基于LabVIEW的轧环机振动监测系统开发

　　0　引言

　　环件轧制是轴承环、齿轮环、法兰环、火车车轮及轮箍、燃汽轮机环等各种无缝环件的先进制造技术[1]。在机械、汽车、火车、船舶、石油化工、航空航天、原子能等许多工业领域中得到广泛应用[2]。

　　轧环机是环件轧制的主要设备,它是一种中型低速旋转机械。在环件轧制中,驱动辊旋转轧制运动、压力辊直线进给运动、环件直径扩大运动以及环件旋转运动都不是匀速的。在非平稳环件轧制过程中,环件轧制的运动学参数变化较大,有时还很剧烈,以致环件和轧辊产生强烈振动,使轧制过程失稳,并产生轧制废品,严重的情况还会损坏轧制孔型和轧环机[3]。因此,研究其振动特征,可对设备工作的安全性和辗环工艺的改进有重要的参考价值。

　　LabVIEW具有数据采集与分析、信号与处理、输入输出控制等功能[4]。LabVIEW使用G语言编程,界面友好直观,是一种直觉式图形程序语言[5]。基于轧环机振动测试的需要,设计了一套基于LabVIEW的虚拟仪器平台,该系统监测的振动量主要包括在测量指定点(如轴承座)指定方向上的运动量(位移、速度和加速度等),时域波形的峰值(或峰峰值)、平均值或有效值(均方根值)。

　　1　实验原理

　　实验系统功能框图如图1所示,将传感器固定在辗压轮轴承座上。

　　工作过程中,传感器将被测量转换为电压信号输出,输出信号经信号适调仪隔离、滤波、放大,再经过数据采集卡送入工控机中,数据采集卡对传感器电路中输出的电压信号进行模数转换、采样保持。工控机作为虚拟仪器载体,对测量数据进行显示、分析、运算、存储等。

　　2　软件模块设计

　　该振动信号采集系统软件模块主要功能有数据采集存储;实时显示信号时域图;数据处理和分析;再现历史波形。

　　2. 1　时域波形显示和时域分析模块

　　该模块主要对时域信号实时显示以及分析信号的幅值特征值。此模块又有单个和多个通道显示时域波形等功能。具体做法是利用数据采集卡自带的驱动程序采集振动信号,并且以数组的形式存储采集进来的数值。利用数组函数操作实现单通道显示功能。单通道输出的一维数组可以通过波形显示控件实时显示,时域信号的均值、均方根值和标准差是利用LabVIEW中的Statics函数获得。它们可分别描述振动过程不变(静止)的分量、振动过程的平均能量或平均功率和振动信息离开均值的波动情况及分散程度。

　　2. 1. 1　滤波分析(采用巴特沃兹滤波器)

　　滤波器的基本作用是选频,即允许信号中的某些频率成分通过,其他的频率成分受到抑制[6]。系统采用只能允许信号中某段频率成分通过而抑制其余频率成分的巴特沃兹带通滤波器。该滤波器需要设定的参数有:高截止频率、低截止频率、滤波器阶数等,可以根据实验的具体需要来设定。