–681, Mar. 1994.

[6] Y. Kang, Y. P. Chang, M.H. Tseng, P. H. Tang and Y.F. Chang, “Modified Approach Based on Influence Coefficient Method for balancing Crank-Shafts,” J. Sound Vib., vol. 234, pp. 277–296, Feb. 2000.

[7] S.Y. Zhou, S. W. Dyer, K. K. Shin,

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[18479]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word