现场智能整机动平衡仪的开发与应用

　　1　引　　言

　　转子的不平衡是旋转机械的主要激振源,也是许多自激振动的触发因素。不平衡会引起转子的扰曲和内应力,使机器产生振动和噪声,加速轴承、轴封的磨损,降低机器的工作效率。为减小振动,延长机器的使用寿命,必须对转子进行平衡。平衡可以在动平衡机上进行,也可以在现场对整机实施动平衡。现场整机动平衡是指在工作转速下直接对转子进行平衡。整机动平衡法由于不需要比较昂贵的动平衡设备,也不需要对机器进行结构改造,就能在现场获得精度较高的平衡效果,因此具有很好的应用价值。

　　2　试加重法整机动平衡原理

　　整机动平衡的方法很多,以试加重法最为简单实用,下面介绍该法的平衡原理。以单转子为例,转子的不平衡响应为一正弦信号,可用振幅与相位来表征。如图1(a)所示的动平衡装置中,用测振传感器拾取振动信号,用基准传感器获得基准信号。振动信号最大值同基准信号上升沿的夹角为不平衡振动信号的相位角。用图1(a)所示的动平衡装置进行平衡的步骤如下:

　　(1)在额定转速下,测得原始振动信号如图1(b)所示,振幅为A,相位为α。并设此振幅是由于转子半径R处的不平衡量MA引起的。

　　(2)如图1(d)所示,在落后于基准θ的半径R处加试重MB,在额定转速下测得试加重后的振动信号如图1(c)所示,振幅为C,相位为γ。此振动曲线是由于原始不平衡量MA和试加重MB共同作用的结果。

　　(3)如图1(e)所示,由B =C -A ,求出由试加重MB引起的振动分量B ,它同基准的夹角为β。

　　(4)由于转子存在阻尼等因素的影响,使得振动信号响应落后于不平衡量一个角度。如图1(d)所示B 落 对于某一确定的机器来说,相同转速下,此相角是一定的。因此B 落后M B也为η,如图1(d)所示,可求得原始不平衡量MA的位置。

　　(5)由于不平衡量正比于它引起的振幅,由此可得:

　　(6)撤消试加重,并按求得的MA值,在MA位置去重,或在MA的反方向位置加重,使转子得到平衡。

　　3　整机动平衡仪的发展和现状

　　根据上述整机动平衡原理,工业上已面世了多种动平衡测试仪器。概括起来,主要有以下几种:

　　(1)指针式动平衡仪

　　如光电矢量瓦特计和测振仪组成的动平衡测试装置。它主要利用瓦特机良好的选频特性,从测振仪拾取的复杂振动信号中,提取转子的不平衡信号,借助指针或光点来显示不平衡信号的振幅与相位。该仪器的优点是能够同时显示振幅与相位,但读数误差较大。由于是电磁机械式,结构复杂、笨重不适合于携带且没有运算功能。

　　(2)数字式整机动平衡