闪频式现场整机动平衡仪的开发与应用

　　引　　言

　　旋转机械常常由于转子的不平衡引起强烈的振动,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。整机动平衡的方法主要有以下三种:测幅整机平衡法、只需测相整机平衡法、测相测幅整机平衡法。整机动平衡通常采用的是测相测幅法,即需要在动平衡过程中同时测量转子的振幅与相位,最后通过焊重或去重,使转子恢复平衡。由于这种平衡方法兼有测相和测幅的功能,因而平衡速度快、精度高,在使用中效果也好。根据不同的测相测幅原理,已研制出不同的整机动平衡仪。本文详细介绍闪频式现场整机动平衡仪的测相测幅机理及其开发与应用。

　　2　测相测幅整机动平衡法原理

　　下面以单转子系统为例阐述测相测幅整机动平衡原理。由单转子系统的动力特性分析可知:当系统的固有特性(系统的刚度、阻尼、质量)保持不变,系统的激励力的频率保持不变时,系统的不平衡响应的相位与不平衡激励力的相位的差值为一固定值。于是通过试加重,利用矢量法可求得系统不平衡量的大小和位置。

　　设线性系统的不平衡量为:原始不平衡振动响应为:试加重后的不平衡振动响应为:作矢量图1。图中为试加重所引起的振动响应。由于系统线性,故可由下列的比例式:

　　求得原始不平衡量的大小为:

　　由于原始振动响应的相位与原始不平衡量位置的差值同试加重所产生的振动响应的相位与试加重位置的差值相等。因此从试加重位置沿OA到OB的方向旋转∠BAO即可得到原始不平衡量的位置,即去重位置。

　　3　闪频式现场整机动机平衡仪的系统设计

　　3.1　闪频式现场动平衡仪的硬件框图

　　3.2　闪频式现场动平衡仪的工作原理

　　闪频式现场整机动平衡仪的工作原理如下:用CD-1型磁电式速度传感器在轴承处拾取转子的不平衡振动信号,由双芯屏蔽线将信号传输到仪器的前置放大器。前置放大器环节主要包括三个部分:电压跟随、量程切换、信号放大。由于传感器的线圈内阻高达1.9KΩ,其输出阻抗较大,带负载能力很差。如果将信号直接放大会造成很大的测量误差。为改善测振传感器的阻抗特性,隔离后继电路对测振传感器的影响,必需要放大电路的输入级前加电压跟随器。设置量程切换、信号放大主要是考虑到测振传感器对程度不同的振动感应出大小差别很大的电压信号,为使仪器满足较宽范围的振动测量及分析,保障电路工作在线性状态,就必须有放大或衰减环节。经前置放大的振动信号,通过积分或微分电路可转换成位移(d)或加速度(a)信号(图2中虚线a、v、d可根据实际需要通过开关切换。)经过带通滤波后的信号(正弦波),一路通过绝对值电路,经A/D变换后在数码管上显示不平衡量的大小;另一路通过过零比较器成为方波,再经过微分电路成为脉冲信号,最后经过整流电路,留下负脉冲信号。负脉冲信号刚好同出现振幅最大时的瞬时相对应,也即同转子存在不平衡的对面(即轻点)相一致。此脉冲会触发闪光灯瞬时闪光,若预先在转子上做好等分的数字记号,则由于闪光频率与转子转动频率一致,加上脉冲闪光时间极短,所以旋转着的转子看上去似乎静止不动,由此可以确定不平衡量所在的方位。闪频式现场动平衡仪的测相原理如图3所示。