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回转轴振动测控实验系统的设计

摘要:本文研究了回转轴振动测控实验系统的设计,通过在主轴上

安装多相电磁式制动器,利用设备状态监测和故障诊断系统能及时发

现主轴早期异常振动,有效的保证设备的可靠运行。

关键词:回转轴振动测控实验系统

振动问题一直是机械动力学研究的热门话题。转轴是组成回转机

器的重要零部件,既传递弯矩又传递转矩,容易引起多种振动,其振动

问题是不容忽视的。主轴振动测控实验系统是针对回转轴主动控制而

设计的,是基于LabVIEW的转子测控实验系统。通过在实验系统上运

行电磁式控制器和仿真实验,系统采集主轴振动异常信号,通过控制装

置实现对转子运行的振动故障进行控制操作。

1主轴振动测控实验系统的组成和原理

主轴振动测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部

分组成。测试过程中传感器把现场的机组的振动转变成电信号,然后

传输给中间变换装置;中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进

行分析处理或经A/D变换后用软件进行计算,再将处理结果以电信号

或数字信号的方式传输给记录装置,最后由显示记录装置将测量

结果出来,提供给观察者或其他自动控制装置。主轴控制部分的

核心是电磁式制动器。它由将多块小电磁式制动器组合而成,制动器

分别安装在主轴和支座上。整个体系结构分为被测信号、采集卡、主

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程序三个部分。(1)被测信号。回转轴的监控量一般是振动信号、加

速度信号、轴心轨迹和转速信号。(2)采集卡。采用美国国家仪器公

司的PXI-6251综合采集卡。(3)主程序。包含采集、分析程序和控制

程序。采集、分析程序主要是测量故障信号,再向控制程序发送控制

指令,最后由控制程序发出模拟控制信号到电磁式制动器,实现对轴的

控制。图1是基于虚拟仪器的测控体系的总体结构图。

2回转轴振动测控实验系统的硬件参数

一般来说,振动测试与分析系统由两大部分组成。一部分为传感

器测量系统,它包括各种振动传感器,温度、压力传感器及其有关测量

部。另一部分即为测量数据采集、显示、处理及分析系统,也就是虚

拟仪器的部分。整个测试过程如图2所示。需要说明的是,无论是何

种振动测试分析系统,模拟式的传感器、信号调理器以及激振系统,仍

然是必不可少的,在测试系统中,它们构成了所谓测试前端。转轴测试

所需的基本硬件设备包括:多功能转子实验台、加速度传感器、力传

感器等。

3回转轴振动测控实验系统的设计

回转轴实验台是测控对象。采用的实验台是自行设计的转子实验

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台,外形尺寸:980×200×250(mm),主要组成如下:(1)直流电机:0～10000

转/分。(2)底座。(3)含油轴承支座4个。(4)转动轴共有两节组成,中间

有橡皮轴套连接。(5)带有滑动轴承的支座一个。(6)注油壶一个。通

过配置振动、转速、噪声、位移等机械参量测量的传感器,可对主轴

的旋转速度、底座的振动速度、转子实验台运行时的噪声等进行监测。

4采集系统的硬件组成

本文采用的数据采集卡是NI公司的PXI-6251M系列数据采集卡,

并安装在8槽的PXI-1042高性能机箱的插槽2上。PXI-6251的主要

参数:模拟输入16路单端/8路差分,采样率1.25M,输入