旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車純?cè)囍啬慰固貓D的單面圖解平衡方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車純?cè)囍啬慰固貓D的單面圖解平衡方法，包括以下步驟：1)采集旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車的原始鍵相信號(hào)和原始振動(dòng)信號(hào)；2)獲取原始鍵相信號(hào)峰值點(diǎn)的時(shí)間數(shù)據(jù)，由鍵相信號(hào)峰值點(diǎn)時(shí)間間隔即振動(dòng)信號(hào)時(shí)間間隔，可得原始振動(dòng)信號(hào)的轉(zhuǎn)頻信息；3)對(duì)原始振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波處理，結(jié)合步驟2得到單一的原始轉(zhuǎn)頻振動(dòng)信號(hào)；4)計(jì)算步驟3得到原始轉(zhuǎn)頻振動(dòng)信號(hào)的奈奎斯特圖；5)由步驟1至4方法，在平衡盤上添加試重，得到試重啟停車轉(zhuǎn)頻振動(dòng)信號(hào)的奈奎斯特圖；6)試重奈奎斯特圖和原始奈奎斯特圖矢量相減得到純?cè)囍啬慰固貓D；7)由純?cè)囍啬慰固貓D和原始奈奎斯特圖，利用動(dòng)平衡方法求得旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子失衡量。
【專利說明】旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車純?cè)囍啬慰固貓D的單面圖解平衡方法 【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001] 本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡領(lǐng)域，具體涉及一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車純?cè)囍啬慰?斯特圖的單面圖解平衡方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 動(dòng)平衡技術(shù)作為一項(xiàng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的關(guān)鍵和基礎(chǔ)性的技術(shù)，一直受到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界 的密切關(guān)注和重視。大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明轉(zhuǎn)子的不平衡通常是引起旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)的主要原 因。不平衡會(huì)引起轉(zhuǎn)子的撓曲和內(nèi)應(yīng)力變化，是機(jī)器的振動(dòng)加劇，降低機(jī)器的工作效率，嚴(yán) 重時(shí)還會(huì)引起各種事故；不平衡不僅是旋轉(zhuǎn)機(jī)械主要的激振源，而且也是許多種自激振動(dòng) 的誘發(fā)因素。一旦平衡狀況得以改善，其他一些故障現(xiàn)象也將隨之消失。所以動(dòng)平衡技術(shù) 的發(fā)展與完善，對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)有著重要意義。
[0003] 據(jù)相關(guān)資料分析認(rèn)為，目前常常采用的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方法大都是在恒轉(zhuǎn)速狀 穩(wěn)態(tài)下進(jìn)行的，運(yùn)用快速傅立葉（FFT)變換可直接將振動(dòng)信號(hào)變換到頻域，得到各個(gè)頻率 下的幅值分量和相位分量，進(jìn)而得到頻譜圖、功率譜圖或軸心軌跡圖等。以上方法不能用于 非穩(wěn)態(tài)過程的振動(dòng)信號(hào)分析，因此，尋找針對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟動(dòng)停車過程的非穩(wěn)態(tài)振動(dòng)信號(hào)的 動(dòng)平衡方法具有重要意義。
[0004] 旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車是機(jī)組運(yùn)行過程中的事故多發(fā)階段。在這個(gè)過程中機(jī)組經(jīng)歷了一 個(gè)非穩(wěn)態(tài)的運(yùn)行過程，這個(gè)過程包含了機(jī)組豐富的狀態(tài)信息，而這些信息是常規(guī)穩(wěn)態(tài)狀態(tài) 下所無法獲得的。研究旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車過程振動(dòng)信息的提取和利用，對(duì)了解旋轉(zhuǎn)機(jī)械的運(yùn) 行狀態(tài)和旋轉(zhuǎn)機(jī)械隱含的故障具有重要的指導(dǎo)作用。對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車過程振動(dòng)信息的提 取和利用尋找一種好的分析方法同樣具有重要的意義。
[0005] 常用的旋轉(zhuǎn)機(jī)械非平穩(wěn)過程振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測診斷方法有伯德圖、奈奎斯特圖和瀑布 圖等，而伯德圖、奈奎斯特圖對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車過程的分析尤為重要。伯德圖和奈奎斯特圖 的提出最早是在自動(dòng)控制領(lǐng)域，用來描述控制系統(tǒng)不同頻率下系統(tǒng)輸入與系統(tǒng)輸出之間的 關(guān)系。后來這一方法被移植和引入到旋轉(zhuǎn)機(jī)械非平穩(wěn)起停車過程的監(jiān)測和診斷中。如果將 旋轉(zhuǎn)機(jī)械失衡質(zhì)量在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中所引起的離心力作為系統(tǒng)的輸入，將轉(zhuǎn)子的失衡振動(dòng)響應(yīng) 作為輸出，那么轉(zhuǎn)子的振動(dòng)可認(rèn)為是一典型的二階質(zhì)量一彈簧一阻尼系統(tǒng)。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟 停車這一非平穩(wěn)過程中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速經(jīng)歷了有由小到大或相反的變化過程，由失衡質(zhì)量產(chǎn) 生的離心力的頻率也同樣經(jīng)歷了由小到大或相反的變化過程。與旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車這一非平 穩(wěn)過程相對(duì)應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)，正是失衡質(zhì)量產(chǎn)生離心力所激發(fā)的振動(dòng)。因此振動(dòng)信號(hào)的伯德 圖和奈奎斯特圖可以很好地描述由失衡質(zhì)量產(chǎn)生離心力所激發(fā)的振動(dòng)。旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車過 程振動(dòng)信號(hào)伯德圖和奈奎斯特圖是目前旋轉(zhuǎn)機(jī)械非平穩(wěn)振動(dòng)信號(hào)處理中重要和常用的方 法。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0006] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信息利用不充分的問題，提供了 一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車純?cè)囍啬慰固貓D的單面圖解平衡方法，該方法根據(jù)純?cè)囍啬慰固?圖和待平衡轉(zhuǎn)子啟停車過程的奈奎斯特圖，通過圖解的方法求得待平衡轉(zhuǎn)子的失衡量或配 重量。
[0007] 轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車純?cè)囍啬慰固貓D的單面圖解平衡方法，包括以下步驟：
[0008] 1)采集旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車過程的原始鍵相信號(hào)和原始振動(dòng)信號(hào)；
[0009] 2)根據(jù)鍵相信號(hào)的特點(diǎn)，獲取原始鍵相信號(hào)峰值對(duì)應(yīng)點(diǎn)的時(shí)間數(shù)據(jù)；由所得到的 時(shí)間數(shù)據(jù)獲取相鄰鍵相信號(hào)峰值的時(shí)間間隔，由于原始振動(dòng)數(shù)據(jù)和原始鍵相信號(hào)數(shù)據(jù)是同 時(shí)采集，周期性完全一致，因此原始鍵相信號(hào)峰值的時(shí)間間隔就是原始振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí) 間間隔，即原始振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)頻信息；
[0010] 3)對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車原始振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波處理，結(jié)合步驟 2)中所獲取的原始振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)頻信息，得到單一的啟停車過程原始轉(zhuǎn)頻振動(dòng)信號(hào)；
[0011] 4)計(jì)算步驟3)得到原始轉(zhuǎn)頻振動(dòng)信號(hào)的奈奎斯特圖；
[0012] 5)在平衡盤上添加試重，采集旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車過程的試重鍵相信號(hào)和試重振動(dòng)信 號(hào)；
[0013] 6)根據(jù)鍵相信號(hào)的特點(diǎn)，獲取試重鍵相信號(hào)峰值對(duì)應(yīng)點(diǎn)的時(shí)間數(shù)據(jù)；由所得到的 時(shí)間數(shù)據(jù)獲取相鄰鍵相信號(hào)峰值的時(shí)間間隔，由于試重振動(dòng)數(shù)據(jù)和試重鍵相信號(hào)數(shù)據(jù)是同 時(shí)采集，周期性完全一致，因此試重鍵相信號(hào)峰值的時(shí)間間隔就是試重振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí) 間間隔，即試重振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)頻信息；
[0014] 7)對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車試重振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波處理，結(jié)合步驟 6)中所獲取的試重振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)頻信息，得到單一的啟停車過程試重轉(zhuǎn)頻振動(dòng)信號(hào)；
[0015] 8)計(jì)算步驟7)得到試重轉(zhuǎn)頻振動(dòng)信號(hào)的試重奈奎斯特圖；
[0016] 9)對(duì)步驟8)和步驟4)中得到的試重奈奎斯特圖和原始奈奎斯特圖進(jìn)行矢量相減 得到純?cè)囍啬慰固貓D；
[0017] 10)根據(jù)純?cè)囍啬慰固貓D和待平衡轉(zhuǎn)子的原始奈奎斯特圖，利用動(dòng)平衡方法求 得旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子在任一轉(zhuǎn)速下的失衡量或配重量。
[0018] 本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，具體步驟如下：
[0019] 步驟1)中，利用電渦流位移傳感器和鍵相傳感器分別采集轉(zhuǎn)子在啟車過程中原 始振動(dòng)數(shù)據(jù)和鍵相數(shù)據(jù)；
[0020] 步驟3)中，對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車原始振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波處理，結(jié) 合步驟2)中所獲取的轉(zhuǎn)頻信息，得到單一的啟停車過程原始轉(zhuǎn)頻振動(dòng)信號(hào)z (t);
[0021] 步驟4)中，計(jì)算步驟3)得到原始轉(zhuǎn)頻振動(dòng)信號(hào)的奈奎斯特圖，并構(gòu)造轉(zhuǎn)頻振動(dòng)向 量的解析函數(shù)Z 1 (t)，為一復(fù)數(shù)函數(shù)，滿足：
【權(quán)利要求】
1. 旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車純?cè)囍啬慰固貓D的單面圖解平衡方法，其特征在于，包括以下步 驟： 1) 采集旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車過程的原始鍵相信號(hào)和原始振動(dòng)信號(hào)； 2) 根據(jù)鍵相信號(hào)的特點(diǎn)，獲取原始鍵相信號(hào)峰值對(duì)應(yīng)點(diǎn)的時(shí)間數(shù)據(jù)；由所得到的時(shí)間 數(shù)據(jù)獲取相鄰鍵相信號(hào)峰值的時(shí)間間隔，由于原始振動(dòng)數(shù)據(jù)和原始鍵相信號(hào)數(shù)據(jù)是同時(shí)采 集，周期性完全一致，因此原始鍵相信號(hào)峰值的時(shí)間間隔就是原始振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)間間 隔，即原始振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)頻信息； 3) 對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車原始振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波處理，結(jié)合步驟2)中 所獲取的原始振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)頻信息，得到單一的啟停車過程原始轉(zhuǎn)頻振動(dòng)信號(hào)； 4) 計(jì)算步驟3)得到原始轉(zhuǎn)頻振動(dòng)信號(hào)的奈奎斯特圖； 5) 在平衡盤上添加試重，采集旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車過程的試重鍵相信號(hào)和試重振動(dòng)信號(hào)； 6) 根據(jù)鍵相信號(hào)的特點(diǎn)，獲取試重鍵相信號(hào)峰值對(duì)應(yīng)點(diǎn)的時(shí)間數(shù)據(jù)；由所得到的時(shí)間 數(shù)據(jù)獲取相鄰鍵相信號(hào)峰值的時(shí)間間隔，由于試重振動(dòng)數(shù)據(jù)和試重鍵相信號(hào)數(shù)據(jù)是同時(shí)采 集，周期性完全一致，因此試重鍵相信號(hào)峰值的時(shí)間間隔就是試重振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)間間 隔，即試重振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)頻信息； 7) 對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車試重振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波處理，結(jié)合步驟6)中 所獲取的試重振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)頻信息，得到單一的啟停車過程試重轉(zhuǎn)頻振動(dòng)信號(hào)； 8) 計(jì)算步驟7)得到試重轉(zhuǎn)頻振動(dòng)信號(hào)的試重奈奎斯特圖； 9) 對(duì)步驟8)和步驟4)中得到的試重奈奎斯特圖和原始奈奎斯特圖進(jìn)行矢量相減得到 純?cè)囍啬慰固貓D； 10) 根據(jù)純?cè)囍啬慰固貓D和待平衡轉(zhuǎn)子的原始奈奎斯特圖，利用動(dòng)平衡方法求得旋 轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子在任一轉(zhuǎn)速下的失衡量或配重量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車純?cè)囍啬慰固貓D的單面圖解平衡方法，其 特征在于，具體步驟如下： 步驟1)中，利用電渦流位移傳感器和鍵相傳感器分別采集轉(zhuǎn)子在啟車過程中原始振 動(dòng)數(shù)據(jù)和鍵相數(shù)據(jù)； 步驟3)中，對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車原始振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波處理，結(jié)合步 驟2)中所獲取的轉(zhuǎn)頻信息，得到單一的啟停車過程原始轉(zhuǎn)頻振動(dòng)信號(hào)z(t); 步驟4)中，計(jì)算步驟3)得到原始轉(zhuǎn)頻振動(dòng)信號(hào)的奈奎斯特圖，并構(gòu)造轉(zhuǎn)頻振動(dòng)向量的 解析函數(shù)Z1 (t),為一復(fù)數(shù)函數(shù),滿足： (0 = (0 +IFi(0 =aI(f)eM0 (I) 式中：Xl(t)為原始轉(zhuǎn)頻信號(hào)的橫向振動(dòng)量，yi(t)為原始轉(zhuǎn)頻信號(hào)的縱向振動(dòng)量； S1 (t)為原始振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)頻振動(dòng)幅值大小，E1(Z) = ^Crl(〇2+>·,(/)"), @⑷為原始振動(dòng) ?/ (f\ 信號(hào)轉(zhuǎn)頻振動(dòng)相位，《W=arc坎? ·*·,(0 步驟8)中，根據(jù)步驟5)至8)的方法，通過在平衡盤上添加試重，得到試重啟停車過程 轉(zhuǎn)頻振動(dòng)信號(hào)的奈奎斯特圖，并構(gòu)造加試重之后的轉(zhuǎn)頻振動(dòng)量解析函數(shù)Z2 (t)，為一復(fù)數(shù)函 數(shù)，滿足： -2 (0 = -Y2 (0 +Jy2(〇 = ?；(〇em；r，P) 式中：x2(t)為試重轉(zhuǎn)頻信號(hào)的橫向振動(dòng)量，y2(t)為試重轉(zhuǎn)頻信號(hào)的縱向振動(dòng)量；a2(t)為試重振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)頻振動(dòng)幅值大小，a2(() = +y2(tf)，朽⑴為試重振動(dòng)信號(hào) 轉(zhuǎn)頻振動(dòng)相位，釣w= arc?^; 步驟9)中，由公式（1)和公式（2)得到純?cè)囍貑⑼＼囌駝?dòng)信號(hào)的解析函數(shù)Z(l(t)，為一 復(fù)數(shù)函數(shù)： zjt) = Z3(I)-Z1 (I) = Jf2(〇- A-, (<) + ,/(>?,(() - >*, (I)) =a" (i)emm (3) 式中： a0(t)為純?cè)囍卣駝?dòng)Ih可轉(zhuǎn)頻振動(dòng)幅值大小，3.,,(/) =^{χ2(?) -X1 (/))' +(}'2(〇-j-'i(〇~? ,, V1(Z) w(/)為純?cè)囍卣駝?dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)頻振動(dòng)相位，乳(〇 =； 步驟10)中，根據(jù)公式（3)繪制啟停車轉(zhuǎn)頻振動(dòng)信號(hào)的純?cè)囍啬慰固貓D，根據(jù)純?cè)囍?奈奎斯特圖，通過圖解的方法對(duì)待平衡轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡操作，求得待平衡轉(zhuǎn)子的失衡量或 配重量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車純?cè)囍啬慰固貓D的單面圖解平衡方法，其 特征在于，步驟10)中，通過圖解的方法對(duì)待平衡轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡操作，具體步驟如下： 在已經(jīng)得到的原始啟停車過程奈奎斯特圖和純?cè)囍啬慰固貓D上，分別找到轉(zhuǎn)速為η 時(shí)所對(duì)應(yīng)的原始轉(zhuǎn)頻振動(dòng)向量2和純?cè)囍剞D(zhuǎn)頻振動(dòng)向量1，然后同時(shí)旋轉(zhuǎn)純?cè)囍剞D(zhuǎn)頻振動(dòng) 向量:g和純?cè)囍靥砑邮噶?T，使得純?cè)囍剞D(zhuǎn)頻振動(dòng)向量石和原始轉(zhuǎn)頻振動(dòng)向量：!重合，這 時(shí)純?cè)囍剞D(zhuǎn)頻振動(dòng)向量和純?cè)囍靥砑邮噶喀７謩e到達(dá)新的位置，得到新的純?cè)囍剞D(zhuǎn)頻振 動(dòng)向量和新的純?cè)囍靥砑邮噶?^1，等比例延長振動(dòng)向量和5>使得涵=J?這時(shí)振 動(dòng)向量1、（;丨分別到達(dá)目標(biāo)平衡位置，得到目標(biāo)純?cè)囍剞D(zhuǎn)頻振動(dòng)向量/h和目標(biāo)純?cè)囍靥? 加矢量（;2 ,此時(shí)矢量?:;2就是圖解得到在轉(zhuǎn)速η下的不平衡量；平衡時(shí)只需往相反方向加 同樣的配重量即可。
【文檔編號(hào)】G01M1/38GK104236798SQ201410474962
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】張西寧, 桂祈禎, 郭金良, 李兵 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)