Способ определения величины и угла дисбаланса

 

Использование: в измерительной технике, а именно для определения дисбаланса вращающихся механизмов циклического действия. Сущность изобретения: при обработке вибросигнала вращающейся детали делят период вращения на n фазовых значений относительно начальной фазы цикла, суммируют синфазные значения вибросигнала за m периодов и выделяют периодическую составляющую вибросигнала как функцию угла поворота вращающейся детали относительно начальной фазы. Затем осуществляют Фурье-преобразование выделенной периодической составляющей и определяют амплитуду и фазу первой гармоники, по которым судят о величине и угле дисбаланса.

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к измерению дисбаланса механизмов циклического действия (зубчатых передач, насосов, турбин, электродвигателей и др.) и может использоваться при динамической балансировке вращающихся деталей с произвольным числом плоскостей коррекции.

Известен способ балансировки деталей вращения (А.С. СССР 1247702, кл. G 01 М 1/16, 1984 г.), заключающийся в том, что с помощью двух взаимно перпендикулярных колебательных движения в плоскости, перпендикулярной оси вращения детали, амплитуда одного из которых меняется по закону синуса, а другого по закону косинуса, детали сообщают колебательное движение, направление котоpого непрерывно изменяется. Это изменение прекращается в момент достижения максимума угловых колебаний детали, по которому судят об амплитуде дисбаланса. Угол определяется из отношения амплитуд, составляющих вектор колебаний.

Данный способ позволяет определять величину и угол дисбаланса. Однако при измерениях дисбаланса всегда имеются в наличии паразитные вибрационные колебания (детермированные несинхронные и случайные от работающего рядом оборудования и деталей самого балансируемого механизма), которые проводят к возникновению погрешности измерения, пропорциональной величине вибрационных помех.

Данный способ не позволяет устранить или уменьшить влияние этих помех на измерение, а следовательно, точность измерения оказывается невысокой.

Кроме того, этот способ обладает сложной реализацией, т.к. для создания колебательных движений, перпендикулярных оси вращения, требуется сложная механика. Еще более усложняется задача при создании колебательных движений, амплитуда которых изменяется по закону синуса и косинуса.

Таким образом, данный способ не обеспечивает точности измерения при значительной сложности аппаратурного оформления для его реализации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения величины и угла дисбаланса роторов путем обработки вибросигнала вращающейся детали, включающий измерение периода ее вращения [1] Известный способ заключается в том, что из вибросигнала вращающегося ротора выделяют сигнал дисбаланса, формируют два опорных сигнала с частотой вращения ротора, сдвинутые между собой на 90^o, определяют две компоненты (синфазную и квадратурную) сигнала дисбаланса, для чего последовательно умножают его на опорные сигналы, измеряют период вращения ротора, интегрируют обе компоненты в течение полупериода, делят значение каждой полученной компоненты на период вращения и регистрируют.

В связи с тем, что интегрирование синфазной и квадратурной компонент осуществляют в течение половины периода вращения ротора и значение каждой полученной компоненты делят на величину периода, устраняется влияние погрешности определения величины дисбаланса при изменении частоты вращения ротора, что повышает точность балансировки.

Однако точность измерения ограничена точностью интегрирования и тем, что интегрированию подвергается сигнал дисбаланса, на который накладываются сигналы вибропомех от работающего рядом оборудования и деталей самого балансируемого механизма.

Таким образом, данный способ также не может обеспечить высокую точность балансировки вращающейся детали.

Кроме того, необходимость выделения сигнала дисбаланса, формирования двух квадратурных опорных сигналов дисбаланса с датчика на объекте усложняет аппаратурную реализацию способа.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении точности измерения величины и угла дисбаланса деталей вращения и упрощении аппаратурной реализации способа.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе определения величины и угла дисбаланса путем обработки вибросигнала вращающейся детали, включающем измерение периода вращения, согласно изобретению делят период вращения детали на n фазовых значений относительно начальной фазы цикла, суммируют синфазные значения вибросигнала за m периодов и выделяют периодическую составляющую как функцию угла поворота вращающейся детали относительно начальной фазы цикла, осуществляют Фурье -преобразование периодической составляющей и опpеделяют амплитуду и фазу первой гармоники, по которым судят о величине и угле дисбаланса.

Деление периода вращения на n фазовых значений относительно начальной фазы цикла, осуществление суммирования синфазных значений вибросигнала за m периодов позволяет выделить полезную периодическую составляющую вибросигнала на фоне шума и мощных несинхронных периодических вибраций соседних узлов и механизмов.

Осуществление Фурье-преобразования выделенной периодической составляющей позволяет со сколь угодно высокой точностью определить амплитуду и фазу дисбаланса. При этом точность измерения угла будет тем выше, чем большее значение принято для n при делении периода вращения, а точность измерения амплитуды аналогично связана со значением m при суммировании синфазных значений вибросигнала.

При таком способе определения амплитуды и угла дисбаланса наличие сильных вибрационных помех (случайных и неслучайных) не оказывает влияния на точность измерения показателей дисбаланса.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность измерения амплитуды и угла дисбаланса в условиях сильных вибропомех.

Кроме того, при реализации этого способа не требуется специального выделения сигнала дисбаланса и формирования двух квадратурных опорных сигналов с датчика на объекте, а лишь используются измеренные вибросигналы от вибродатчиков, установленных на опорных поверхностях вращающейся детали, и сигнал датчика периода вращения детали. Это свидетельствует о более простой аппаратурной реализации способа.

Способ осуществляют следующим образом.

На балансируемую деталь устанавливают датчик для измерения периода вращения и один или несколько вибродатчиков по числу плоскостей коррекции. Балансируемую деталь вращают, при этом снимают с помощью одного из датчиков вибросигнал и измеряют период вращения детали. Затем делят период на n фазовых значений относительно начальной фазы цикла в диапазоне 0 360^o, при этом каждому фазовому значению периода вращения приводится в соответствие определенное значение вибросигнала. Далее синфазные значения вибросигнала суммируют за m периодов, при этом происходит выделение полезной периодической составляющей вибросигнала как функции угла поворота вращающейся детали относительно начальной фазы и фильтрация ее от шума мощных несинхронных периодических вибраций соседних узлов и механизмов. После этого осуществляют Фурье-преобразование выделенной периодической составляющей, в результате которого определяют амплитуду и фазу первой гармоники, по которым судят о величине и угле дисбаланса заданной плоскости коррекции. Далее подключают другой вибродатчик и повторяют описанный способ для другой плоскости коррекции.

Использование предложенного способа позволяет повысить точность измерения амплитуды и угла дисбаланса в условиях сильных вибропомех и упростить его аппаратурную реализацию.

Формула изобретения

Способ определения величины и угла дисбаланса путем обработки вибросигнала вращающейся детали, включающий измерение периода вращения, отличающийся тем, что делят период вращения на n фазовых значений относительно начальной фазы цикла, суммируют синфазные значения вибросигнала за m периодов, выделяют периодическую составляющую вибросигнала как функцию угла поворота вращающейся детали относительно начальной фазы, осуществляют Фурье-преобразование периодической составляющей и определяют амплитуду и фазу первой гармоники, по которым судят о величине и угле дисбаланса.

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 10.05.2005        БИ: 13/2005