自動(dòng)平衡控制簡(jiǎn)介

在現(xiàn)代大型企業(yè)(如電力、冶金、石化等等)中，許多旋轉(zhuǎn)機(jī)械是生產(chǎn)流程中的關(guān)鍵設(shè)備，它們能否平穩(wěn)運(yùn)行在很大程度上影響著企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。轉(zhuǎn)子振動(dòng)故障在這些旋轉(zhuǎn)設(shè)備上時(shí)有發(fā)生，引起轉(zhuǎn)子振動(dòng)的因素很多，其中最主要的是旋轉(zhuǎn)機(jī)械內(nèi)部的不平衡量。由不平衡引起的振動(dòng)則占有多數(shù)，據(jù)L. J. Everett調(diào)查約占80%。

旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)控制技術(shù)是一種典型的故障自愈技術(shù)，其研究?jī)?nèi)容主要集中于不平衡振動(dòng)控制方面。振動(dòng)主動(dòng)控制技術(shù)的核心部分在于平衡裝置、控制方法和振動(dòng)信號(hào)采集與處理的研究，下面對(duì)該類技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行論述。

影響系數(shù)法

早在1870年，Martinson就已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種平衡機(jī)。在這種平衡機(jī)上，“重點(diǎn)”是由手工標(biāo)出的。在較低的速度(低臨界轉(zhuǎn)速下)，由Jeffcott轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)分析可知“重點(diǎn)”與“高點(diǎn)”是一致的。

T. C. Rathbone是一個(gè)在西屋公司南費(fèi)城分公司從事大型發(fā)電機(jī)組工作的實(shí)驗(yàn)工程師，在其1929年的文章《汽輪機(jī)振動(dòng)與動(dòng)平衡》一文中，介紹了利用閃光觀測(cè)器研究一個(gè)重達(dá)50噸的轉(zhuǎn)子的振動(dòng)問(wèn)題。

在1934年，通用電氣公司的E.L. Thearle提出了一種基于線性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的雙平面半圖形的平衡過(guò)程。與Rathbone的實(shí)驗(yàn)迭代求解相比，Thearle這種方法得到的是一種解析解。

在1939年，J. G Baker和T. C. Rathbone在各自的文章中概述了Thearle的研究工作。J. G Bake:在其文章中介紹了利用一次僅影響一個(gè)軸承的成組試重集合研究振動(dòng)的方法，該方法應(yīng)用到了兩個(gè)軸承和三個(gè)軸承的系統(tǒng)，該文獻(xiàn)被認(rèn)為是影響系數(shù)法建立中的關(guān)鍵文獻(xiàn)。

在1932年，K.R. Hopkirk在其中給出我們所說(shuō)的影響系數(shù)法的定義原則。在1940年，K.R. Hopkirk在其文獻(xiàn)《Notes on methods of balancing》中提出了一中利用影響系數(shù)的雙平面動(dòng)平衡方法，該方法同我們影響系數(shù)方法一樣。

在1964年，T.P. Goodman介紹了利用最小二乘法的動(dòng)平衡方法，該方法極大的改進(jìn)了動(dòng)平衡技術(shù)。

基于不同的組合方式，A.G Parkinson, M.S. Darlow, A.J. Smalley, and R.H. Badgley在其研究了他們所謂的統(tǒng)一平衡方法。

在1972年，J. W Lund和J. Tonnesen在其中對(duì)每個(gè)平衡面利用兩次試重來(lái)識(shí)別和減少儀器誤差。

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)影響系數(shù)法也進(jìn)行了大量的研究工作，空軍工程大學(xué)鄧?yán)聿┑热酸槍?duì)平衡過(guò)程中影響系數(shù)法存在的殘余振動(dòng)量偏大、配重質(zhì)量受限等問(wèn)題，提出了3種改進(jìn)方法：即加權(quán)迭代最小二乘法、限制配重的最小二乘法和基于遺傳算法的最小二乘法，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。南京航空航天大學(xué)的章憬漩等人也對(duì)最小影響二乘系數(shù)法進(jìn)行改進(jìn)，研究了基于遺傳算法的最小二乘法，使平衡配重量和殘余振動(dòng)值均達(dá)到了優(yōu)化。重慶大學(xué)的凌建等人通過(guò)求轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的頻響函數(shù)獲得轉(zhuǎn)子的影響系數(shù)，并進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究。西安熱工研究院的寇勝利對(duì)柔性轉(zhuǎn)子采用影響系數(shù)法產(chǎn)生的病態(tài)方程進(jìn)行了研究，并提出了防止平衡過(guò)程中出現(xiàn)病態(tài)方程的方法。

模態(tài)法

K.P. Hopkirk在1932年中首次將受靜不平衡力P和力偶T引起的振動(dòng)歸為兩種模式，并給出了受諸如K₁P K₂T線性組合的激勵(lì)決定的臨界轉(zhuǎn)速公式。給出了在一端存在不平衡時(shí)，兩階轉(zhuǎn)子振動(dòng)的模態(tài)變化情況。

在1953年，L. P. Grobel在其中給出了一種從低階平衡轉(zhuǎn)子的模態(tài)方法。在1969年，J.R. Lindsey在其中詳細(xì)給出了利用靈敏度和高點(diǎn)數(shù)組和的靜力-力偶平衡試重方法。在六十年代，Lindsey給出的方法平衡了一百多個(gè)轉(zhuǎn)子。

在1959年，R.E.D. Bishop在其中提出了具有分布質(zhì)量和彈性的圓形轉(zhuǎn)子的振動(dòng)位移的幅值方程，同年，R.E.D. Bishop和G M. L. Gladwell介紹了模態(tài)動(dòng)平衡的內(nèi)涵。

1963年，A. G Parkinson、K.L. Jackson及R.E.D. Bishop進(jìn)一步討論了模態(tài)動(dòng)平衡的理論及在幾個(gè)細(xì)軸上的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。A.L.G Lindley和R.E.D. Bishop中討論在軸承剛度遠(yuǎn)大于軸剛度的120-SOOMW大型汽輪機(jī)上模態(tài)動(dòng)平衡法的應(yīng)用。

國(guó)內(nèi)方面，林寶根在1991年對(duì)汽輪機(jī)振型平衡方法進(jìn)行了研究，并分析了平衡修正面的選擇問(wèn)題;浙江大學(xué)賀世正等人在2000年對(duì)具有彈性支承懸臂高速轉(zhuǎn)子進(jìn)行振型分離平衡做了理論探討，并給出了滿足平衡一、二階振型在轉(zhuǎn)鼓上的加重比例；西安交通大學(xué)徐賓剛、屈梁生等人將全息譜技術(shù)引入振型平衡法上，實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)子前兩階陣型的平衡，并給出了減小平衡誤差的相應(yīng)對(duì)策。

僅用振幅的動(dòng)平衡法

在振動(dòng)測(cè)量的早期，很難精確得到一倍頻的相角。僅用振幅的動(dòng)平衡技術(shù)在那時(shí)出現(xiàn)，并且該技術(shù)一直應(yīng)用到今天。

在西屋電氣制造公司的研究部，GB.Karelitz使用三次試重來(lái)平衡發(fā)電機(jī)。這種圖形技術(shù)使用不平衡探測(cè)器來(lái)查找質(zhì)量不平衡;不平衡探測(cè)器包括四個(gè)透明帶，這些透明帶在一端的支點(diǎn)上連接在一起。該方法可使用于不同大小的試重。

F. Ribary提出了一種圖形化的構(gòu)思，即僅使用從系統(tǒng)的初始狀態(tài)和三次試重運(yùn)行獲得振動(dòng)幅度就能平衡系統(tǒng)。LJ. Somervaille大大簡(jiǎn)化了Ribary的圖形法。Somervaille的作圖法也被稱為無(wú)相位的四圓平衡法。普遍使用的四圈法可以在C. Jackson中找到。

只用振幅的平衡方法有以下的進(jìn)一步發(fā)展。K.R. Hopkirk提出只用振幅執(zhí)行兩個(gè)平面的精確點(diǎn)(或稱準(zhǔn)點(diǎn))平衡的分析解決方案;這種技術(shù)需要運(yùn)行七次。通過(guò)使用兩種模式的模態(tài)平衡試重，L.E. Barrett, D.F. Li和E. J. Gunter X改進(jìn)了K.R.Hopkirk的方法;通過(guò)三種模式的配重，E.J. Gunter, H. Springer和R.R. Humphris發(fā)展了使用無(wú)相位信息的模態(tài)平衡法平衡轉(zhuǎn)子。在沒(méi)有參考早期的相關(guān)發(fā)展情況下，L.J. Everett獨(dú)立地研究出了僅使用振幅的雙平面平衡法。

由于僅使用振幅的平衡方法需要多次的開(kāi)停車運(yùn)行，與影響系數(shù)法相比這種方法效率較低。此外，完成這樣一個(gè)平衡以后，沒(méi)有信息將有助于微調(diào)平衡或者在未來(lái)執(zhí)行的平衡。進(jìn)一步的修正平衡還需要四次起停車。

正如N.F.Rieger或者F.Ribary所描述的19世紀(jì)的一些早期平衡機(jī)可通過(guò)直接軸做標(biāo)記來(lái)獲取相位數(shù)據(jù)。C. Jackson介紹了一種獲取相位的方法，就是使用鉛筆標(biāo)記軸以及使用軌跡(Lissajous圖)分析；然后Jackson將轉(zhuǎn)子物理納入了平衡中，無(wú)論其高于、低于還是接近臨界速度。這種技術(shù)可能需要多次迭代以便找到一個(gè)解決方案，這需要依賴平衡從業(yè)人員的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。

K.R.Hopkirk姍究了一種雙平面平衡技術(shù)，該技術(shù)僅使用相位信息。Hopkirk的方法包括兩個(gè)平面的準(zhǔn)確平衡點(diǎn)，這種方法實(shí)施時(shí)需要五次起停車運(yùn)行(包含系統(tǒng)的初始狀態(tài))。LJ. Somervaille}39]提出一種僅使用相位信息的圖形化手段來(lái)解決一個(gè)光盤(pán) (單平面)的不平衡。

W C. Foiles和D.E. Bently研究了僅使用相位信息解決單平面和多平面平衡的解析解和圖形解方案;他們的解決方案通過(guò)使用部分信息，是一種改進(jìn)的影響系數(shù)法。沒(méi)有相位的單平面平衡需要三次試重，這種技術(shù)只使用兩次試重。僅用相位信息的單平面和多平面平衡方法都已被開(kāi)發(fā)。Foiles和B ently的文章允許使用大小不同的試重，提出解析法和圖形法解決單平面平衡(多平面影響系數(shù))的方法，同時(shí)作者將這種技術(shù)應(yīng)用于冷卻塔風(fēng)機(jī)上。Somervaille的單平面平衡圖形技術(shù)是更好地圖形方法。

線性規(guī)劃技術(shù)

1971年，美國(guó)弗吉尼亞大學(xué)的R.M. Little在其博士論文中第一次把動(dòng)平衡當(dāng)做一個(gè)受約束的優(yōu)化問(wèn)題來(lái)研究。1976年，R.M. Little和W D. Pilkey介紹了一種利用線性規(guī)劃的動(dòng)平衡方法，該方法對(duì)平衡配重的大小有限制條件;然而，這種技術(shù)需要至少和測(cè)量觀測(cè)量相同多的平衡配重，而這一般是不可能的。當(dāng)Little使用8個(gè)平衡面時(shí)，他的第一個(gè)平衡計(jì)算(分析模式)導(dǎo)致無(wú)解;他界定了平衡重量的大小來(lái)求出解來(lái)。

1979年，W D. Pilkey和J. T. Bailey通過(guò)一種與眾不同的問(wèn)題表述，糾正了以前線性規(guī)劃方法的不足。Pilkey和Bailey將他們的方法分成與時(shí)間無(wú)關(guān)和隨時(shí)間變化的算法。這些技術(shù)包含以下內(nèi)容:

1、線性和。將所有計(jì)算的殘留測(cè)量值(殘差絕對(duì)值)的總和最小化。

2、極小一極大。將最大殘留測(cè)量值最小化。

3、最小二乘。將所有的殘留測(cè)量值的平方和最小化，其中包括正確的平衡重量大小的限制。這將產(chǎn)生二次規(guī)劃。

對(duì)于施加在于x和Y軸的平衡配重，時(shí)間獨(dú)立的方法只能查看軸在位于位置軸響應(yīng)，因?yàn)榫€性規(guī)劃法使用的是實(shí)數(shù)類型的影響系數(shù)。隨時(shí)間變化的技術(shù)與上述軸的其他方向的約束或者在軸的初始位置等效的平衡重量相關(guān)的限制內(nèi)容相似。

1981年，E. Woome:和W Pilkey擴(kuò)展了平衡問(wèn)題的二次方公式化表述。他們使用一種平衡重量上不等式條件的轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變保證了新的可變因素的積極性，致使二次規(guī)劃技術(shù)可以直接使用。

1989年，M.S. Darlow討論了當(dāng)使用超過(guò)需要的平衡面時(shí)的冗余平衡面的問(wèn)題。通常由于影響矩陣是病態(tài)條件而致使計(jì)算巨大的平衡重量。這種情況是因?yàn)橛绊懴禂?shù)矩陣的列線性相關(guān)。

2008年，Guoxin Li, Zongli Lin和Paul E. Allaire利用了凸優(yōu)化的方法研究了高速機(jī)械的魯棒最優(yōu)動(dòng)平衡，并在1150MW的核汽輪發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)上進(jìn)行了應(yīng)用。

無(wú)試重方法

不管是影響系數(shù)法、振型平衡法及兩者的綜合平衡法，在轉(zhuǎn)子的平衡過(guò)程中，一般需要進(jìn)行多次的試重過(guò)程。為了避免多次試重引起的人力、物力浪費(fèi)，一些學(xué)者研究了無(wú)試重的平衡方法。Gasch等人于1978年最先提出了基于轉(zhuǎn)子無(wú)試重平衡方法法的思想，P. Gnielka在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)一步研究。Fritzen C. P.等人在1999年研究了一種柔性轉(zhuǎn)子無(wú)試重振型平衡方法，提出了計(jì)算柔性轉(zhuǎn)子真實(shí)陣型特性的方法，確定轉(zhuǎn)子各階不平衡量的分布情況，最終在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。國(guó)內(nèi)方面，汪海良等人在1992年對(duì)柔性轉(zhuǎn)子的無(wú)試重平衡方法進(jìn)行研究，采用了傳遞矩陣法對(duì)柔性轉(zhuǎn)子的各階模態(tài)進(jìn)行分離，建立配重的分配方程，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證;徐賓剛和屈梁生等人在2000年采用了影響系數(shù)法的平衡目標(biāo)和優(yōu)化思想，利用遺傳算法進(jìn)行配重的優(yōu)化搜索，實(shí)現(xiàn)了無(wú)試重的柔性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡;繆紅燕和高金吉等人[SG]在2004年采用基于有限元數(shù)值分析方法的柔性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)子上實(shí)現(xiàn)了一次加重平衡成功。在工業(yè)應(yīng)用方面，郭峰、董書(shū)岐、王延博等人采用了機(jī)械滯后角原理，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)和汽輪機(jī)的無(wú)試重現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡。

根據(jù)平衡頭產(chǎn)生不平衡量方式的不同，可以把已研制的平衡頭分為質(zhì)量變分布式、質(zhì)量變化式和作用力式等，現(xiàn)分類列出如下，如圖1所示:

質(zhì)量變分布式平衡頭

不改變平衡面處質(zhì)量的數(shù)量，而是改變質(zhì)量分布來(lái)調(diào)整平衡頭產(chǎn)生的不平衡量的方法稱之為質(zhì)量變分布式平衡頭。該型平衡頭可分為固體質(zhì)量分布和液體質(zhì)量分布兩不中。

華中理工大學(xué)張鴻海等人研制的智能式砂輪在線平衡儀、哈爾濱工業(yè)大學(xué)和浙江大學(xué)的電磁式平衡頭及美國(guó)LORD公司的自動(dòng)平衡頭都屬于固體質(zhì)量分布類型，其優(yōu)勢(shì)在于根據(jù)電動(dòng)機(jī)原理，采用電磁力這種非接觸方式去拖動(dòng)平衡頭內(nèi)質(zhì)量不對(duì)稱的圓環(huán)，平衡盤(pán)都是屬于這一類型。

電磁式的自動(dòng)平衡頭往往不能精確地使不平衡質(zhì)量沿周向連續(xù)地微調(diào)，只能以“步”為單位移動(dòng)或鎖定，由于受其位置調(diào)節(jié)分度的制約，在最大平衡能力和最小可調(diào)量之間通常有矛盾。

典型的使用兩個(gè)配重塊周向調(diào)節(jié)的方案里，在調(diào)節(jié)時(shí)，單向移動(dòng)的配重塊在質(zhì)量塊周向移動(dòng)的過(guò)程中往往會(huì)有短時(shí)的轉(zhuǎn)子不平衡量增大的情況?？呻p向移動(dòng)的配重塊的設(shè)計(jì)只能部分解決這個(gè)問(wèn)題。但同時(shí)這個(gè)設(shè)計(jì)造成平衡頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。

此外，在很強(qiáng)的離心力和振動(dòng)下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)平衡裝置的可靠性如何是影響實(shí)際工業(yè)應(yīng)用的最主要因素之一，機(jī)械活動(dòng)部件的磨損和疲勞也是一個(gè)需要考慮的問(wèn)題。

平衡盤(pán)屬于液體質(zhì)量分布類型，該類平衡頭存在調(diào)節(jié)速度或精度受到一定限制;此外，液體或蒸汽可能會(huì)泄漏;并且較難測(cè)得平衡頭內(nèi)各個(gè)室里的液體量，等等問(wèn)題。但是造價(jià)低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易推廣。

質(zhì)量變化式

這類平衡頭主要分為增重/減重和注液/釋液兩類。

通過(guò)在轉(zhuǎn)子某個(gè)位置在線增重或減重來(lái)實(shí)現(xiàn)不停機(jī)自動(dòng)平衡。例如，Gusarov等人通過(guò)在轉(zhuǎn)子某個(gè)位置較輕的相位噴涂快速凝固的流態(tài)物質(zhì)來(lái)平衡轉(zhuǎn)子。moue在一種用于自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)的專利里，用電火花加工方式在轉(zhuǎn)子某個(gè)區(qū)域用電火花刻蝕去重。此外，也有用激光在線去重的。

注液式平衡頭通常有3個(gè)以上的儲(chǔ)液室，其調(diào)節(jié)配重方式是不停機(jī)在線地向儲(chǔ)液室里注入液體；平衡盤(pán)都屬于這一類。由于轉(zhuǎn)盤(pán)上沒(méi)有活動(dòng)機(jī)械部件，相比較而言，注液式平衡頭加工制造簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠。

作用力式一“虛擬”平衡頭

產(chǎn)生虛擬力的手段通常是采用電磁的方式，例如1992年Chen等人的專利就利用主動(dòng)電磁軸承的電磁力來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子偏心造成的振動(dòng)的控制。2001年北京工業(yè)大學(xué)黃曉蔚等人對(duì)利用主動(dòng)電磁軸承實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平衡的方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

作用力式的平衡頭具有非接觸、無(wú)活動(dòng)機(jī)械部件的優(yōu)點(diǎn)，然而電磁軸承的承載力是有限的；同時(shí)由于電磁力支承具有副剛度，它實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定懸浮就已經(jīng)比較困難，具有一定的不穩(wěn)定性，需要閉環(huán)控制才可以克服。電磁力是一個(gè)隨磁間隙增大而非線性地迅速減小的力，這種非線性也使電磁力的大小比較難以精確控制。

注液式轉(zhuǎn)子振動(dòng)平衡系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)

這種平衡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以德國(guó)Hofmann公司和德國(guó)Dittel公司的產(chǎn)品應(yīng)用最為廣泛，下面分別予以介紹。

Hofmann公司的產(chǎn)品，以砂輪噴液型主動(dòng)平衡裝置最為常用。該裝置采用計(jì)算機(jī)微處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，其平衡砂輪最高轉(zhuǎn)速為60000 r /min，平衡所需時(shí)間為10秒到300秒，若需要重新平衡其時(shí)間大約為5秒，其平衡精度能達(dá)到。該平衡系統(tǒng)已在高速和超高速磨床上得到了廣泛應(yīng)用，框圖如圖2所示。

Dittel公司的H6000平衡系統(tǒng)主要由被控轉(zhuǎn)子、信號(hào)采集器、控制器和執(zhí)行器四部分組成，主要應(yīng)用在高精度的磨床機(jī)械，結(jié)構(gòu)如圖5所示。

從這兩套系統(tǒng)來(lái)看，注液式振動(dòng)平衡系統(tǒng)一般包括:振動(dòng)檢測(cè)單元、振動(dòng)信號(hào)處理單元、控制單元、液體流量控制單元和平衡盤(pán)等。系統(tǒng)開(kāi)始工作后，振動(dòng)傳感器會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)信號(hào)，系統(tǒng)中的控制單元會(huì)根據(jù)算法實(shí)時(shí)判斷當(dāng)前轉(zhuǎn)子的振動(dòng)是否超限，并計(jì)算超限情況下需注入平衡盤(pán)內(nèi)的液體量，并根據(jù)振動(dòng)反饋情況實(shí)時(shí)調(diào)整注液量，將振動(dòng)控制在安全范圍內(nèi)。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)這一類系統(tǒng)存幾個(gè)問(wèn)題需要研究解決:

(1)平衡盤(pán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制約，使系統(tǒng)在長(zhǎng)期工作后，由于腔內(nèi)液體注滿而失去平衡能力;

(2)采用電磁閥進(jìn)行液體流量控制，當(dāng)單個(gè)電磁閥發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)將無(wú)法正常工作;而且電磁閥在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，開(kāi)關(guān)頻繁，易發(fā)生故障;

(3)平衡算法原因造成首次噴液振動(dòng)增大，對(duì)設(shè)備安全有一定程度危害。

為解決第一個(gè)問(wèn)題，克服前述注液式平衡頭的缺點(diǎn)，賀世正提出了一種釋液式平衡系統(tǒng)。在該系統(tǒng)增加了一個(gè)電磁閥，通過(guò)電磁閥，儲(chǔ)液室滿了以后可釋放其中液體。但這種方式增加了平衡頭的制造難度，降低了可靠性。由于無(wú)法測(cè)量?jī)?chǔ)液室的液體量，只能通過(guò)是否有調(diào)節(jié)能力來(lái)判斷儲(chǔ)液室狀態(tài)，因此會(huì)造成某段時(shí)間調(diào)節(jié)效果較差。

2006年北京化工大學(xué)高金吉、張鵬設(shè)計(jì)了一種新型的可連續(xù)注液、排液的自動(dòng)平衡頭，該平衡頭利用液位自衡原理，設(shè)計(jì)了不受控制的排液孔，只控制注液流速，通過(guò)連續(xù)不斷的注液在平衡頭內(nèi)形成的動(dòng)態(tài)液體實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的不平衡補(bǔ)償。而且該平衡盤(pán)設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)單方便，而且由于不受控的連續(xù)排液，因此腔體不會(huì)因注滿而失去平衡能力，從而為解決第一個(gè)問(wèn)題提供了新的辦法。

振動(dòng)信號(hào)采集與處理技術(shù)

旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)控制的研究主要還是集中在不平衡振動(dòng)方面，因而關(guān)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)數(shù)字處理方法的研究與應(yīng)用的報(bào)道也主要集中在轉(zhuǎn)頻振動(dòng)信號(hào)處理方面，所采用的核心算法主要是DFT(Discrete Foutier Tansform，簡(jiǎn)寫(xiě)成DFT)和FFT(FastFoutier Tansform，簡(jiǎn)寫(xiě)成FFT)，該部分的成果對(duì)于轉(zhuǎn)子振動(dòng)主動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)具有很重要的借鑒意義，相關(guān)的應(yīng)用報(bào)道主要有:

• 報(bào)道基于FFT的軟件算法在動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)上的應(yīng)用。

• 鄭建彬采用基于DFT的動(dòng)平衡機(jī)不平衡量提取算法，在頻域提取不平衡量的幅度和相位，不平衡幅度測(cè)試精度達(dá)4m，相角小于2°。

• 提出了基于FFT的數(shù)字信號(hào)處理方法，根據(jù)測(cè)定的車輪動(dòng)平衡轉(zhuǎn)速求解出與車輪不平衡量有關(guān)的振動(dòng)信號(hào)的振幅和相位，把時(shí)域離散振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化到頻域進(jìn)行分析處理。

• 白志剛，唐貴基為了提取出轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡信號(hào)的幅值和相位特征，首先采用鎖相倍頻電路控制A心進(jìn)行整周期采樣，然后利用FFT進(jìn)行頻譜分析。

• 首先列舉了互相關(guān)和傅立葉變換兩種算法的應(yīng)用及特點(diǎn)，而后通過(guò)試驗(yàn)從精度和計(jì)算時(shí)間兩方面進(jìn)行了比較。認(rèn)為采用傅立葉變換求解不平衡量的幅值和相位可以獲得良好的效果

• 通過(guò)對(duì)相位差校正法的仿真計(jì)算及誤差分析，基于頻譜校正理論開(kāi)發(fā)了虛擬動(dòng)平衡測(cè)試儀，該測(cè)試儀可準(zhǔn)確計(jì)算出不平衡質(zhì)量的幅值及相位。

• 董永貴提出一種整周期采樣的軟件實(shí)現(xiàn)方法來(lái)解決信號(hào)采樣問(wèn)題。對(duì)鍵相信號(hào)與振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行同步采樣，而對(duì)振動(dòng)信號(hào)的整周期截取則利用軟件實(shí)現(xiàn)。其優(yōu)點(diǎn)在于可利用通用數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)整周期采樣。

• 徐晶，于向軍引入現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，基于快速傅立葉變換算法對(duì)球磨機(jī)軸承振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，實(shí)現(xiàn)了存煤量的監(jiān)測(cè)，并對(duì)采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理與分析。

• 耿慧論述了在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的動(dòng)平衡檢測(cè)中，采用轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)觸發(fā)A/ D進(jìn)行整周期采樣，然后通過(guò)對(duì)采集到的整周期信號(hào)進(jìn)行離散傅里葉變換，從而得到不平衡信號(hào)的幅值與相位。

自動(dòng)平衡機(jī)是指對(duì)特定的轉(zhuǎn)子能自動(dòng)完成平衡測(cè)量和平衡校正的平衡機(jī)。

中文名稱

自動(dòng)平衡機(jī)

英文名稱

automatic balancing machine

定　　義

對(duì)特定的轉(zhuǎn)子能自動(dòng)完成平衡測(cè)量和平衡校正的平衡機(jī)。

應(yīng)用學(xué)科

機(jī)械工程（一級(jí)學(xué)科），試驗(yàn)機(jī)（二級(jí)學(xué)科），平衡機(jī)（三級(jí)學(xué)科）