胡鉴源+广州大+基于LabVIEW的转子不平衡测量系统设计.doc

基于LabVIEW的转子不平衡测量系统设计 胡鉴源，郑文，李涉 （广州大学机械与电气工程学院，广东广州 510006）The Design of Rotor Unbalance Measurement System Based on LabVIEW HU Jian-yuan,ZHENG Wen，LI She (Guangzhou University, Mechanical and Electrical Faculty, Guangzhou51006, China) Abstract: This article designs a rotor unbalance measurement system based on the programming and testing platform LabVIEW. Acquire the vibration signal of the rotor, then judge whether the rotor is unbalance according to the feature of time waveform, spectrum and Axis Orbit, finally come to a conclusion of the rotor fault. Key words:LabVIEW；rotor；unbalance；measurement system 0 前言 旋转机器的转子不平衡是指转子受材料质量、加工、装配以及运行中多种因素的影响，其质量中心和旋转中心线之间存在一定量的偏心距，使得转子在工作时形成周期性的离心力干扰，在轴承上产生动载荷，从而引起机器振动的现象。因此，把旋转体质量沿旋转中心线的不均匀分布叫做不平衡，由此引起的机器振动或运行时产生的其他问题称为不平衡故障。事实上一个平衡良好的转子也不能做到“绝对平衡”的，总是存在微量的不平衡，因此在转子振动信号的频谱上总会出现转速频率成分（或称工频），但不发生不平衡振动。只有当不平衡量超过一定值后，离心力才会引起机器明显的振动。文中基于虚拟仪器开发平台LabVIEW软件建立了转子不平衡测量系统，测量转子的振动信号，根据时域波形、频谱和轴心轨迹等信号特征来判断转子是否存在不平衡振动现象，可以快速进行在线监测与分析，降低了开发时间和成本[1]。 1 转子不平衡的故障特征 转子的不平衡振动是在周期性离心力干扰下产生的强迫振动，转子每旋转一周，离心力经过转子或轴承上的某一测点处产生一次扰动，在测点处就有一次振动响应，因此它的振动频率就是转子的转速频率，即f=n/60（其中，f为振动频率，n为转速）。 转速频率也称为工频（工作频率），由于转子在运行时总是残留一定的不平衡量，因此这种频率成分很容易在频谱图上观察到。当发生不平衡振动时，其故障特征主要表现在如下几方面。 ①不平衡故障主要引起转子或轴承径向振动，在转子径向测点上得到的频谱图，转速频率成分具有突出的峰值。 ②单纯的不平衡振动，转速频率的高次谐波幅值很低，因此在时域上的波形是一个正弦波。 ③转子的轴心轨迹形状基本上为一个圆或椭圆，这意味着置于转轴同一界面上相互垂直的两个探头，其信号相位差接近90°。 ④转子的进动方向为同步正进动。 ⑤转子振幅对转速变化很敏感，转速下降，振幅将明显下降[1-2]。 2 测量系统硬件设计 系统的硬件设备主要包括：①本特利BENTLY NEVADA转子实验台RK-4 ROTOR KIT②电涡流传感器③前置器RK-4 ROTOR KIT PROXIMITOR ASSEMBLY ④电机转速控制器RK-4 ROTOR KIT MOTOR SPEED CONTROL ⑤信号采集卡NI 9234和PC机。 图1 系统硬件结构图 （1）本特利BENTLY NEVADA转子实验台RK-4 ROTOR KIT 该转子实验台是由美国内华达Bently公司生产的，主要用于教学和研究领域，能够模拟转子不平衡（单面不平衡和多面不平衡）、转轴摩擦、转轴变形、油膜涡动和油膜振荡等故障工况。转子台的主要组成部分有发动机、速度传感器、键相传感器、防护罩、轴承座、底板、可调底部支撑、传感器机座和摩擦螺钉机座、质量盘等。 （2）电涡流传感器 电涡流传感器的灵敏度为7.87mv/um，其线性范围为0.25～1.75mm(10～70mils),电压的测量范围为-1～-13v。它是一种线圈封装型装置，可以测量设备的相对位置变化。它的原理是在被测对象的材料中感生涡流，然后测量被测对象表面运动时涡流的变化。随着被测对象靠近/远离传感器，能量损耗增加/减少。这种能量损失的变化反映在调制信号的变化上，最终变现为电压值和传感器到被测表面之间的距离成比例。信号被传输到监测系