机械故障诊断-轴心轨迹

实验项目（实验名称）轴心轨迹测量实验
实验日期
（年月日）
实验地点（楼和门牌号）同组人(不
含本人）
实验台号（型
号和序号）
实验类型□验证性□综合性□√设计性□研究性□其他（在相应处画“√”）一、预习内容
在回转机械状态监测与诊断中,常利用轴系同一截面上两路相互垂直的振动信号合成轴心轨迹来监测其运行状态和故障类型。

轴心轨迹直观地反映了转子瞬时运动状态,其形状和动态特性包含了丰富的故障征兆信息。

由于它可以直观、形象地表达出设备的运行状况,因而在诊断系统中得到广泛的应用。

几种常见故障的转子轴心轨迹如图1所示。

图1是在理想状况下常见的转子轴心轨迹图,它们分别对应着一种或者几种故障类型。

(a)是椭圆
形图,它代表的是转子不平衡故障;(b)是芭蕉图,它代表的是转子不平衡和转子不对中综合故障;(c)
是八字图,它代表的是转子不对中故障;(d)是内环图,它代表的是油膜涡动故障;(e)是无规则图,它代
表的是油膜振动故障。

二、实验目的
1、了解和掌握电涡流传感器测量的原理和方法，
2、熟悉仪器及软件操作；
3、观察转子台在转动时，转轴所产生的径向振动时域波形图；
4、掌握回转机械轴心轨迹测量方法。

三、实验仪器设备
1、计算机一台
2、DRVI快速可重组虚拟仪器平台一套
3、打印机一台
4、转子实验台一套
5、USB数据采集仪一台
四、实验原理
电涡流传感器采集到转轴的径向振动信号，将信号通过信号电缆送入转子台控制器，转子台控制器对信号调理后，将信号送入动态数据采集分析仪，在数据采集仪内实现模拟信号抗混滤波、A/D转换等步骤，最终转换为上层分析软件可处理的数字信号，最后将数字信号上传到计算机的分析软件，实现用户所需的各种分析功能。

电涡流传感器探头是系统的一个必要组成部分，它是采集、感受被测体信号的重要部分，它能精确地探测出被测体表面相对于探头端面间隙的变化。

通常探头由线圈、头部保护罩、不锈钢壳体、高频电缆、高频接头组成。

线圈是探头的核心部分，它是整个传感器系统的敏感元件，线圈的电气参数和物理几何尺寸决定传感器系统的线性量程及传感器的稳定性。

探头头部采用耐高低温、抗腐蚀、高强度和高韧性的进口工程塑料PPS，线圈密封在头部保护罩里，保证线圈长时间不受氧化。

探头壳体用于支撑探头头部，它作为探头安装时的夹装机构，壳体采用不锈钢制成，通常壳体上有标准螺纹，并备有两个紧固螺母。

延伸线用于连接探头头部到前置器，它是耐高温的射频同轴电缆。

探头电缆接头选用进口黄金自锁插头和插座，它接触电阻小，可靠性大大增强。

壳体尾部的出线孔采用圆弧过渡，保证电缆线不在此扭伤。

五、实验方案设计
由固定在传感器支架上水平和垂直（即X-Y）方向的电涡流位移传感器提供位移信号。

它是轴
心相对于轴承座的运动轨迹，反映了转子瞬时的涡动状况。

轴心轨迹是转子运行时轴心的位置，在忽略轴的圆度误差的情况下，可以将两个电涡流位移传
感器探头安装到实验台中部的传感器支架上，相互成90 度，并调好两个探头到主轴的距离（约
1.6mm），标准是使从前置器输出的信号刚好为0（mV）这时，转子实验台启动后两个传感器测量的就是它在两个垂直方向(X,Y)上的瞬时位移，合成图就是转子的轴心
运动轨迹。

六、实验操作（实验步骤及实验数据）
1、关闭DRDAQ—USB型数据采集仪电源，将需使用的传感器连接到采集仪的数据采集通道上。

（禁止带电从采集仪上插拔传感器，否则会损坏采集仪和传感器）
2、开启DRAQ—USB型数据采集仪电源。

3、运行DRVI主程序，点击DRVI快捷工具条上的“联机注册”图标，选择其中的“DRVI采集主卡检测”或“网络在线注册”进行软件注册。

4、在DRVI地址信息栏中输入WEB版实验指导书的地址，在实验目录中选择“转子实验台”，建立实验环境。

5、开动转子实验台，观察得到的波形。

如果波形不清楚，需要调节电涡流探头与轴之间的距离，直到两个方向的波形稳定，振幅相近为止。

6、可以调节旋钮，看图形的变化。

七、数据处理结果（结论）
上图是利用DRVI快速可重组虚拟仪器实验平台测得的波形图，将上图与本实验设计的界面和测得的波形比较可以发现，测得的X轴信号偏离零线幅度不大，且基本是正负相间，而测得的Y轴信号偏离零线较大距离，且全部在零线下方，这说明在运动过程中，转子轴心Y方向存在系统误差，X轴方向存在系统误差，可能存在不平衡或不对中现象。

当发生不平衡或不对中故障时，轴心轨迹为一稳定的封闭图形，可能是椭圆形，香蕉形，外8字型，或者内8字型。

根据本实验采集信号并分析得出该转子存在一定的不平衡故障。

经过以上分析知道,轴心轨迹形状与故障类型之间存在着一定的对应关系。

也就是知道了转子的轴心轨迹图,就可以判断转子的运行状况。

如果此时的运行状况是不稳定的,那可以判断此时的故障类型,并及时加以调整。

这对防止故障的恶化和排除故障具有指导作用。

八、实验中存在的问题、解决方法及进一步的想法等
问题：⑴实验中只是将轴心轨迹看成纯粹的平面图形,因此在应用中存在一定的局限性。

例如:只能识别封闭轮廓且与图形的像素有关等条件的限制,这使其识别效率无法提高。

⑵可能存在由于机器安装误差、工作状态下热膨胀、承载后的变形以及机器基础的不均匀沉降等，有可能会造成机器工作时转子轴线之间产生不平衡或不对中。

解决方法：⑴根据比较傅里叶子、Hu矩几种边界特征描述旋转机械轴心轨迹的特点,提出了数学形态学的形状谱(具有旋转、缩放、平移不变性)作为对旋转机械轴心轨迹的特征描述,然后用神经网络进行分类识别,从而达到轴心轨迹自动识别的目的。

⑵虽然有些干扰因素是不可避免的，但还是要采取一些必要措施进行调整。

动手能力
（实验操作）（20%）解决问题的能
力20%
团队合作
能力10%
实验方案设计（数据准确）成绩
20% 实验分析及数
据处理成绩
20%
报告内容
规范10%
教师评语：
总成绩
指导教师签字：
年月日注：1、此报告格式为参考格式，各栏项目可根据实际情况进行调整；
2、“实验仪器设备”一栏：设计性实验根据实验条件对实验仪器设备提出具体要求。