微速差双转子整机动平衡仪的开发与研究

　　1　引　　言

　　具有微小速差双转子系统的典型代表是卧螺离心机,这种机器广泛地应用于化工、食品、医药、矿井、污水处理等领域中。它是由内螺旋,外转鼓组合而 成的具有微小差速的同轴双转子系统。这种机器虽在加工制造过程中进行了工艺动平衡,但由于安装误差,运转过程中的磨损,变形等会使机器产生较大振动,围绕 这类机器的平衡,国内外展开了一系列研究工作。研究的核心是由于机器内外转子速差很小,形成一个拍振动,如何从拍振动信号中提取内外转子的各自的幅值和相 位信号。目前尚未有合适的仪器能处理这种信号。

　　虽然可以用利用相关原理解拍实现微速差双转子系统的整机动平衡,但由于拍振的两个频率非常接近,要用到高性能的相关分析仪,否则达不到解拍的目的。显然是不符合生产实际的使用。

　　在此基础上,通过对微小速差双转子系统振动信号的分析研究提出简便的解拍思想并按此思想自己组装了一台整机动平衡仪。

　　2　信号处理的基本原理

　　假设双转子的转速分别为ω1,ω2,两者具有微小速差Δω,并设双转子轴承上所测振动信号中两种频率分量为:

　　轴承上测得的信号实际上是上述两种频率信号的叠加:

　　叠加信号是一个拍振动信号,其包络线由下式决定:

　　由(2)式可知,拍振信号由两项所组成,每一项均可认为是以(ω1-ω2)/2为频率的调幅项与(ω1+ω2)/2为频率的振动信号相乘所组成。当组成拍振的两个简谐振动分量的频率靠得很近时,又当它们接近同相且靠近正峰或都靠近负峰时,即:

　　同理,当组成拍振的两个简谐振动分量接近反相靠近峰值时,

　　则有:

　　由于合成微速差双转子系统振动信号的两个简谐振动分量的频率非常接近,采用常规滤波分离的方法来获取各个振动分量显然是很困难的。但由于具有微 小速差这一特性,我们可以通过直接测试微速差拍振信号,取得拍振信号的最大值和最小值,经过简单运算可求取组成拍振号的两个简谐分量的幅值(不妨假设 A1>A2),则:

　　相位的测量也可根据微速差这一特性,因为拍振的最大值Amax接近组成拍振两个分量的幅值和,故此时组成拍振两个分量也接近最大值,于是通过在双转子转轴上贴上基准,测试并计算基准与拍振最大值之间的角度得到组成拍振两个分量的相位。有关原理如图1所示。

　　3　仪器的软、硬件设计

　　微速差双转子动平衡仪设计包括两大部分即:硬件设计与软件设计。