基于LabVIEW的微速差双转子动平衡测试系统的开发

　　1　前言

　　卧式螺旋卸料离心机有两个转速差很小的转子,当分别存在不平衡量时,会产生频率很接近的两个振动分量,形成拍振动,很难将其不平衡矢量有效地识别开来。

　　本文通过相关原理对内外转子不平衡矢量进行识别,结合虚拟仪器技术通过Labview软件开发测试了程序,并且在WL-ZY2350型离心机上进行了实验验证。虚拟仪器系统基本框图如图1所示。

　　2　机器结构和振动模型

　　卧螺离心机由两个转子组成:外转鼓转子和内螺旋转子。内螺旋转子通过滚动轴承支承在外转鼓转子的轴承孔内,外转鼓转子的两端再由滚动轴承支承在机座上。外转子由电机通过皮带驱动内转子的动力通过一行星减速器输入。该机器实际工作转速为3000r/min左右,但限于实验条件把转速调在1500r/min左右。经测定内转于的转速为1579r/min左右,外转于的转速为1566 r/min,两者有13r/min(0.2Hz)的微小转速差。

　　根据以上的结构特点可以看出卧螺离心机是有转鼓和螺旋组合而成的典型的微速差双转子系统。为了对卧螺离心机进行动平衡,首先得搞清楚其不平衡振动特性。图2所示为双转子系统的简化力学模型。

　　根据文献[1]的结论,内、外转子的振动分量只与各自的不平衡量有关,于是整机动平衡时,可以将双转子系统的动平衡转化为两个单转子来处理。由于单转子动平衡已经非常成熟,所以关键在于怎样从微小频率差合成振动信号中分离出内外转子各自的振动幅值和相位。

　　3　相关原理及信号分离

　　卧式螺旋卸料离心机的不平衡量引起的振动用传感器从两轴承座上测得。假设内、外转子的角速度分别为ω1和ω2,振幅为A1和A2,则振动信号X(t)有以下简偕信号叠加:

　　如果不考虑振动的初相位,则有:

　　由上式可知,合成振动的振幅为,其中最大和最小分别为|A1+A2|和|A1-A2|,振幅变化的周期即拍振周期为:T=2π/|ω1-ω2|,实际测得的波形(见图3)与此相符为拍振。

　　为了分离拍振信号得到内、外转子各自的振幅和相位,利用相关理论对信号进行了处理。相关函数Rxy(τ)定义为:

　　把上式中的X(t)用式(1)振动信号代入,Y(t)取为sinω2t,并令τ=0,则:

　　取Y(t)=cosω2t,并令τ=0,则:

　　由式(4)、(5)得:

　　这样就分离出了外转子的振幅和相位。同理,当Y(t)取sinω1t和cosω1t时,可分离出内转子的振幅和相位。

　　通过上述推导可以看出,相关理论可以分离出任何频率的信号,但其积分时间T→∞在实际采集中是不可能的,因而有一定的误差。为有效分离出振动信号,必须确定最小的积分时间T。假设式(1)的相位为零,求积分: