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专利名称：一种基于等效初相矢的各向异性转子全息动平衡方法
技术领域：
本发明属于旋转机械故障诊断与控制技术领域，涉及一种基于等效初相矢的各向异性转子全息动平衡方法。
背景技术：
传统动平衡方法通常采用单个振动或者位移传感器获取转子的振动信息，并基于该传感器的信号进行平衡识别。对于各向同性的转子一轴承系统而言，其振动信号沿圆周方向是一致的，单个传感器能够很好地反映转子振动状态。因此，传统的基于单传感器的动平衡方法往往就能够取得令人满意的效果。然而，转子一轴承系统经过一段时间运行后，其轴承的刚度与阻尼一般都为各向 异性。另外转子本身也可能由于在圆周方向上的主惯矩不等，存在结构上的各向异性等等。显然，对于这类支承刚度具有一定各向异性的转子而言，转子测量截面的单方向振动并不能精确地描述转子振动状态。实质上，受支承刚度各向异性的影响，转子的转频轴心轨迹为椭圆，对转子进行高精度动平衡时必须考虑转子进动的轴心轨迹。因此，工业现场常采用双传感器垂直安装的方式来实现对每个转子测量截面振动信息的全面监测。全息谱技术通过在频域集成两个方向的振动信息，利用形成的谱图或轴心轨迹来描述转子振动状态，由于全息谱是在数据层对信息进行融合，所以对所集成的信号以及数据融合的过程有严格的要求。全息谱充分考虑了支承刚度的各向异性对轴心轨迹的影响，可以用于转子前期故障诊断判断。全息动平衡技术是基于全息谱的在线动平衡技术，它以全息谱技术中的初相矢为平衡目标，可通过监测初相点和工频椭圆，来判断转子不平衡状态是否发生变化，计算不平衡矢量。全息动平衡方法虽然以初相矢表征失衡响应，但本质上仍然基于矢量反馈原理求解不平衡量。而利用矢量反馈原理是需要满足一定先决条件的，即平衡目标要与不平衡量之间满足线性关系，这就要求表征不平衡响应的初相矢的大小与不平衡量的大小成比例关系，初相矢的相位与失衡相位之间的相位差保持不变。然而，初相矢只有在转子表现为各向同性时，它与不平衡量之间的线性关系才成立，当转子各向异性时，这一关系并不能满足，因此，传统初相矢对不平衡响应的描述存在一定的缺陷。

发明内容
本发明解决的问题在于提供一种基于等效初相矢的各向异性转子全息动平衡方法，以等效初相矢作为失衡振动表征量，等效初相矢与转子失衡量之间有着严格而明确的线性关系，能够避免传统的全息谱动平衡理论中利用转频椭圆初相矢作为失衡振动表征量存在的缺陷。本发明是通过以下技术方案来实现一种基于等效初相矢的各向异性转子全息动平衡方法，以等效初相矢EIPV作为失衡振动表征量，对于失衡状态下各向异性转子的平衡步骤如下
I)选择振动信号测量面和鉴相信号测量面后，启动转子，采集转子平衡转速下测量截面相互垂直方向上的两路原始振动信号；2)利用鉴相标志作为相位基准，提取两路振动信号的工频成分，进行频谱分析并提取工频振动，根据全息谱技术构造转频椭圆；3)将全息谱椭圆转换为等效转频圆，根据全息谱椭圆的长半轴a和短半轴b，计算出等效转频圆的半径A，并以此为与原始不平衡U0状态所对应的初始等效初相矢EIPVtl的幅值；4)根据等效转频圆半径调整转频椭圆方程，获得等效初相矢的相位Z EIPV0,结合A，得到初始等效初相矢
EIPV0=r0 Z EIPV0 ；5)在转子上设置配重面，根据转子振动情况确定配重面上加试重的大小与方向，加试重Wt之后再次按照步骤I) 3)操作，获得转子加试重之后的不平衡响应，并计算添加试重后等效转频圆半径r1;6)将试重前后的转子的转频椭圆初相矢IPVciUPV1分别按照角动量守恒原则转化至等效转频圆上，并基于此计算等效转频圆上的不平衡量角度变化A y ；7)根据加试重后等效转频圆半径T1和不平衡量角度变化A y得到加试重后等效初相矢EIPV1，其幅值为ri，相位为Z EIPVtl+A y ；8)根据矢量反馈平衡的原理，计算得到转子的原始不平衡量Utl，卸载试重Wt，添加配重 We=-Utl ；9)测试加配重后的转子振动数据，若转子振动满足平衡要求，则转子平衡操作完成；若不满足平衡要求则进一步判断不平衡是否为引起振动的主导因素，若是则重复步骤I) 8)，进行精细平衡直至转子振动满足平衡要求。所述的初始等效初相矢EIPVtl的计算为I)根据全息谱动平衡技术构造转频椭圆，利用椭圆运动转换为振动能量相同的等速圆周运动，从而将全息谱椭圆转换为等效转频圆，根据全息谱椭圆的长半轴a和短半轴b，计算出等效转频圆的半径IV并以此为初始等效初相矢的幅值rQ= = ^jcxSy-S Cy在得到等效转频圆的半径A后，以坐标原点为圆心，绘制出等效转频圆；2)将等效转频圆半径Ttl设置为转频椭圆构造函数中表示幅值的常数项，并以某一方向传感器的相位信息为基准，建立等效转频圆参数方程
X = ^fab s'm(Qt + ft+ Tt 12)I e _,
ye =^Jab sin(0/ + f3)3)求解等效转频圆方程的正、余弦项系数Sex = —Jab sin (5 ,Cex = Vah cos psey = sjah cos P = -Jah sin (34)根据正、余弦项系数得到等效转频圆的系数矩阵EH及初相点EIPP
权利要求
1.一种基于等效初相矢的各向异性转子全息动平衡方法，其特征在于，以等效初相矢EIPV作为失衡振动表征量，对于失衡状态下各向异性转子的平衡步骤如下 1)选择振动信号测量面和鉴相信号测量面后，启动转子，采集转子平衡转速下测量截面相互垂直方向上的两路原始振动信号； 2)利用鉴相标志作为相位基准，提取两路振动信号的工频成分，进行频谱分析并提取工频振动，根据全息谱技术构造转频椭圆； 3)将全息谱椭圆转换为等效转频圆，根据全息谱椭圆的长半轴a和短半轴b，计算出等效转频圆的半径IV并以此为与原始不平衡U0状态所对应的初始等效初相矢EIPVtl的幅值； 4)根据等效转频圆半径调整转频椭圆方程，获得等效初相矢的相位ZEIPVtl，结合，r0得到初始等效初相矢
2.如权利要求I所述的基于等效初相矢的各向异性转子全息动平衡方法，其特征在于，所述的初始等效初相矢EIPVtl的计算为 1)根据全息谱动平衡技术构造转频椭圆，利用椭圆运动转换为振动能量相同的等速圆周运动，从而将全息谱椭圆转换为等效转频圆，根据全息谱椭圆的长半轴a和短半轴b，计算出等效转频圆的半径^，并以此为初始等效初相矢的幅值
3.如权利要求I所述的基于等效初相矢的各向异性转子全息动平衡方法，其特征在于，所述的不平衡量度变化△ Y的计算为 1)根据全息谱技术构造转频椭圆，得到试重前后的转频椭圆初相矢IP、、IPV1，并将两者绘制在IPVtl所对应的转频椭圆上，得到两者夹角AS = S2-S15 2)基于转频椭圆，求解从初相矢IPVtl开始直至IPV1所扫过的面积SI； 3)以^为半径，绘制等效转频圆，保持IPVtl的相位不变，将其移植到等效转频圆上，得到 IPV ; 4)根据角动量守恒原则，在等效转频圆上绘制IPV/，使得从IPV开始直至IPV/所扫过的面积S2=S1 ； 5)求解IPV与IPV/之间的夹角Ay
4.如权利要求I 3任何一项所述的在全息谱动平衡方法中引入等效初相矢的方法，其特征在于，所述的根据全息谱技术构造转频椭圆为 设转子有n个支承面，第i个支承截面上的转频椭圆由正弦项系数[sXi，sYi]和余弦项系数[Cxi, Cyi]决定
全文摘要
本发明公开了一种基于等效初相矢的各向异性转子全息动平衡方法，以全息谱理论为基础，考虑了两个方向的振动数据，并将之进行数据融合，能完整表述各向异性特征，利于平衡故障诊断；并进一步，利用角动量守恒的原则，将全息谱椭圆转换为等效转频圆，提出了以等效初相矢作为失衡振动表征量，满足了精细平衡的需求。通过该等效初相矢，能够消除各向异性造成的传统初相矢在描述不平衡量幅值及相位时的缺陷，精确表征失衡特征，真实反映转子空间动态特性。因此，本发明提出的基于等效初相矢的全息动平衡方法有利于提高现场动平衡的精度与效率，有效延长旋转机械的运行精度和使用寿命。
文档编号G01M1/38GK102778335SQ201210210500
公开日2012年11月14日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者张东升, 梅雪松, 章云, 许睦旬, 邵明平, 龚俊宇 申请人:西安交通大学