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基于虚拟仪器的不同程度转子不平衡实验研究 　　转子不平衡故障是旋转类机械设备最常见的故障， 转子部件质量不平衡时，会产生交变的力，交变力会激起转子系统的振动。因此，以振动信号为主体的故障诊断方法是转子不平衡故障振动中最有效、最直接的方法。 　　1 转子不平衡故障诊断系统结构及硬件组成 　　转子不平衡故障诊断系统整体总体上由硬件和软件共同组成，依托虚拟仪器技术实现的数据采集、分析和故障特征提取。硬件系统主要包括：加速度传感器、转速传感器、电荷放大器、数据采集卡、PC 等。 　　数据采集卡应具有功能采集信号、A/D 转换、计数器等功能，选用美国NI 公司的USB-6210 型数据采集卡，系统的工作流程为：由振动加速度传感器将振动信号采集振动信号，由光电转速计采集主轴的转速信号， 采用数据采集卡对信号进行采集并传输至计算机，应用基于LabVIEW 开发的配套软件对采集的数据进行记录、处理、分析。虚拟仪器技术将仪器的硬件测量与计算机强大的数据处理能力相结合， 实现了振动信号的实时采集、传输、分析处理、结果显示。 　　2 软件的设计与开发 　　故障诊断系统软件的开发平台选用LabVIEW 2011， 软件的主要功能包括数据采集、记录和数据处理分析两大功能。数据采集与记录是对数据卡进行初始化， 按照设定的模式工作并采集数据，并将采集到的数据存储在电脑硬盘上。数据处理分析软件通过信号处理方法对振动信号进行时域、频域和时频域的处理分析。 　　3 转子不平衡故障测试 　　3.1 旋转机械振动及故障试验平台及实验方案 　　选用旋转机械振动及故障试验平台进行转子不平衡实验，试验台由变速驱动电机、轴承、轴、偏重转盘、调速器等组成。偏重转盘上开有螺纹孔，孔间距为10deg;，通过改变转子系统偏重转盘的配重质量，可以模拟不同程度的转子不平衡故障。传感器的具体安装位置及通道编号如图3 所示。分别在偏重转盘上安装不同的偏心量， 模拟不同程度的转子不平衡故障。 　　3.2 转子不平衡故障试验测试 　　旋转机械振动及故障试验平台运行平稳后， 开启振动测试系统，设置采样频率为10kHz，分别的采集系统三种状态的振动信号，并对信号进行分析诊断。 　　从时域信号上观察， 转子系统正常工作状态下试验台运行比较平稳，振动信号的自相关图像衰减很快，不含有周期特征成分。转子不平衡故障发生时，振动台上各测点振动幅值较大，振动的幅值与不平衡质量成正比关系， 故障状态下0 通道信号含有明显的周期成分，并呈现正弦特征。采用db2 小波基对信号进行4 层小波分解，采用统一阈值方法计算信号阈值，软阈值处理方式信号，经过小波阈值去噪处理后，信号的高频噪声几乎全部被滤除，但仍保留了信号中较大的冲击成分，正弦信号的周期约为0.04s。 　　从信号的功率谱中可以看出， 转子系统正常工作时信号的功率谱幅值总体不大， 信号在2 通道和4 通道上600Hz、700Hz、1000Hz 上有小的尖峰，但尖峰极为不稳定，几个尖峰幅值的变化几乎同步，可以判定这些毛刺频率为同一振源激起，为干扰成分。转子系统出现故障时的信号在0、1、3、4 通道的信号在25Hz 左右有突出的峰值， 而此时转子系统的转速为1450r /min，对应的转频为24.2Hz，可判定为转频成分，而信号的倍频和信号的谐波成分并不明显。0 通道的转频特征最为明显，与配重质量块安装于靠近0 通道一侧的旋转圆盘的位置符合，振动幅度随转子系统配重质量增大而明显加大。信号的有效成分主要集中于中低频带，因此降低信号的采样频率至2.5kHz， 选用db2 小波基对设备正常状态的信号和转子不平衡故障状态下的信号进行3 层小波包分解，将信号在分析频率内分为8 个频带， 界面中1 代表频带的高频分解部分，0 对应频带的低频分解部分。000、001、010、011、100、101、110、111 分别对应于的0Hz～156.25Hz，156.25Hz～312.5Hz 等八个频段。正常运行状态和故障状态下的设备振动信号小波包分解与重构，并对小波包的分解后的频带能量进行监测，发现转子不平衡状态下信号0 通道在第一频带内含有bOh正弦成分， 此成分为时域信号中幅值调制的低频正弦，对信号的频带能量进行监测，对比正常状态和故障状态的频带能量， 发现当转子不平衡故障出现时，第一频带的能量明显升高，约占总能量的42%，对转子不平衡故障极为敏感。