專利名稱：一種基于等效初相矢的各向異性轉(zhuǎn)子全息動(dòng)平衡方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷與控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于等效初相矢的各向異性轉(zhuǎn)子全息動(dòng)平衡方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)動(dòng)平衡方法通常采用單個(gè)振動(dòng)或者位移傳感器獲取轉(zhuǎn)子的振動(dòng)信息，并基于該傳感器的信號(hào)進(jìn)行平衡識(shí)別。對(duì)于各向同性的轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)而言，其振動(dòng)信號(hào)沿圓周方向是一致的，單個(gè)傳感器能夠很好地反映轉(zhuǎn)子振動(dòng)狀態(tài)。因此，傳統(tǒng)的基于單傳感器的動(dòng)平衡方法往往就能夠取得令人滿意的效果。然而，轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后，其軸承的剛度與阻尼一般都為各向 異性。另外轉(zhuǎn)子本身也可能由于在圓周方向上的主慣矩不等，存在結(jié)構(gòu)上的各向異性等等。顯然，對(duì)于這類支承剛度具有一定各向異性的轉(zhuǎn)子而言，轉(zhuǎn)子測(cè)量截面的單方向振動(dòng)并不能精確地描述轉(zhuǎn)子振動(dòng)狀態(tài)。實(shí)質(zhì)上，受支承剛度各向異性的影響，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)頻軸心軌跡為橢圓，對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行高精度動(dòng)平衡時(shí)必須考慮轉(zhuǎn)子進(jìn)動(dòng)的軸心軌跡。因此，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常采用雙傳感器垂直安裝的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)子測(cè)量截面振動(dòng)信息的全面監(jiān)測(cè)。全息譜技術(shù)通過在頻域集成兩個(gè)方向的振動(dòng)信息，利用形成的譜圖或軸心軌跡來描述轉(zhuǎn)子振動(dòng)狀態(tài)，由于全息譜是在數(shù)據(jù)層對(duì)信息進(jìn)行融合，所以對(duì)所集成的信號(hào)以及數(shù)據(jù)融合的過程有嚴(yán)格的要求。全息譜充分考慮了支承剛度的各向異性對(duì)軸心軌跡的影響，可以用于轉(zhuǎn)子前期故障診斷判斷。全息動(dòng)平衡技術(shù)是基于全息譜的在線動(dòng)平衡技術(shù)，它以全息譜技術(shù)中的初相矢為平衡目標(biāo)，可通過監(jiān)測(cè)初相點(diǎn)和工頻橢圓，來判斷轉(zhuǎn)子不平衡狀態(tài)是否發(fā)生變化，計(jì)算不平衡矢量。全息動(dòng)平衡方法雖然以初相矢表征失衡響應(yīng)，但本質(zhì)上仍然基于矢量反饋原理求解不平衡量。而利用矢量反饋原理是需要滿足一定先決條件的，即平衡目標(biāo)要與不平衡量之間滿足線性關(guān)系，這就要求表征不平衡響應(yīng)的初相矢的大小與不平衡量的大小成比例關(guān)系，初相矢的相位與失衡相位之間的相位差保持不變。然而，初相矢只有在轉(zhuǎn)子表現(xiàn)為各向同性時(shí)，它與不平衡量之間的線性關(guān)系才成立，當(dāng)轉(zhuǎn)子各向異性時(shí)，這一關(guān)系并不能滿足，因此，傳統(tǒng)初相矢對(duì)不平衡響應(yīng)的描述存在一定的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題在于提供一種基于等效初相矢的各向異性轉(zhuǎn)子全息動(dòng)平衡方法，以等效初相矢作為失衡振動(dòng)表征量，等效初相矢與轉(zhuǎn)子失衡量之間有著嚴(yán)格而明確的線性關(guān)系，能夠避免傳統(tǒng)的全息譜動(dòng)平衡理論中利用轉(zhuǎn)頻橢圓初相矢作為失衡振動(dòng)表征量存在的缺陷。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種基于等效初相矢的各向異性轉(zhuǎn)子全息動(dòng)平衡方法，以等效初相矢EIPV作為失衡振動(dòng)表征量，對(duì)于失衡狀態(tài)下各向異性轉(zhuǎn)子的平衡步驟如下
I)選擇振動(dòng)信號(hào)測(cè)量面和鑒相信號(hào)測(cè)量面后，啟動(dòng)轉(zhuǎn)子，采集轉(zhuǎn)子平衡轉(zhuǎn)速下測(cè)量截面相互垂直方向上的兩路原始振動(dòng)信號(hào)；2)利用鑒相標(biāo)志作為相位基準(zhǔn)，提取兩路振動(dòng)信號(hào)的工頻成分，進(jìn)行頻譜分析并提取工頻振動(dòng)，根據(jù)全息譜技術(shù)構(gòu)造轉(zhuǎn)頻橢圓；3)將全息譜橢圓轉(zhuǎn)換為等效轉(zhuǎn)頻圓，根據(jù)全息譜橢圓的長(zhǎng)半軸a和短半軸b，計(jì)算出等效轉(zhuǎn)頻圓的半徑A，并以此為與原始不平衡U0狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的初始等效初相矢EIPVtl的幅值；4)根據(jù)等效轉(zhuǎn)頻圓半徑調(diào)整轉(zhuǎn)頻橢圓方程，獲得等效初相矢的相位Z EIPV0,結(jié)合A，得到初始等效初相矢
EIPV0=r0 Z EIPV0 ；5)在轉(zhuǎn)子上設(shè)置配重面，根據(jù)轉(zhuǎn)子振動(dòng)情況確定配重面上加試重的大小與方向，加試重Wt之后再次按照步驟I) 3)操作，獲得轉(zhuǎn)子加試重之后的不平衡響應(yīng)，并計(jì)算添加試重后等效轉(zhuǎn)頻圓半徑r1;6)將試重前后的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)頻橢圓初相矢IPVciUPV1分別按照角動(dòng)量守恒原則轉(zhuǎn)化至等效轉(zhuǎn)頻圓上，并基于此計(jì)算等效轉(zhuǎn)頻圓上的不平衡量角度變化A y ；7)根據(jù)加試重后等效轉(zhuǎn)頻圓半徑T1和不平衡量角度變化A y得到加試重后等效初相矢EIPV1，其幅值為ri，相位為Z EIPVtl+A y ；8)根據(jù)矢量反饋平衡的原理，計(jì)算得到轉(zhuǎn)子的原始不平衡量Utl，卸載試重Wt，添加配重 We=-Utl ；9)測(cè)試加配重后的轉(zhuǎn)子振動(dòng)數(shù)據(jù)，若轉(zhuǎn)子振動(dòng)滿足平衡要求，則轉(zhuǎn)子平衡操作完成；若不滿足平衡要求則進(jìn)一步判斷不平衡是否為引起振動(dòng)的主導(dǎo)因素，若是則重復(fù)步驟I) 8)，進(jìn)行精細(xì)平衡直至轉(zhuǎn)子振動(dòng)滿足平衡要求。所述的初始等效初相矢EIPVtl的計(jì)算為I)根據(jù)全息譜動(dòng)平衡技術(shù)構(gòu)造轉(zhuǎn)頻橢圓，利用橢圓運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為振動(dòng)能量相同的等速圓周運(yùn)動(dòng)，從而將全息譜橢圓轉(zhuǎn)換為等效轉(zhuǎn)頻圓，根據(jù)全息譜橢圓的長(zhǎng)半軸a和短半軸b，計(jì)算出等效轉(zhuǎn)頻圓的半徑IV并以此為初始等效初相矢的幅值rQ= = ^jcxSy-S Cy在得到等效轉(zhuǎn)頻圓的半徑A后，以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心，繪制出等效轉(zhuǎn)頻圓；2)將等效轉(zhuǎn)頻圓半徑Ttl設(shè)置為轉(zhuǎn)頻橢圓構(gòu)造函數(shù)中表示幅值的常數(shù)項(xiàng)，并以某一方向傳感器的相位信息為基準(zhǔn)，建立等效轉(zhuǎn)頻圓參數(shù)方程
X = ^fab s'm(Qt + ft+ Tt 12)I e _,
ye =^Jab sin(0/ + f3)3)求解等效轉(zhuǎn)頻圓方程的正、余弦項(xiàng)系數(shù)Sex = —Jab sin (5 ,Cex = Vah cos psey = sjah cos P = -Jah sin (34)根據(jù)正、余弦項(xiàng)系數(shù)得到等效轉(zhuǎn)頻圓的系數(shù)矩陣EH及初相點(diǎn)EIPP
權(quán)利要求
1.一種基于等效初相矢的各向異性轉(zhuǎn)子全息動(dòng)平衡方法，其特征在于，以等效初相矢EIPV作為失衡振動(dòng)表征量，對(duì)于失衡狀態(tài)下各向異性轉(zhuǎn)子的平衡步驟如下 1)選擇振動(dòng)信號(hào)測(cè)量面和鑒相信號(hào)測(cè)量面后，啟動(dòng)轉(zhuǎn)子，采集轉(zhuǎn)子平衡轉(zhuǎn)速下測(cè)量截面相互垂直方向上的兩路原始振動(dòng)信號(hào)； 2)利用鑒相標(biāo)志作為相位基準(zhǔn)，提取兩路振動(dòng)信號(hào)的工頻成分，進(jìn)行頻譜分析并提取工頻振動(dòng)，根據(jù)全息譜技術(shù)構(gòu)造轉(zhuǎn)頻橢圓； 3)將全息譜橢圓轉(zhuǎn)換為等效轉(zhuǎn)頻圓，根據(jù)全息譜橢圓的長(zhǎng)半軸a和短半軸b，計(jì)算出等效轉(zhuǎn)頻圓的半徑IV并以此為與原始不平衡U0狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的初始等效初相矢EIPVtl的幅值； 4)根據(jù)等效轉(zhuǎn)頻圓半徑調(diào)整轉(zhuǎn)頻橢圓方程，獲得等效初相矢的相位ZEIPVtl，結(jié)合，r0得到初始等效初相矢
2.如權(quán)利要求I所述的基于等效初相矢的各向異性轉(zhuǎn)子全息動(dòng)平衡方法，其特征在于，所述的初始等效初相矢EIPVtl的計(jì)算為 1)根據(jù)全息譜動(dòng)平衡技術(shù)構(gòu)造轉(zhuǎn)頻橢圓，利用橢圓運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為振動(dòng)能量相同的等速圓周運(yùn)動(dòng)，從而將全息譜橢圓轉(zhuǎn)換為等效轉(zhuǎn)頻圓，根據(jù)全息譜橢圓的長(zhǎng)半軸a和短半軸b，計(jì)算出等效轉(zhuǎn)頻圓的半徑^，并以此為初始等效初相矢的幅值
3.如權(quán)利要求I所述的基于等效初相矢的各向異性轉(zhuǎn)子全息動(dòng)平衡方法，其特征在于，所述的不平衡量度變化△ Y的計(jì)算為 1)根據(jù)全息譜技術(shù)構(gòu)造轉(zhuǎn)頻橢圓，得到試重前后的轉(zhuǎn)頻橢圓初相矢IP、、IPV1，并將兩者繪制在IPVtl所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)頻橢圓上，得到兩者夾角AS = S2-S15 2)基于轉(zhuǎn)頻橢圓，求解從初相矢IPVtl開始直至IPV1所掃過的面積SI； 3)以^為半徑，繪制等效轉(zhuǎn)頻圓，保持IPVtl的相位不變，將其移植到等效轉(zhuǎn)頻圓上，得到 IPV ; 4)根據(jù)角動(dòng)量守恒原則，在等效轉(zhuǎn)頻圓上繪制IPV/，使得從IPV開始直至IPV/所掃過的面積S2=S1 ； 5)求解IPV與IPV/之間的夾角Ay
4.如權(quán)利要求I 3任何一項(xiàng)所述的在全息譜動(dòng)平衡方法中引入等效初相矢的方法，其特征在于，所述的根據(jù)全息譜技術(shù)構(gòu)造轉(zhuǎn)頻橢圓為 設(shè)轉(zhuǎn)子有n個(gè)支承面，第i個(gè)支承截面上的轉(zhuǎn)頻橢圓由正弦項(xiàng)系數(shù)[sXi，sYi]和余弦項(xiàng)系數(shù)[Cxi, Cyi]決定
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于等效初相矢的各向異性轉(zhuǎn)子全息動(dòng)平衡方法，以全息譜理論為基礎(chǔ)，考慮了兩個(gè)方向的振動(dòng)數(shù)據(jù)，并將之進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，能完整表述各向異性特征，利于平衡故障診斷；并進(jìn)一步，利用角動(dòng)量守恒的原則，將全息譜橢圓轉(zhuǎn)換為等效轉(zhuǎn)頻圓，提出了以等效初相矢作為失衡振動(dòng)表征量，滿足了精細(xì)平衡的需求。通過該等效初相矢，能夠消除各向異性造成的傳統(tǒng)初相矢在描述不平衡量幅值及相位時(shí)的缺陷，精確表征失衡特征，真實(shí)反映轉(zhuǎn)子空間動(dòng)態(tài)特性。因此，本發(fā)明提出的基于等效初相矢的全息動(dòng)平衡方法有利于提高現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的精度與效率，有效延長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的運(yùn)行精度和使用壽命。
文檔編號(hào)G01M1/38GK102778335SQ201210210500
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者張東升, 梅雪松, 章云, 許睦旬, 邵明平, 龔俊宇 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)