典型测试技术设计实例汇总.pptx

内容内容 1.塔式起重机结构强度测试2.无心磨削的工件棱圆度精密检测3.高速机车轴温测试系统4.润滑油膜厚度检测5.缝纫机噪声源测试分析6.旋转机械故障监测诊断网络化系统重点：掌握一些掌握一些实际的的测试技技术，对测试系系统的的设计有一个基本的概念，学会分析方法与有一个基本的概念，学会分析方法与设计思路思路 第1页/共62页测试系统的设计涉及p明确明确测试任任务p制定制定测试方案方案p选择传感器感器p设计后后续测试系系统p相相应的的软件件设计与与编制制p测试系系统效能分析效能分析回顾回顾第2页/共62页测试对象10.1塔式起重机结构强度测试第3页/共62页测试任任务对新新设计的某型号塔式起重机的某型号塔式起重机样机机进行行强度度检测目的目的F通通过测试来来验证理理论计算算，为产品的品的进一步改一步改进提供依据提供依据F对样机机提出提出评价意价意见，作，作为新新产品品鉴定的依据定的依据分析分析：F 静、静、动态应变测量量，接触，接触测量量F 多点多点测量，精度一般量，精度一般 测试方案方案F依据原始依据原始设计资料，料，选择在在应力力应变最大最大处粘粘贴应变片片进行行测量量F根据相关根据相关标准准进行行测量量 GB/T17807-1999塔式起重机结构试验方法10.1塔式起重机结构强度测试强度检测判断最大应力是否大于许用应力任务：在不同工况、不同截面测量静态及动态应力进行判断问题归结于测量最危险截面的静态与动态应变第4页/共62页 传感器感器金属金属电阻阻应变片片?半半导体体应变片？片？测点多，希望点多，希望传感器一致性好，因此感器一致性好，因此选择金属金属电阻阻应变片片 测量系量系统由于由于电阻阻应变片的片的应变相相对变化很小，因此必化很小，因此必须由由电桥和放大器构成和放大器构成专门的的仪器器进行行测量，量，该类仪器就是器就是电阻阻应变仪。10.1塔式起重机结构强度测试选择传感器及后续测试系统选择传感器及后续测试系统第5页/共62页测量方法：静静态测量量采用采用静静态应变仪，零零读数法数法，根据，根据调零零时调节量量计算被算被测量。量。由于有多个由于有多个测点，而静点，而静态电阻阻应变仪每次只能每次只能测量一个点，故量一个点，故对于多点于多点测量通常配用量通常配用预调平衡箱，平衡箱，利用外加利用外加电阻阻对电桥调平衡平衡，以便于与静以便于与静态应变仪连接接 动态测量量采用采用动态应变仪，直接直接读数法数法，根据，根据读数确定被数确定被测量。量。由于直接由于直接读数，不需要配用数，不需要配用预调平衡箱，直接与平衡箱，直接与应变仪连接，接，使用光使用光线示波器作示波器作为动态应变记录装置装置10.1塔式起重机结构强度测试静态应力测试系统框图静态应力测试系统框图 动态应力测试系统框图动态应力测试系统框图 第6页/共62页应变分析：分析：应变片片应粘粘贴在在最大最大应变位置位置10.1塔式起重机结构强度测试矩形断面应力分布应力分布规律：a受力包括：拉压、弯曲、扭转但断面上通常只有两种应力：正应力、剪应力b断面角点处只有正应力，而无剪应力。正应力的最大值出现在角点处,即为主应力。c剪应力的分布形式根据其断面形状不同而不同，一般来说，最大剪应力产生在中性轴处。第7页/共62页10.1塔式起重机结构强度测试贴片位置及方向：1）断面正应力布点：角点法在断面角点处、沿构件的棱线方向贴应变片。2）断面上平面应力状态的布点：由于板件相交处（非900相交）不但有较大正应力，也有较大的剪切应力，一般应用应变花测量主应力。第8页/共62页测点布置点布置10.1塔式起重机结构强度测试测量系统共布置了20个测点 其中：其中：1、10、15、16点测动态应力；点测动态应力；其余测静态应力。其余测静态应力。第9页/共62页测试条件假假设条件：条件：各工况皆是各工况皆是处于于空空钩离地状离地状态时进行行仪器器调零零；测试数据数据为吊重吊重引起的引起的应力，不包括自重和力，不包括自重和风阻阻应力力环境条件：境条件：测试温度温度1025，湿度，湿度50%70%，风力力1级测试步骤检查和和调整整试验样机机粘粘贴应变片并干燥、密封、片并干燥、密封、检查绝缘接好接好应变测试系系统，调试仪器，合理器，合理选择灵敏度，消除不正常灵敏度，消除不正常现象象取空取空载状状态作作为初始状初始状态，将，将应变仪调零零按照按照测试工况，分工况，分别测试各种情况下的最大各种情况下的最大应力力10.1塔式起重机结构强度测试第10页/共62页测试工况：工况：测试中中选取了不同起重重量、不同取了不同起重重量、不同变幅幅度、不同方位角幅幅度、不同方位角进行行组合合变化，分化，分别测试各种工况下最大各种工况下最大应力力10.1塔式起重机结构强度测试工况序号工况序号R距离距离Q吊重吊重测试点测试点备注备注110m29.4kN0120额定载荷额定载荷210m29.4kN45120额定载荷额定载荷310m36.75kN0120超载超载25%410m36.75kN45120超载超载25%518m17.15kN0120额定载荷额定载荷618m17.15kN45120额定载荷额定载荷718m21.4kN0120超载超载25%818m21.4kN45120超载超载25%933m9.8kN0120额定载荷额定载荷1033m9.8kN45120额定载荷额定载荷1133m12.3kN0120超载超载25%1233m12.3kN45120超载超载25%Q：起重量R：距离吊点到塔机回转中心的距离：起重臂与塔身之间的方位角。第11页/共62页数据处理与结果分析静静态（16个个测点）：相同点）：相同试验条件下条件下多次多次测量取平均量取平均值动态（4个个测点）：用光点）：用光线示波器示波器记录动态应变曲曲线,确定最大确定最大应力、平均力、平均应力、力、动载系数。系数。10.1塔式起重机结构强度测试最后撰写测试报告，并进行必要技术经济分析。1）单向向应力状力状态下的下的应力力计算算 2）平面）平面应力状力状态的的应力力计算算3）与）与设计指指标比比较第12页/共62页10.2无心磨削的工件棱圆度精密检测 特点：加工自动定位3点定位点定位 导轮的摩擦力的摩擦力带动工件旋工件旋转 导轮的摩擦力和的摩擦力和砂砂轮的切的切削力使工件支撑在削力使工件支撑在托架托架上上进行行自自动定心定心，实现砂砂轮对工件外工件外圆的的连续加工加工等直径加工等直径加工砂轮导轮工件托架三棱三棱圆问题问题：回回转中心中心动态不不稳定性定性造成工件外造成工件外圆形状形状为棱棱圆问题一般一般为低次的低次的3、5、7次奇数棱次奇数棱圆和高次的和高次的12、14、16次偶数棱次偶数棱圆,常常见为三棱三棱圆测试对象测试对象传动轴无心复合磨削 第13页/共62页2、无心磨削的工件棱圆度精密检测 测试任务棱棱圆的的棱数棱数和和棱棱圆度度检测测量精度达到微米量精度达到微米级实现量化分析和量化分析和评估估测试方案1）测量棱量棱圆直径直径工件外工件外圆测量常量常规方法方法等分棱等分棱圆角度，角度，测量出相量出相应的直径数的直径数值希望希望经数据数据处理理获得棱得棱圆的棱数和的棱数和圆度度误差差 由于由于棱棱圆的各个方向直径在加工的各个方向直径在加工过程中是被程中是被保保证的，因此，的，因此，直径直径测量无法反映棱量无法反映棱圆形状。形状。2）测量棱量棱圆半径半径由于外由于外圆表面到表面到圆心的距离不同，所以心的距离不同，所以测量棱量棱圆各个方向的外各个方向的外圆表面到表面到圆心的距离可心的距离可以以获得得棱棱圆度度第14页/共62页2、无心磨削的工件棱圆度精密检测 采取采取测量棱量棱圆半径半径测试方案测量系量系统组成成回回转工作台：以工作台：以实现工件的回工件的回转，中心不，中心不变位移位移测量量传感器：感器：测量外量外圆位移的位移的动态数数值位移位移传感器的感器的调理装置理装置信号信号处理和理和显示装置示装置 传感器传感器工件工件信号调理信号处理显示回转台回转台第15页/共62页2、无心磨削的工件棱圆度精密检测 选择传感器考虑问题精度：精度：为了保了保证磨削加工的工件磨削加工的工件测量精度量精度为微米微米级，必，必须选用用高精高精度的位移度的位移传感器感器量程：量程：由于是磨削加工，外由于是磨削加工，外圆形状形状误差不会很大，差不会很大，小量程小量程可可满足足测量要求量要求测量方式：量方式：不是在不是在线控制，因此可确定控制，因此可确定为离离线方式方式频响特性响特性 工作台工作台低速回低速回转下下测量即可，量即可，传感器的感器的频响特性不需要很高响特性不需要很高接触方式：接触方式：测量方式量方式可可选用接触或非接触方式用接触或非接触方式成本成本问题：尽可能减小尽可能减小第16页/共62页2、无心磨削的工件棱圆度精密检测 传感器选择变间距距电容容传感器？感器？电涡流流传感器？感器？电感感传感器？感器？变间距距电容容传感器感器优点：点：测量精度高，灵敏度高，响量精度高，灵敏度高，响应速度快，能抵抗高温、速度快，能抵抗高温、振振动和潮湿，特和潮湿，特别适用于适用于恶劣劣环境中作非接触境中作非接触测量，适量，适应于于测位移小量程位移小量程缺点：缺点：测量量电路路较为复复杂，一般采用，一般采用调幅幅电路或路或调频电路，路，后后续调理理电路相路相对复复杂，增加了系增加了系统复复杂性性电涡流流传感器感器优点：点：具有灵敏度高、响具有灵敏度高、响应快速、非接触快速、非接触测量的特点量的特点缺点：缺点：常常规类型量程型量程12mm，从，从实际应用来用来讲，其精度不，其精度不足；如足；如选用高精度型，其量程用高精度型，其量程为250um，分辨率，分辨率0.01um，但但这种种类型型成本成本较高高。第17页/共62页2、无心磨削的工件棱圆度精密检测 传感器选择差差动变压器位移器位移传感器感器能提供所需的准确度、精度和可靠性能提供所需的准确度、精度和可靠性，尽管，尽管为接触式接触式测量，但考量，但考虑作作为研究使用，棱研究使用，棱圆测量的工作量不大，而且量的工作量不大，而且该测量量传感器已成功感器已成功应用于用于圆度度仪作作为测量量头.圆度度仪差差动变压器位移器位移传感器感器因此，选用差因此，选用差动变压器位移动变压器位移传感器传感器第18页/共62页2、无心磨削的工件棱圆度精密检测 信号处理方法的选择棱棱圆的棱数的棱数为工件回工件回转一周位移波一周位移波动的周期数，棱的周期数，棱圆度度为波波动的幅度。的幅度。由由位移数据波位移数据波动的的频率率与与工件回工件回转频率率的倍数可确定棱的倍数可确定棱圆的棱的棱数。数。数据数据处理可采取理可采取频域域谱分析方法分析方法：数据采集方便，：数据采集方便，频率分辨率分辨率率高，高，应用方便。用方便。1X为工件回转频率，3X的频率为棱圆为三棱圆、其幅值的大小表现了棱圆度 典型棱圆典型棱圆幅值谱幅值谱第19页/共62页2、无心磨削的工件棱圆度精密检测 测试系统的设计与分析 棱圆测量系统基本框图 采用虚采用虚拟仪器器 信号采集信号采集 数据分析和数据分析和处理理 结果果输出出 图形用形用户操作界面操作界面所有所有软硬件均硬件均为市售市售产品，此方案品，此方案简单易行。易行。变压器器传感器感器电感式感式测微微仪数据采集卡数据采集卡PC主机主机第20页/共62页任务描述温度测试背景背景高速、重高速、重载发展展支承支承轴承承发热增多增多轴承磨承磨损和和产生缺陷生缺陷不正常不正常发热增大增大重要性重要性轴承温度升高，承温度升高，轻则热轴、固死造成机、固死造成机损，影响机，影响机车正常运正常运转；重；重则造成疲造成疲劳破坏和破坏和热切切轴，车毁人亡人亡测试任任务在在线监测高速机高速机车的的轴箱箱轴承、承、牵引引电机机轴承、抱承、抱轴箱箱轴承承及空心及空心轴承承处的温度的温度在控制室在控制室实时显示示各各测点的点的实际温度，温度，进行行声光声光报警警和定位和定位指示指示数据存数据存储，随，随时调用用3、高速机、高速机车轴温温测试系系统 测试系统本身的可靠性最关键！测试系统本身的可靠性最关键！第21页/共62页测试要求主要技主要技术参数参数测温范温范围：-55+125测温精度：温精度：1（085）测温点数：温点数：38点（可根据不同点（可根据不同车型而增减）型而增减）报警温度：警温度：绝对温度（温度（75）和相）和相对温度（温度（环境温度境温度+55）供供电电压：110VDC(波波动范范围：65-140VDC)；功耗小于；功耗小于15W 其他要求其他要求抗干抗干扰能力能力强、适、适应恶劣的工作劣的工作环境、境、稳定可靠工作定可靠工作有完善的自有完善的自检功能功能数据自数据自动存存储和和查询防防尘防水防水3、高速机、高速机车轴温温测试系系统 第22页/共62页测试方案 实时在在线检测温度，抗干温度，抗干扰能力能力强传感器的选择半半导体温度体温度传感器？感器？红外外监测仪？数字温度？数字温度传感器？感器？1）半）半导体体PN结温度温度传感器感器测量量误差大差大。PN结温度温度传感器容易老化、失效感器容易老化、失效传感器的感器的互互换性差，性差，需定期需定期标定，工作量大定，工作量大两两线制使制使测点到点到仪表的引表的引线较长，引，引线误差差较大大连线多，多，环节多，每个多，每个测点到点到仪表均需表均需连线、均需放大、均需放大调理，使理，使结构复构复杂传输弱小的模弱小的模拟信号，信号，抗干抗干扰能力弱能力弱，测量量结果的果的稳定性定性和可靠性差和可靠性差2）地面）地面红外外线机机车轴温温检测仪只能在机只能在机车通通过监测点点时监测轴箱箱轴承承无法全程无法全程监测不能不能监测牵引引电机机轴承和抱承和抱轴承温度承温度3、高速机、高速机车轴温温测试系系统 热电偶是否可以克服这些缺点？第23页/共62页 可可见，传统的的模模拟型温度型温度传感器精度低感器精度低、抗干、抗干扰能力差。能力差。3）数字式温度数字式温度传感器（感器（DS1820温度温度传感器芯片）感器芯片）原理：原理：内部内部计数器数器对一个一个受温度影响的振受温度影响的振荡器器的脉冲的脉冲计数。数。将温度信号直接将温度信号直接转变为数字信号数字信号。特征：特征：无需外无需外围器件，用器件，用9位二位二进制制数字量形式数字量形式输出温度出温度值温度温度测量范量范围：-55-125，分辨率，分辨率为0.5将温度将温度转换为数字量的数字量的时间小于小于200ms采用串行采用串行单总线结构构传输数据，即数据，即仅用一根数据用一根数据线接收命接收命令和令和传送数据送数据测温温误差：差：1用用户可自定可自定义永久的永久的报警温度警温度设置置适合于工适合于工业现场的温度的温度监测和控制，和控制，抗干抗干扰能力能力强，能适，能适应恶劣的工劣的工业环境，境，工作工作稳定可靠定可靠优势：外外围电路路简单、精度高、精度高、对电源要求不高、抗干源要求不高、抗干扰能力能力强。3、高速机、高速机车轴温温测试系系统 因此，选用数字式温度传感器因此，选用数字式温度传感器第24页/共62页数据处理方案：检测计算机系算机系统的的选择工工业控制控制计算机算机优点：点：功能功能强大、运算速度快、大、运算速度快、编程方便（采用高程方便（采用高级计算机算机语言）、通用言）、通用性性强缺点：缺点：体体积较大，价格也大，价格也较高高，常用于参量，常用于参量类型和数目型和数目较多、要求运算速多、要求运算速度快的度快的监测和控制任和控制任务单片片计算机算机优点：点：结构构简单、价格低廉、功能相、价格低廉、功能相对简单缺点：缺点：运行速度运行速度较慢和数据慢和数据处理能力理能力较弱，弱，常用于参量常用于参量类型和数目型和数目较少、少、要求运算速度不高、要求运算速度不高、显示界面示界面简单的小型的小型监测和控制任和控制任务，其最典型的，其最典型的应用是自用是自动（智能）（智能）监测仪表。表。ARM板的嵌入式板的嵌入式计算机算机 功能、速度、体功能、速度、体积、价格、价格均介于工均介于工业控制控制计算机和比算机和比单片片计算机之算机之间从成本、体积、计算性能要求等方面考虑，选择从成本、体积、计算性能要求等方面考虑，选择单片机。单片机。3、高速机、高速机车轴温温测试系系统 第25页/共62页测试系统的设计系系统硬件构成硬件构成图数据数据传输：串行串行单总线结构构，为了提高数据了提高数据传输的可靠性和的可靠性和节省省连线，将两根，将两根单总线连接成接成环形，所有形，所有传感器感器连接在接在环形形总线上；只有一根上；只有一根单总线处于工作状于工作状态。3、高速机、高速机车轴温温测试系系统 第26页/共62页测试系统的设计软件设计程序核心是主机与程序核心是主机与传感器的感器的单总线串行通信串行通信抗干扰设计（强干扰源多、电磁辐射严重）系系统电源抗干源抗干扰：输入端加入端加滤波器波器磁磁环吸收（吸收（拟制高制高频）系系统主板抗干主板抗干扰：F加粗加粗电源源线和地和地线F地地线有效接地有效接地F机壳屏蔽机壳屏蔽F主主电路板与路板与电源源间加屏加屏蔽蔽钢板板软件抗干件抗干扰：自自动复位能力复位能力对于受到干于受到干扰的数据多次的数据多次测量量3、高速机、高速机车轴温温测试系系统 第27页/共62页测试任务：背景背景对于于在在高高速速、重重载、高高温温条条件件下下工工作作的的机机器器，摩摩擦擦、磨磨损是是其其发生故障的最主要原因生故障的最主要原因润滑滑是是减减少少摩摩擦擦与与磨磨损的的简便便而而有效的方法有效的方法轴承承的的有有效效润滑滑必必须满足足最最小小油油膜厚度膜厚度处轴承两表面不直接接触承两表面不直接接触任任务对摩摩擦擦副副间微微小小区区域域内内的的动压滑滑动轴承承的的油油膜膜厚厚度度（一一般般2.5m以上）以上）进行直接行直接测量量监测油膜的工作状油膜的工作状态4、润滑油膜厚度滑油膜厚度检测第28页/共62页测试方案：在线？离线？1 1）电阻法）电阻法 利利用用金金属属与与润润滑滑油油导导电电性性相相差差悬悬殊殊通通过过测测量量油油膜膜的的电电阻阻大大小小来来判断轴承是否发生接触判断轴承是否发生接触 优点：优点：简单易行简单易行 缺点：缺点：电阻标定困难，难以定量油膜厚度电阻标定困难，难以定量油膜厚度 2 2）电容）电容法法 当当润润滑滑油油的的介介电电常常数数已已知知，根根据据电电容容值值随随油油膜膜的的厚厚度度增增大大而而降降低的变化关系测得油膜厚度低的变化关系测得油膜厚度 优点优点：可以准确地计算出油膜厚度可以准确地计算出油膜厚度 缺缺点点：油油膜膜较较小小时时容容易易发发生生电电击击穿穿、建建立立电电容容值值与与油油膜膜厚厚度度关系比较困难关系比较困难 4、润滑油膜厚度滑油膜厚度检测第29页/共62页3）光干涉法）光干涉法 利利用用两两相相干干光光相相遇遇发生生干干涉涉现象象，在在油油膜膜厚厚度度发生生变化化时，明暗明暗条条纹发生生变化来化来测量。量。优点：点：测量精度由相干光波量精度由相干光波长决定，可决定，可实现纳米米级厚度厚度测量量 缺点：缺点：由于采用玻璃而使由于采用玻璃而使载荷速度受限、荷速度受限、标定困定困难 4)激光衍射法：激光衍射法：激激光光束束通通过缝隙隙时，由由于于衍衍射射现象象将将在在屏屏幕幕上上出出现条条纹,测量衍射条量衍射条纹的的宽度即可算出度即可算出缝隙的隙的宽度度.主主要要困困难是是所所测缝隙隙的的下下限限值较大大。例例如如对于于功功率率为1mW的的激激光光器器，若若缝隙隙小小于于7.62m时，屏屏幕幕上上的的条条纹就就模模糊糊。因因此此要要测量量较窄的窄的缝隙得采用更大功率的激光器隙得采用更大功率的激光器 4、润滑油膜厚度滑油膜厚度检测第30页/共62页5）电涡流法流法 利用利用电涡流效流效应测量油膜厚度量油膜厚度 优点：点：结构构简单、测量精度高、灵敏度高量精度高、灵敏度高 缺点：缺点：容易受容易受强电场、强磁磁场的干的干扰6）光）光纤检测法法光光纤位移位移传感器感器 光光纤传感感器器具具有有灵灵敏敏度度高高、频带宽、测量量范范围大大、抗抗干干扰性性强、体体积小小、可可弯弯曲曲、极极易易接接近近被被测对象象、耐耐高高压、耐腐耐腐蚀、可非接触、可非接触测量。量。4、润滑油膜厚度滑油膜厚度检测因此，选择光纤传感器。因此，选择光纤传感器。第31页/共62页 假假设:T=tan,根据几何关系易得根据几何关系易得故故输出光出光纤接受的光功率接受的光功率PO与入射光功率与入射光功率Pi之比之比为因此，我因此，我们可以根据可以根据检测到的光到的光强信号推演出被信号推演出被测距离的大小。距离的大小。4、润滑油膜厚度滑油膜厚度检测n 利用线性近似法进行计算，几何分析即可给出输出光纤端面受光锥照射的表面所占的百分比为n光纤传感器设计：采用反射式强度调制光纤位移传感器（传光型）输出光纤的光功率取决于光纤端部与反射部件之间的距离d。第32页/共62页光光纤位移位移传感器的安装感器的安装 在在滑滑动轴承承的的轴颈上上贴一一块反反射射纸，在在轴瓦瓦上上安安装装两两根根光光纤。两两根根光光纤测量端的端面量端的端面对齐固定在固定在轴瓦上。瓦上。输入入光光纤的的另另一一端端对准准激激光光光光源源，输出出光光纤的的另另一一端端则对准准光光电二二极管。极管。光光电二二极极管管输出出的的信信号号进入入后后续处理装置理装置4、润滑油膜厚度滑油膜厚度检测安装示意安装示意图第33页/共62页p光源及后光源及后续测量系量系统选择光源光源激光光源激光光源为氦氦氖激光灯激光灯光光电信号采集系信号采集系统由由电路板路板组成：成：光光电二极管运算放大器二极管运算放大器芯片芯片直接直接输出出电压，输出出电压与芯片接受到的光功率成正比与芯片接受到的光功率成正比p系系统分析分析 解解决决了了其其他他方方法法无无法法消消除除的的电磁磁干干扰、使使用用寿寿命命短短、不不耐耐高温、不耐腐高温、不耐腐蚀等等问题,可可实现油膜厚度的精密油膜厚度的精密检测。4、润滑油膜厚度滑油膜厚度检测第34页/共62页噪声测量实例缝纫机噪声测量5、缝纫机噪声源测试分析第35页/共62页测试任务测试目的目的 对某某型型号号缝纫机机噪噪声声进行行测试，寻找找噪噪声声源源，从从而而为降降低低其噪声水平、提高其噪声水平、提高产品品质量提供依据量提供依据.任任务分析分析缝纫机机噪噪声声主主要要是是由由结构构振振动产生生，因因此此，需需同同时测量量噪噪声声与与振振动测量参数量参数测量不同量不同转速下的噪声及振速下的噪声及振动水平水平（了解噪声源大小了解噪声源大小）测量噪声及振量噪声及振动的的频谱（判断噪声由哪部分振判断噪声由哪部分振动引起引起）采取分步运采取分步运转方法方法测量量各部件各部件的振的振动（找出振找出振动的主要原因的主要原因）5、缝纫机噪声源测试分析第36页/共62页测量方案及传感器噪声噪声测量方案量方案可可选方案：声方案：声压级？声？声强级？声功率？声功率级？声声压级测量：量：声声级计测量，量，简单、直接、直接声声强级测量：量：可可获得噪声指向性，需要得噪声指向性，需要专用声用声强测量系量系统，价格昂，价格昂贵本任本任务无需了解噪声指向，故不需无需了解噪声指向，故不需测声声强声功率声功率测量：量：可可获得客得客观的的设备噪声大小，噪声大小，间接接测量，量，较麻麻烦 本本任任务是是寻找找噪噪声声源源，只只需需相相对测量量即即可可，故故不不需需测声功率声功率综合分析，决定采用声合分析，决定采用声级计测声声压级测量条件：在半消声室或开量条件：在半消声室或开阔空空间测量方法：依据量方法：依据行行业标准准测量量测量部位：与量部位：与针板平面板平面450方向、方向、450mm位置位置处5、缝纫机噪声源测试分析第37页/共62页测量方案及传感器振振动测量方案量方案可可选方案：接触方案：接触测量？非接触量？非接触测量？量？接触接触测量：量：简单、测量信噪比大、量信噪比大、对旋旋转机械存在磨机械存在磨损 非接触非接触测量：量：不存在磨不存在磨损、但安装、但安装较麻麻烦主要主要测量机壳振量机壳振动，采用接触式，采用接触式测量方便量方便可可选传感器：感器：速度速度传感器、加速度感器、加速度传感器感器 速度速度传感器：感器：磁磁电传感器（体感器（体积大，大，频率范率范围小）小）加速度加速度传感器：感器：压电传感器（体感器（体积小，小，频率范率范围宽，使用方便），使用方便）综合分析后，采用加速度合分析后，采用加速度传感器感器（两次两次积分后可分后可获得位移）得位移）测量方法：依据量方法：依据行行业标准准测量量测量部位：量部位：缝纫机机针板上送布牙的右板上送布牙的右侧、垂直于底板、垂直于底板5、缝纫机噪声源测试分析第38页/共62页测量结果及分析1）噪声及振）噪声及振动与与转速的关系速的关系因此，工作因此，工作频率有可能激起率有可能激起结构固有构固有频率率发生共振。生共振。5、缝纫机噪声源测试分析缝纫机在不同转速下的缝纫机在不同转速下的振动振动位移位移缝纫机在不同转速下的缝纫机在不同转速下的噪声噪声级级第39页/共62页测量结果及分析2）噪声与振）噪声与振动的的频谱分析（分析（给定定转速：最高速：最高转速速90%）振振动表表现出出明明显的的谐波波特特性性，峰峰值主主要要出出现在在主主轴回回转频率率73.3Hz及二倍及二倍频上（上（146.5Hz）工工频及及二倍工二倍工频振振动实际上就是由上就是由缝纫机运机运动部件的部件的动不平衡引起不平衡引起噪声也在二倍噪声也在二倍频处出出现峰峰值，说明噪声与振明噪声与振动有有联系系因此，因此，设法改法改进运运动部件的部件的动平衡是减小振平衡是减小振动与噪声的关与噪声的关键5、缝纫机噪声源测试分析73.3Hz146.5Hz振动振动加速度信号幅值谱加速度信号幅值谱噪声噪声声压信号幅值谱声压信号幅值谱146.5Hz517.6Hz第40页/共62页测量结果及分析3）相干分析）相干分析不同不同频率下振率下振动与噪声的相关程度与噪声的相关程度分析分析结果果噪声与噪声与针板的振板的振动有很大的相关程度，在有很大的相关程度，在73.3Hz及及146.5Hz处相相干系数达到了干系数达到了0.996及及0.997，因此，降噪，因此，降噪应从抑制机壳表面振从抑制机壳表面振动入手入手5、缝纫机噪声源测试分析声振相干函数图（声振相干函数图（4500rpm4500rpm）第41页/共62页5、缝纫机噪声源测试分析测量结果及分析4）分步运）分步运转试验找出哪一个部件是主要激励源找出哪一个部件是主要激励源分析分析结果：果：针刺挑刺挑线机构是机构是缝纫机运机运转时最主要的激励源，最主要的激励源，应对该机构机构进行行动平衡平衡 分部运行状态分部运行状态工频（工频（X）对应）对应加速度幅值加速度幅值二倍工频（二倍工频（2X）对）对应加速度幅值应加速度幅值加速度均方根值加速度均方根值整机整机164.3213.9278.5单独去旋梭单独去旋梭147.9193.4261.6去旋梭，断抬牙、送布轴去旋梭，断抬牙、送布轴141.7181.6239.4单独去针刺挑线机构单独去针刺挑线机构147.521.4152.0去针刺挑线机构、旋梭去针刺挑线机构、旋梭148.89.0148.3去针刺挑线机构、旋梭，去针刺挑线机构、旋梭，断抬牙、送布轴断抬牙、送布轴141.81.98134.0第42页/共62页5、缝纫机噪声源测试分析曲柄优化前后曲柄优化前后GC6610与与GC6150不不同转速下的噪声比较同转速下的噪声比较 GC6150修改前后在不同转速下的修改前后在不同转速下的振动振动 通过理论计算及实际中对零件设计的要求，对曲柄进行了重新设计及改进，改进后测试结果如下。可见：通过测量准确找到了噪声源，结构改进后达到了预期目的。可见：通过测量准确找到了噪声源，结构改进后达到了预期目的。此次测试任务采用通用仪器，可以满足技术经济要求。此次测试任务采用通用仪器，可以满足技术经济要求。第43页/共62页测试对象重大设备 p流程工业的核心发电机压缩机风机6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统第44页/共62页背景 p一旦发生事故，损失惨重，直接经济损失至少在几十万元以上 秦岭200MW 5号汽轮发电机组特大事故（1988）轴系系7处、轴体体5处发生断裂，共断生断裂，共断为13段，主机基本段，主机基本毁坏坏由由油膜失油膜失稳开始的，突开始的，突发性、性、综合性合性强烈振烈振动造成的造成的轴系系严重破坏重破坏没有没有监测数据数据整个机整个机组解体，解体，损失惨重失惨重乌石化热电厂3号汽轮发电机组特大事故（1999）汽汽轮机超速机超速飞车至至4500rpm 发电机及机机及机组系系统着火着火设备直接直接经济损失失1916万元万元 6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统第45页/共62页p两种维修模式：计划维修与状态维修计划维修 设备不分状态好坏，一律执行计划维修，对设备大面积拆装有些有些还可以使用的零部件被提前更可以使用的零部件被提前更换有些部件在拆卸有些部件在拆卸过程中被程中被损坏坏原来磨合得很好的部件又被重新装配原来磨合得很好的部件又被重新装配状态维修 以设备状态作为维修的出发点，有针对性的纠正设备非正常状态 各个部件的使用寿命充分利用各个部件的使用寿命充分利用 依靠依靠对设备进行行测试、检查和和诊断来掌握其运行状断来掌握其运行状态 6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统目标：由计划维修转为状态维修 第46页/共62页测试系系统设计任任务：基基于于国国内内外外网网络化化设备状状态远程程监测、故故障障诊断断与与服服务系系统的的技技术发展展现状状及及趋势，以以大大型型关关键设备为对象象，开开发出出先先进适适用用的的网网络化化设备状状态远程程监测与故障与故障诊断系断系统 设计目的目的保障保障设备的的长周期安全、高效运周期安全、高效运行：及行：及时、准确地反映、准确地反映设备的的运运行状行状态；捕捉捕捉设备的运行的运行隐患患、确、确诊设备的的 故障故障类型与部位型与部位，达到：，达到：消除灾消除灾难故障故障 避免避免严重故障重故障减少一般故障减少一般故障预测设备状状态的未来的未来发展展变化化趋势、指指导机机组预知知维修修建立完整的建立完整的设备运行状运行状态信息，信息，支持机支持机组的更新的更新换代代6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统第47页/共62页具体目具体目标：1）充充分分利利用用信信息息网网络，实现旋旋转设备状状态信信息息采采集集、存存储、传输、分析和共享、分析和共享等的高度等的高度协调和和统一一2）系）系统可靠性高、可靠性高、实时处理能力理能力强的的采集和采集和监测硬件平台硬件平台3）图形化形化语言的言的设备网网络监测诊断分析断分析软件系件系统测试内容内容实时采集机采集机组关关键参数：振参数：振动、转速、工速、工艺信号信号调理理特征提取、特征提取、进行机行机组状状态监测提供分析提供分析诊断的各种工具断的各种工具评估机估机组运行的性能状运行的性能状态机机组数据存数据存储6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统第48页/共62页测试方案 p原原则：网网络化：化：远程、分布式程、分布式监测；异地托管；异地托管专业化：化：产品厂家参与、品厂家参与、专业机构参与机构参与标准化：信息准化：信息标准化、分析模准化、分析模块标准化准化p方案：方案：利用信息网利用信息网络，实现旋旋转设备状状态信息采集、存信息采集、存储、传输、分、分析和共享等析和共享等p指指标：振振动：快：快变信号，信号，0150m5、带宽05kHz转速：脉冲信号，速：脉冲信号，012000rpm工工艺（温度、（温度、压力）：慢力）：慢变信号，信号，05V0.56 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统第49页/共62页传感器选择 p振动转子振动：非接触式 涡流传感器、激光传感器 机壳振动：接触式 速度/加速度传感器p转速：转轴转速：非接触式：涡流传感器、光电传感器推荐传感器振动、转速涡流传感器精度、成本适中非接触测试、可靠稳定安装容易机壳振动加速度传感器使用方便安装容易6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统加速度计：灵敏度：100mV/g 量程：50g 频率范围：0.5-8000Hz（10%)安装谐振点:30kHz 分辨率：0.0002g 重量：8gm 线性：1%输出偏压：8-12VDC 恒定电流：2-20mA输出阻抗：150 激励电压：18-30VDC涡流传感器：探头直径（mm）8量程（mm）2 灵敏度（v/mm）8频率响应（KHz）05 温漂（/FS）0.1 线性度误差（FS）2.0 第50页/共62页p工艺传感器温度：热电偶/热电阻压力：应变式信号调理：输出标准信号 05V、420mA输出阻抗 200 6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统STWB系列温度变送器STP压力变送器MHM-04B信号调理第51页/共62页测试部位推荐测点位置p振动每个支承面选择2个径向振动测点每段转子选择1个轴向位移点径向振动传感器互为90布置被测表面材质均匀6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统第52页/共62页p加速度机壳四角选择测点 （靠近支承面）垂直安装、钢柱螺栓连接p转速/鉴相鉴相槽 槽深1mm、宽l取决于转速、转子直径、探头直径 6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统可选测点第53页/共62页6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统网络化监测诊断系统方案：从功能上分从功能上分为三个部分：三个部分：网网络化的化的CPCI设备状状态监测单元元网网络数据数据库基于网基于网络的的监测诊断断软件平台件平台第54页/共62页6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统CPCICPCI采集监测单元监测硬件监测硬件硬件组成：成：CPCI主机箱主机箱零槽控制器零槽控制器 DSP采集采集处理模理模块 第55页/共62页pCPCICPCI采集监测单元监测软件软件环境Windows2000MS SQL数据库管理系统三层结构自适应采集模块设备数据管理模块网上组态和维护多自主数据库DSP数据库CPCI数据库企业数据库多种传输数据发布存库6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统第56页/共62页CPCI监测单元监测单元设备监测诊断系统设备监测诊断系统监测诊断平台开发平台 LabVIEW图形化形化编程程工具工具监测数据接收DataSocket：实现现场设备状状态数据的网数据的网络化化传输数据库访问ADO：访问企企业设备信信息数据息数据库中的中的历史史监测数据数据功能获取数据取数据监测分析分析诊断断6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统第57页/共62页p远程诊断以网络数据库为核心，进行历史监测数据的处理分析基本组成：数据查询、振动信号分析和报告生成多组数据综合分析CPCI设备监测单元企业数据库服务器网络化诊断系统诊断结论访问数据库 获取数据 6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统第58页/共62页p远程诊断诊断分析诊断分析稳态分析稳态分析（正常和报警）（正常和报警）6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统第59页/共62页p远程诊断6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统第60页/共62页第61页/共62页感谢您的观看！第62页/共62页