本發(fā)明屬于系統(tǒng)參數(shù)識別領(lǐng)域，特別是一種基于磨機振動模態(tài)參數(shù)的滑動軸承剛度識別方法。
背景技術(shù)：
：對于磨機系統(tǒng)而言，主軸承的油膜剛度是磨機整體動力學建模和響應分析的重要參數(shù)。它反應的是油膜抗載荷變動的能力，是承載能力相對位移的變化率，它與軸承的承載能力以及油膜厚度有關(guān)。目前針對磨機動靜壓主軸承剛度的研究都集中在通過油腔結(jié)構(gòu)優(yōu)化改善軸承承載能力上，且多采用流體計算力學的方法。此類方法通過數(shù)值仿真計算出流場壓力分布，從而推導計算軸承承載能力和油膜剛度，需考慮到油腔壓力、溫度、潤滑油特性等因素的影響，具有計算繁瑣，影響仿真進程的不足。然而在完全油膜情況下，潤滑油膜可以用多排等效彈簧單元替代，從而可以將識別滑動軸承油膜剛度轉(zhuǎn)化為識別等效單元剛度值，加快計算進程，便于仿真。但是，在磨機前期計算分析過程中發(fā)現(xiàn)，不同的剛度取值組合對模態(tài)計算結(jié)果影響較大。因此，如何準確識別主軸承油膜剛度，對于后期基于模型的響應計算、預測及損傷識別一直是本領(lǐng)域待解決的技術(shù)難題。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，公開了一種基于磨機振動模態(tài)參數(shù)的滑動軸承剛度識別方法，能夠提高磨機整體計算效率以及有利于后期基于模型的響應計算、預測及損傷識別。本發(fā)明公開了一種基于磨機振動模態(tài)參數(shù)的滑動軸承剛度識別方法，具體的步驟如下：1)建立磨機整體有限元模型，在有限元軟件中將油膜簡化為多排等效彈簧單元，該單元在相應柱坐標下有切向、軸向三個方向的剛度值，將油膜簡化為多排等效彈簧單元從而可以將識別滑動軸承油膜剛度轉(zhuǎn)化為識別等效單元剛度值2)設計試驗方案：運用加速度傳感器測得磨機振動信號，將信號輸入到OROS數(shù)據(jù)采集儀，最后傳至計算機并記錄；3)模態(tài)參數(shù)識別，利用運行模態(tài)分析(OperationalModalAnalysis，OMA)的方法對實驗結(jié)果進行識別、處理，將所得的時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，再利用OMA方法識別磨機主要模態(tài)參數(shù)，可得到各階模態(tài)的頻率、振型和模態(tài)阻尼比；4)分析相關(guān)性：計算模態(tài)置信因子，即分析有限元模型與試驗模態(tài)振型的相關(guān)性，計算公式如式(1)所示：MACi,j=|({φie})T({φjs})|2({φie})T({φis})({φje})T({φjs})---(1)]]>式中分別表示試驗模型的第i階振型和計算模型的第j階振型；5)選取待識別模態(tài)；根據(jù)步驟(4)中的相關(guān)性計算結(jié)果，選擇其中MAC值大于0.7以及軸向剛體模態(tài)、徑向剛體模態(tài)等作為主要的待識別模態(tài)；6)選取待識別參數(shù)：選取滑動軸承剛度作為待識別參數(shù)；7)構(gòu)建目標函數(shù)：以實測的模態(tài)為基準，其中包括實測的頻率和振型，以模態(tài)頻率殘差作為目標；8)迭代優(yōu)化：隨著迭代次數(shù)的增加，當目標函數(shù)值趨于穩(wěn)定或不變時，則表明計算結(jié)果收斂，此時參數(shù)取值為識別后的最終值，目標函數(shù)值也趨于最?。蝗魺o法收斂，則調(diào)整參數(shù)取值，進行模型的模態(tài)計算，具體是設置步長，步數(shù)、重新選取初始值；識別目的就是通過調(diào)整仿真參數(shù)，實現(xiàn)仿真與試驗差距的最小化，每次迭代，計算對應參數(shù)取值下的模態(tài)和目標函數(shù)值。進一步，所述的步驟1)中的模型部件包括基礎、固定端滑動軸承、自由端滑動軸承、筒體、大齒輪。進一步，所述的步驟2)中的加速度傳感器選用PCB低頻三向傳感器。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果在于：1)通過將油膜簡化為等效彈簧單元，提高磨機整體計算效率；2)通過參數(shù)合理選擇和參數(shù)識別技術(shù)，提高模型精度，使模型更接近實際結(jié)構(gòu)；3)準確油膜剛度的識別有利于后期基于模型的響應計算、預測及損傷識別。附圖說明圖1是本發(fā)明基于磨機振動模態(tài)參數(shù)的滑動軸承剛度識別方法的流程圖；圖2是本發(fā)明基于磨機振動模態(tài)參數(shù)的滑動軸承剛度識別方法的識別參數(shù)收斂圖；圖3是本發(fā)明基于磨機振動模態(tài)參數(shù)的滑動軸承剛度識別方法的目標函數(shù)收斂圖。具體實施方式本發(fā)明的利用一臺Φ7.32×12.5m的球磨機，部件包括基礎、固定端滑動軸承、自由端滑動軸承、筒體、大齒輪，其有限元的組成單元包含86164個3D單元，15603個2D單元，660個桿單元和3805個點單元；具體步驟如下：1)建立磨機整體有限元模型并進行模態(tài)計算；在MSC.PATRAN&MSC.NASTRAN的有限元軟件中將油膜簡化為多排等效彈簧單元，該單元在相應柱坐標下有徑向、切向、軸向三個方向的剛度值；2)設計試驗方案；運用PCB低頻三向傳感器測得磨機振動信號，將信號輸入到OROS數(shù)據(jù)采集儀，最后傳至計算機并記錄；測點位置和測試方向的確定需參考所需的模態(tài)振型。要測得固定端主軸承處的模態(tài)，傳感器布置在固定端主軸承的四個角點上，每個測點方向一致，傳感器X向?qū)獮槟C軸向，Y向?qū)C徑向。3)由于試驗中只有響應，沒有激勵，所以選用運行模態(tài)參數(shù)分析(OMA)的識別方法進行模態(tài)識別；對試驗結(jié)果進行處理，將所得的時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，再利用OMA方法識別磨機主要模態(tài)參數(shù)，可得到各階模態(tài)的頻率、振型和模態(tài)阻尼比。這里通過改變磨機模型的等效彈簧剛度來模擬實際模型，表1中的第一列即為模擬實際模型計算得到的頻率值。4)分析相關(guān)性；計算模態(tài)置信因子，即分析有限元模型與試驗模態(tài)振型的相關(guān)性，計算公式如式(1)所示，其中分別表示試驗模型的第i階振型和計算模型的第j階振型。修正前有限元模型和實測模型所選模態(tài)的模態(tài)數(shù)據(jù)及誤差如表1所示，可以看出MAC值都接近于1，說明振型的相關(guān)性較好，但各階頻率都存在一定的頻率誤差，其中徑向剛體模態(tài)頻率誤差較大；表1識別前模態(tài)數(shù)據(jù)及誤差振型試驗頻率(Hz)有限元頻率(Hz)誤差(％)MAC軸向剛體2.55922.43594.800.9965徑向剛體2.91532.74155.960.9998繞Z軸擺動10.70610.6060.930.9997繞Y軸擺動12.20012.1900.080.9997繞X軸擺動12.95312.8350.910.99975)選取待識別模態(tài)；根據(jù)步驟(4)中的相關(guān)性計算結(jié)果，選擇其中軸向剛體模態(tài)、徑向剛體模態(tài)以及繞X、Y、Z擺動的三階模態(tài)作為主要的待修正模態(tài)，其MAC值都大于0.7；6)選取修正參數(shù)：選取滑動軸承剛度作為待修正參數(shù)；7)構(gòu)建目標函數(shù)：以實測的模態(tài)為基準，其中包括實測的頻率和振型，以各階模態(tài)頻率殘差作為修正目標；8)迭代優(yōu)化；選取等效單元軸向剛度和徑向剛度值為修正參數(shù)，選取表1中的模態(tài)振型的頻率誤差作為識別目標。這里，取油膜剛度初始值是仿真值的1.3倍，即18000N/mm，歸一化前提下，設置參數(shù)變化范圍為初始值的0.8到1.5倍。迭代步長為0.01，迭代步數(shù)為100步，進行迭代計算；識別過程中的參數(shù)收斂圖如圖2所示，目標函數(shù)隨迭代次數(shù)的變化如圖3所示。從圖中可以看出，隨著迭代次數(shù)的增加，目標函數(shù)的值逐漸減小并趨于穩(wěn)定，誤差值趨于0，油膜剛度的值也在小范圍內(nèi)波動，趨于平穩(wěn)，得到滑動軸承的最終軸向剛度值在14945N/mm和15060N/mm間波動，徑向剛度值為1500N/mm。當前第1頁1 2 3