通風(fēng)機(jī)振動(dòng)測試虛擬儀器的研究與開發(fā)

1、通風(fēng)機(jī)振動(dòng)測試虛擬儀器的研究與開發(fā)摘要：本文構(gòu)件了采用虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行通風(fēng)機(jī)振動(dòng)測試的硬件平臺(tái)；采用LabVIEW開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)了集信號(hào)采集、分析、存儲(chǔ)和測試報(bào)表生成等功能于一體的振動(dòng)信號(hào)測試虛擬儀器；采用該儀器對(duì)紅石崖煤礦通風(fēng)機(jī)進(jìn)行振動(dòng)測試，表明該儀器滿足測試要求，并能為故障診斷提供依據(jù)，提高測試的自動(dòng)化程度。關(guān)鍵詞：通風(fēng)機(jī)；振動(dòng)；虛擬儀器；LabVIEW中圖分類號(hào)：Development of Virtual Instrument for Fan Vibration TestingAbstract: The platform of virtual instrument technology

2、 based fan vibration testing was established; The virtual instrument for fan vibration testing, which had the functions of signal acquisition, analysis, storage and report forms, was developed; The developed virtual instrument was applied in the fan vibration testing of Hongshiya Mine, the results i

3、ndicated that the instrument satisfied the requests of test and could offer basis for failure diagnose, and this improved the automation of test.Keywords: Fan Vibration Virtual Instrument LabVIEW1. 引言通風(fēng)機(jī)是煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，擔(dān)負(fù)著向井下輸送新鮮空氣、排出粉塵和污濁氣流，確保礦井安全生產(chǎn)的重任。通風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，振動(dòng)是影響風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)振動(dòng)故障占風(fēng)機(jī)故障的60%以上1。為保證

4、通風(fēng)機(jī)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，煤礦安全規(guī)程要求，生產(chǎn)礦井主通風(fēng)機(jī)在安裝后、生產(chǎn)運(yùn)行前，應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)性能測試；同時(shí)要求在使用過程中應(yīng)定期對(duì)主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行振動(dòng)性能測試，獲知設(shè)備負(fù)載運(yùn)行的實(shí)際情況，檢驗(yàn)運(yùn)行的品質(zhì)，診斷潛在的不利因素，以改進(jìn)煤礦通風(fēng)管理，優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，保證設(shè)備高效、安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)轉(zhuǎn)。2. 振動(dòng)測試原理振動(dòng)參數(shù)主要有位移、速度及加速度，以及有這三種參數(shù)構(gòu)成的統(tǒng)計(jì)量如峰峰值、均方根值、平均值等。在這些統(tǒng)計(jì)量中，均方根值是表示振動(dòng)信號(hào)中各頻率分量的能量的綜合影響，表征著振動(dòng)的威力或破壞能力，稱為振動(dòng)速度。因此，通風(fēng)機(jī)性能測試中振動(dòng)烈度以振動(dòng)速度均方根值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)2。在各個(gè)測量方向和測

5、量點(diǎn)上，對(duì)于剛性支撐，測得的振動(dòng)速度均方根值mm/s；對(duì)于剛性支撐，測得的振動(dòng)速度均方根值mm/s。振動(dòng)速度可表示為：式中：振動(dòng)速度均方根值，mm/s；隨時(shí)間變化的振動(dòng)速度函數(shù)，mm/s；振動(dòng)周期，s；時(shí)間自變量，s。3. 系統(tǒng)硬件組成基于虛擬儀器的振動(dòng)測試儀由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分主要包括傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、采集卡和計(jì)算機(jī)四部分。系統(tǒng)中的振動(dòng)傳感器采用壓電加速度傳感器LC0121，其頻率范圍為0.7Hz10kHz，分辨率為0.0002g，靈敏度為150mV/g；信號(hào)調(diào)理采用LC0207恒流源模塊完成。采集卡采用NI公司的基于PCI總線的DAQ Pad-6014，該采集板有16條模擬

6、輸入通道，12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，三個(gè)8位的TTL電平數(shù)字輸入輸出端口，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；主機(jī)采用普通計(jì)算機(jī)。虛擬儀器的硬件組成框圖如圖1所示。圖1 虛擬儀器的硬件組成框圖振動(dòng)信號(hào)通過壓電加速度傳感器獲得，通過信號(hào)調(diào)理電路將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；數(shù)據(jù)采集卡將采集到的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)；通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，數(shù)字信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)；在LabVIEW平臺(tái)下，運(yùn)行編制的振動(dòng)測試軟件，對(duì)獲得的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行濾波、異值剔除，并通過相關(guān)算法和程序?qū)崿F(xiàn)振動(dòng)測試所要求的參數(shù)。4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在虛擬儀器測試系統(tǒng)中，硬件電路僅對(duì)信號(hào)進(jìn)行簡單的處理，大部分的功能模塊都由軟件實(shí)現(xiàn)。對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)

7、行振動(dòng)測試的目的為：判斷通風(fēng)機(jī)運(yùn)行是否滿足安全運(yùn)行的要求以及對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行故障診斷和分析提供依據(jù)。因此系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)也以保證這兩個(gè)基本功能為前提進(jìn)行設(shè)計(jì)。為使振動(dòng)測試程序能夠作為通風(fēng)機(jī)性能測試軟件的子程序，對(duì)振動(dòng)測試程序的開發(fā)采用面向?qū)ο蟮木幊趟枷?，?yán)格的結(jié)構(gòu)層次，獨(dú)立的模塊化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)的軟件部分采用LabVIEW 語言進(jìn)行編程。根據(jù)以上分析，設(shè)計(jì)測試儀器的軟件功能結(jié)構(gòu)如圖2所示：圖2 系統(tǒng)軟件功能結(jié)構(gòu)圖(1) 振動(dòng)測試主程序。加載測試系統(tǒng)硬件的驅(qū)動(dòng)程序，并完成振動(dòng)測試程序的初始化，該部分為虛擬儀器軟件的載體。(2) 參數(shù)設(shè)置。包括數(shù)據(jù)采集卡參數(shù)的設(shè)置與濾波器參數(shù)的設(shè)置。(3) 數(shù)

8、據(jù)記錄、數(shù)據(jù)回放。用以對(duì)振動(dòng)測試的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄于回放，為通風(fēng)機(jī)不同時(shí)期振動(dòng)數(shù)據(jù)的比較與故障診斷提供依據(jù)。(4) 數(shù)據(jù)分析。用于實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)的分析。包括振動(dòng)信號(hào)的濾波處理、頻譜分析、以及振動(dòng)加速度峰峰值、振動(dòng)速度值、振動(dòng)位移峰峰值等振動(dòng)烈度評(píng)價(jià)指標(biāo)，并據(jù)此評(píng)判通風(fēng)機(jī)振動(dòng)指標(biāo)是否符合安全要求。(5) 報(bào)表生成。在振動(dòng)測試之后，測試儀器可生成振動(dòng)測試的報(bào)表，得到振動(dòng)測試的結(jié)果。5. 測試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與結(jié)論采用開發(fā)的通風(fēng)機(jī)振動(dòng)測試虛擬儀器，對(duì)紅石崖的通風(fēng)機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場測試，得到的振動(dòng)速度如表1所示，其中V為垂直方向，H為軸向，A為徑向。表1 紅石崖通風(fēng)機(jī)振動(dòng)速度測點(diǎn)1#風(fēng)機(jī)振動(dòng)速度(mm/s)2#風(fēng)機(jī)

9、振動(dòng)速度(mm/s)VHAVHA13.3541.8764.7053.4662.4863.54222.1602.7704.5904.8802.5563.52231.6541.8534.3961.1023.2982.30841.5661.1687.8701.5721.4421.95853.3124.3369.8581.8121.2761.17663.5264.2568.1101.3181.4701.01474.2903.4346.9061.9944.2041.21485.2204.1344.9562.7863.3761.36693.8943.3686.3401.5061.4001.188104.6204.2885.7224.6863.6981.304對(duì)1#風(fēng)機(jī)和2#風(fēng)機(jī)的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析可以看出，2#風(fēng)機(jī)在各個(gè)方向上的振動(dòng)速度較為平均，且2#風(fēng)機(jī)在各個(gè)測試點(diǎn)測得的振動(dòng)速度數(shù)值4.6mm/s，表示2#風(fēng)機(jī)振動(dòng)沒有超過國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，符合安全要求；而1#風(fēng)機(jī)的測試數(shù)據(jù)中，徑向的振動(dòng)速度均偏大，超出標(biāo)準(zhǔn)要求，因此判斷1#風(fēng)機(jī)為存在故障，應(yīng)進(jìn)行維護(hù)。從1#風(fēng)機(jī)測試數(shù)據(jù)可以得出風(fēng)機(jī)振動(dòng)特征為徑向振動(dòng)大，而軸向振動(dòng)較小。因此估計(jì)造成振動(dòng)偏大的原因?yàn)橥L(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡。通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡故障的原因可能為：裝配不當(dāng)、轉(zhuǎn)子上附有介質(zhì)（如灰塵）、轉(zhuǎn)子磨損、轉(zhuǎn)子破裂或丟失部件。由