大型回转双驱动传动系统性能监测技术研究与应用

　　1　引　言

　　翻车机转体是一种典型的多支点、静不定双驱动大型回转设备,广泛应用于冶金、发电、化工及港口等大型企业的贮料场中,实现散状物料列车翻卸,是物流系统中最关键、最复杂的设备之一。翻车机传动系统的好坏直接反映系统作业效率的高低,在周期连续性运转过程中,传动系统时常出现结构强度、振动、噪声等一系列问题,从而严重影响整条装卸线的正常运行[1]。通过扭矩测试分析,可以获得整个传动系统的性能参数,为机械产品的开发研究、质量检验、安全可靠和优化控制等工作提供技术依据。测量扭矩远比测量其它力学量复杂,是一个比较薄弱的环节[2,3]。作为扭矩测量的硬件,扭矩传感器广泛应用于各个部门优化动力驱动传动系统、智能控制上。扭矩测试的方法有传统的应变片法,有各种光学、光电子学、磁学、电磁学的测试方法[4,5]。虚拟仪器VI (Virtual Instrument)正逐步取代传统仪器来测量参数,采用虚拟仪器思想设计的虚拟转矩转速仪,其性能是传统转矩转速仪所无法比拟的,凭借良好的虚拟仪器操作平台,使用者可以方便、精确地测量转矩、转速[6]。结合翻车机主传动中转矩、转速的测量,为构建基于虚拟仪器的同步检测与控制系统,开发出一种基于NI (NationalInstruments)虚拟仪器平台的虚拟转矩转速仪,实现对翻车机工作状态长期在线监测。

　　2　基于频率跟踪相关分析的转矩测量

　　JC型相位差式转矩转速传感器是基于磁电转换和相位差原理、将转矩和转速等机械量转换成两路有一定相位差的电压信号,属非接触测量器件。此种测量方法的关键是寻求检测两个齿轮相位差的最佳方法,用以提高检测精度。依据虚拟仪器的思想,提出一种基于互相关原理的新的相位测量方法。该方法首先对两路正弦信号进行采样,得到两组离散的数据,然后利用互相关原理对这两组数据进行处理,求出两组数据互相关函数的相位谱,而这个相位谱中就包含了两信号相位差的信息[7]。采用虚拟仪器技术,通过对两个被测正弦波进行整周期采样,得到正弦波的离散数字信号,实际处理的信号为采样后的离散点序列,实际计算互相关函数和自相关函数公式为[8]:

式中,N为采样点数;u1(i)、u2(i)分别为信号在第i个采样点的值。转矩M与相位差Δφ的关系为:

式中,K为转矩比例系数,N·m/rad;M0为转矩传感器安装相位误差所对应的转矩,N·m。为使相关测量法更为准确,实现变频信号整周期采样最直接的方法之一是引入频率测量环节,采用频率跟踪法来解决信号频率变化的问题,保证采样次数N固定不变,使采样频率fS随着信号频率f的变化而调整,以减小测量误差,其基本思路是在分点采样的同时,对被测信号的频率进行测量,并将测得的结果作为下一个周期采样频率的预设值。即假设被测信号在第i周期的频率为fi,则将第i+1周期的采样频率调整为: