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平衡机基础的振动也会对测量带来影响到转子的动力学特性

发表于:2019-05-18

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目前有关硬支承动平衡机的研究主要集中在改进振动信号的数字滤波算法和提高不平衡量的提取精度上。它们大都需要较长的数据样本,所需要的信号采集时间较长,远大于不平衡量提取运算和分离的时间,在追求精度的同时实际上偏废了对测量效率的考量。动平衡机中传感器输出信号的幅值正比于转子的离心力,与测量转速成幂函数关系,随着测量转速的提高,传感器输出信号的信噪比会得到显著增强,有助于更加准确地提取得不平衡量的幅值和相位,但高的测量转速会增大硬支承平衡机测量的原理误差,增加转子的加减速时间,同时会消耗更多的能源,尤其对于大型转子的平衡来说,每一次的平衡过程都是一个十分耗时、费力和耗能的过程。低速平衡能够带来多方面的效用。当平衡转速较低时,采集到足够长的数据所需的时间远大于信号处理和不平衡量提取的时间,这时,平衡机的平衡效率主要受数据采集时长的限制,因此有必要研究有限长度下的动平衡信号。当前对于不平衡量的提取,研究者们提出了很多种方法,如最小二乘拟合,自适应滤波,小波变换法等方法。但各种提取方法的验证尚无统一的参考标准,各种提取方法的验证不处于同一个基准线上,它他们之间缺乏必要的对比和沟通。国际标准和国家标准中只针对平衡机的整体的测量精度给出了相应的标准和规范,对于不平衡信号的提取和电测系统的性能指标均未给出相应的评价标准和评价办法。因此有必要对平衡机振动信号进行模拟生成,以建立平衡机振动信号的基本库,用于验证和评价各种不平衡信号的提取方法。


在硬支承的前提下,提高测量转速,从而提高信噪比,实现计及转子惯性力的高频比下动平衡测量,是提高动不平衡测量精度的途径之一。分析了硬支承平衡机的误差来源,他指出硬支承测力平衡方法采用简化的静力平衡方程,这种简化模型能够方便平衡机的测量和标定过程,但是以引入一定的误差为代价的。更为重要的是,减小测量原理带来的误差就要减小或者消除被忽略的惯性力和惯性力矩的影响。指出了硬支承动平衡机的平衡转速必须受到限制。同时提出了新一代平衡机设计的构想,使得硬支承平衡机的工作转速进一步提高一增加振动信号的信噪比,同时又能够保持永久标定的优点吗。为了提高测量精度,除了转子的惯性力的影响,平衡机基础的振动也会对测量带来影响,影响到转子的动力学特性。将转子的惯性力引入到动不平衡测量方程中,平衡机的动力学方程变为涉及平衡机系统基础,转子质量,不平衡量,不平衡振动系统的高阶微分方程,其数值求解过程十分复杂,计算量较大,无法在动平衡机中实际应用,因此,需要寻求一种能够将转子惯性力考虑在内,同时又具有较低的计算复杂度的方法。


刚性转子在刚性范围内的任意转速下都可以进行不平衡量的测量,而与工作转速无关。低的平衡转速能够带来多方面效用吟:转子的惯性力对测量的影响更小,硬支承平衡机的静力学平衡方程更加接近不平衡转子的动力学方程,有利于实现更高的测量精度。转子的加速和制动时间更短,能够有效减少节拍时间,提高平衡工艺过程的效率。需要的驱动力更小,节省能源;此外,还能够简化对驱动电机的控制,简化平衡机的设计。


但低的平衡转速对后续的信号调理和处理带来了不利,首先,较低的平衡转速使得平衡机振动信号的信噪比降低:再者,在相同的节拍时间内采集到的振动信号的数据样本的周期数较少。这就对动不平衡信号的提取提出了新的挑战。低信噪比的振动信号要求提取方法具有更高的灵敏度,能有效抑制和滤除振动信号中的噪声和干扰,提取出不平衡信号,从这个角度来说,低的平衡转速要求不平衡信号提取方法的灵敏度更高。另一方面,长度较短的采样信号要求信号的提取方法具有更高的分辨率,能够在短信号前提下准确提取出期望的频率成分,这也从另外一个方面对信号的提取方法提出了挑战。因此,低信噪比再加上信号长度有限,使得现有数字信号处理方法难以满足信号参数提取精度要求,需要寻求具有滤波性能更好、具有更高分辨率的数字信号处理方法。针对不平衡信号的提取,出现了多种方法。基于经验模态的数字滤波方法、自适应滤波的方法、最小二乘拟合法、基于谐小波的自适应滤波法、离散小波变换法等队外返,这些方法都着重于在低信噪比下提取不平衡信号,虽然对于低信噪比下的振动信号有很好的效果,但是提取过程中都需要较长的振动信号,不能适应低速平衡的不平衡信号提取。



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