动平衡机的算法研究与软件实现.pdf

第 3 O卷第 l 2期 2 0 0 9年 1 2月 煤 矿 机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e r y Vo l - 3 0No ． 1 2 De c ．2 0 o 9 动平衡相酌算法研夯与软件实坝 木 罗 国 富 。温 小 隆 郑州轻工业学院机 电工程学院 ， 郑州 4 5 0 0 0 2 摘要通过对动平衡机不平衡量的幅值和相位的分析 ，采用间接法实现对不平衡量的精确 采样。采用矢量合成法进行转子不平衡量的求解及解算， 并建立去重模型 去重算法的分析 。在 D e l p h i 7 ． 0软件平台上编程 ， 实现该动平衡机不平衡量的解算和去重。 关键词 动平衡机 ； 算法；去重模型；高精度 中图分类号 T H 8 7 7 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 30 7 9 4 2 0 0 9 1 20 0 5 00 4 Al g o r i t h m Re s e a r c h a n d S o f t wa r e Re a l i z a t i o n o f Dy n a mi c Ba l a n c i n g M a c hi ne L【 J O Gu o f u． W EN Xi a o l o n g C o l l e g e o f Me c h a n i c a l a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ， Z h e n g z h o u U n i v e r s i t y o f L i g h t I n d u s t r y ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 2 ， C h i n a Ab s t r a c t T h r o u g h a n a l y s i s t h e u n b a l a n c e a mp l i t u d e a n d p h a s e o f t h e d y n a mi c b ala n c i n g ma c h i n e ， u s e t h e i n d i r e c t me t h o d t o a c h i e v e a c c u r a t e s a mp l i n g wi t h u n b a l a n c e ． Us e t h e v e c t o r s y n t h e s i s me t h o d t o s o l v e a n d s o l v e r s o f t h e r o t o r u n b ala n c e ． a n d t o e s t a b l i s h r e u n b a l a n c e m o d e l t h a t i s t o r e a l g o r i t h m a n a l y s i s ． T h r o u g h p r o g r a mm i n g i n t h e D e l p h i 7 ． 0 s o f t w a r e p l a t f o r m，c a n a c h i e v e d y n a m i c b a l a n c i n g ma c hi n e o f t he un b ala nc e o f t h e r e s o l u t i o n a n d t o r e u n ba l a n c e ． k e y wo r d s d y n a mi c b ala n c i n g ma c h i n e ；a l g o r i t h m；r e - mo d e l ；h i g h - p r e c i s i o n } 国家中 小企业 科技创新项目 0 7 C 2 6 2 1 4 1 0 1 6 4 0 0 引言 -4 夺 牵 夺 夺 牵 -4 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 争 -4 夺 -4 牵 寺 夺 夺 夺 寺 夺 夺 寺 夺 寺 争 夺 幸 夺 夺 夺 寺 寺 串 图 2 图 3 图 4 图 5 5结语 运用旋 压 工艺 原 理及 热 旋 压技 术 ． 管 体依 靠 塑 性变形 ， 两端旋压 出半轴 ， 设计制造了整体旋压式 无心轴托辊 ，与 目前 国内外采用的有心轴托辊 、 焊 咖 9 4 接 式 无 心 轴 托 辊 、塑 料 托 辊 相 比 ， 重 量 轻 、 节 约 钢 材 、 降低能源消耗 、 安装维修方便 ， 金属纤维不被切 断、 连续完整， 整体强度高。简化了托辊装配 ， 减少 了托辊 制造 设备 和工装 数 量 ，减少 了 占地 面积 ， 环 b 8 6 境污染少，为热旋压工艺 的发展和应用提供 了新 的 途径 。 参考文献 [ 1 ] 李长胜 ， 刘鹏 ， 武良臣． 整体式无 心轴托辊缩颈旋 压工艺参数 的 确定『 J 1 ． 农、 机械学报 ． 2 0 0 4 4 1 7 1 1 7 5 ． 咖 6 2 [ 2 ] 李长胜 ．无心轴托辊管体 的旋压成 形工艺分析 [ J ] ． 煤 矿机 械， 2 0 0 4 ， 2 5 2 8 6 8 8 ． [ 3 ] 李长胜 ， 刘鹏． 旋 压式无 心轴 托辊缩 颈旋压力的试验研究 [ J ] ． 塑 性工程学报 ． 2 0 0 4 4 6 7 7 0 ． 『 4 ] 李长胜 ， 刘鹏． 整体旋压式无心轴托辊结构参数分析 『 J ] ． 煤矿机 4 , 5 0 械 ，2 o 0 3， 2 4 1 2 7 5 7 7 ． 图 6六道次旋压 直径缩至 3 8 作者简介 李长胜 1 9 6 4 一 ， 河南武陟人 ， 河 南机电高等专科学 校机械工程 系主任 ， 教授 ， 西 安交通 大学工 学硕士 ， 主要从事旋压成 形工艺研究 ， 电子信箱 l c s 2 0 0 6h n e e u ． e d u ． C I1 ． 收 稿 日期 2 0 0 9 0 7 0 6 5 0 第 3 0 卷第 1 2 期 动平衡机的算法研究与软件实现罗国富 ， 等 V o 1 ． 3 0 N o ． 1 2 目前国内全 自动平衡机产 品缺少 。 无法满足我 国国内企业 的需求 ，通过对软件算法 的分析 和总 结 。 并在 D e l p h i 7 ． 0上软件编程完成对工件不平衡量 的 自动化测量和校正工作 ， 实现动平衡机 的高测量 精度和高效性。 1 动平衡机算法分析 1 采用间接法获得不平衡量的幅值及相位 在动平衡测试 中。 采集出的不平衡量对应 的是 正弦波函数 。 从该正弦波 函数中获得所对应 的不平 衡量的幅值和相位有 2种方法 ①直接法 即遇到 最大值存下 ， 作为 幅值 ， 并且存 下相应的相角 。但 是 ， 由于正弦波在极值附近变化最缓 ， 采用这种方 式的最小可达剩余不平衡量较大。 ②间接法 即找 出正弦波信号的过零点 ， 相加 0 。 位置 或相减 1 8 0 。 位置 9 0 。 所对应的正弦波的幅值和相位为不平衡量 的幅值和相位。由于正弦波函数在 9 0 。 位置值变化 剧烈 。 因此用这种方式的平衡机 的最小可达剩余不 平衡量较小 。通过在该正弦波函数中加入一个同频 的方波或脉 冲信号寻找零点 ， 本文采集该正弦波 函 数 1 0个周期 ， 每个周期 采样 2 5 6个点 ， 再 与方波或 脉冲信号对 比寻找零点位置 ，找到后再相加 O 。 位 置 或相减 1 8 0 。 位置 ， 9 0 。 就是所对应 的正弦波 的 幅值和相位 。因而通过采用间接法进行不平衡量测 量。 以提高动平衡机测量精度 。 2 采用矢量合成法进行转子不平衡量 的求解 及 解算 被平衡 的转子虽然有 2个支撑 、 2个测量面和 2个校正面 ， 理论上 ， 转子的不平衡量可 以等效到 2 个测量面上 ， 而且可以通过在 2个校正面上进行适 当的加重或去重操作 ，完成转子不平衡量的校正。 基于矢量合 成方 法求解转 子不平衡量在原理上能 够保证获得作为整体的转子的实际不平衡量，并 以 此 为根据对转子 的测量及校正前后 的不平衡 量是 否合格做出合理的判断。 3 去重算法 假定去重不平衡量用矢量表示 ， 在去重圆上通 过对各点不平衡 量矢量的积分来计算应去重量 的 各参数值 ， 提高去重精度 。同时， 由于去重体积存在 轴 向长度 ， 实际校正面与预定校正面不重合 。 因而 将预定校正面上的不平衡量转换 至实际校正面上 ， 计算相应的校正参数 ， 实现精确 的去重校正。在该 动平衡机中应用的是 R形铣削去重 。 在不考虑铣刀 的进给量和转出量时。 其去重模型如图 l 所示。 圈 1，平衡 机 去 重 梗 型 建立 的去重模 型是基 于立 式硬支撑动平衡机 而设计的 ， 在大转盘 中设计零位 ， 通过零点定位 ， 再 在所测得 的不平衡位置左右旋转 3 5 。 的去重地方进 行 去重 ， 寻找重心位置是关键 ， 由积分模 型来计算 应去重量 ， 设去重质量为 旭 去重深度为 ， 则 肘 ‘ 』 。 啪 』 悯 ．p ‘ 1 8 0d O 肘 l ‘ J 。 J 悯 ．p ‘ ，2 a ，R M p ‘ J 0 d O J R rd r -．．p *ot[R 2- 尺 2】 分别求出质量在 、 Y方向的静矩 r 2 a r R ’ J 。 s i n 0 d 0 J R 一 --p [ e o s 2 o t - l l [R 3_ i R 3 】 ．2 p s i n 2 a [ Rs _ R- x 3 ]． 3 ，缸 r R M r p J 。 c o s O d O J ps i n 。2 o t [ R 3 _ 3】 其重心坐标为 丝 p s i n 2 o t [ R 2 - 3 - R R _ x 2】 3 ] M - - 一 啵 2 - R 2 1 s i n 2 o t 3 R 2 - s R x x 2 ．． 3 c t 2 R- x __ M 3 w [ R ‘ 2 _ R 2 1 ．2s i n 2 o t 3 R 2 - s R x x 2 ．． 3 c t 2 R - x 确定重心坐标 以后根据零点定位 。旋转转盘至 重心位置处 ， 再 向左或右旋转 3 5 。 ， 根据铣削去重质 量 。 确定铣削深度 ， 这样就可计算出重心坐标位 置 一 z 一 式 中 吃刀 宽度 工件密度 ； 2 仅 铣削角度 。 即回转角。 2软 件实现 动平 衡 机 的测 试 系统 的核 心是 软件 ．选择 D e l p h i 7 ． 0作 为 软件 开 发 平 台 。D e l p h i 7 ． 0是 基 于 V o 1 ． 3 0 N o ． 1 2 动平衡机的算法研究与软件实现 罗国富，等 第 3 0 卷第 1 2 期 O b j e c t P a s c a l 语言的面向对象 的开发工具 ，使用它 的集 成 开发环 境 ， 编 程人 员 可 以很快 地 建立 应 用 程 序。D e l p h i 7 ． 0是集设计 、 运行和调试为一体的集成 开发 工 具 ， 开 发 的动 平衡 测量 校 正 系统 具有 面 向对 象的可视化窗体模块 ， 操作方便 、 简单易懂。动平衡 机软件设计流程如图 2所示。采用组件技术编写模 块代 码 。软件 设 计遵 循可 编 程思 想 ， 除 框架 程 序 外 的所有模块源代码均可 自行编写 ， 模块 的可扩充性 以及源代码的开放对用户的使用更加方便和可操作 性 。 图 2动平 衡 机 软 件设 计 流 程 图 系统的不平衡量大小及相位的解算是通过在 D e l p h i 7 ． 0软件平 台上 实现 的 。 设计 面板 主要 由 6部 分组成 不平衡量测量 、 不平衡量校正、 设置参数及 组号管理 、 系统标定 、 系统 自检 、 系统信息。不平衡 量测 量包 括单 面测 量 、 双 面测 量 极 坐标 法 和 双 面 测量 A B C影 响 系数法 ； 不平 衡量 校 正部 分包 括单 面铣削 ， 单面立钻， 单面侧钻和双面校正 ； 去重参数 的设置包括去重时伺服电机进给量 、 钻削速度等的 设置 。在使用本系统时， 首先单击参数设置按钮， 弹 出参 数设 置对话 框进行 参数设 置， 然后 进入 系统 。 此 时 系统首 先启 动 伺服 电 机并 加速 至 指定 速度 ， 然 后 进行 不平 衡 量 的测 量 、 显 示 ， 经 过 系统标 定 后 ， 通 过 直流伺服系统进行精确的定位， 然后启动单面铣削， 控制伺服电机进行去重平衡。 3 模块 框架程 序 的设计 1 测 量模块 框 图 单面不平衡量测量及校正页面如图 3所示 ， 左 半部 自上而下分别为不平衡量图形显示 、 不平衡量 测量结果和系统说明显示框 ； 右半部 自上而下分别 为不平衡量测量 、 工件找正 、 铣刀进给控制、 大盘控 制 和不平 衡量校 正 五大部 分 。左半 部分用 于测 量及 系统数据显示 ， 右半部分用于系统控制。 由于篇幅所限现给 采集数据部分程序代码 p r o c e d u r e T f r m T e s t _ b i t A c q u D a t a C l i c k S e n d e r T O b i e c t ； be g i n f o r i 0 t o i n t S a mp l e R a t e d i v u s C h a n N u m 一 1 d o b e g i n i f i mo d 2 0 0 t h e n b e g i n i f c hk Ch a n 0． Che c k e d t h e n me mo i ． 1 i n e s ． Ap p e n d 数据 I n t T o S t r i ～ 一 I n t T o S t r i 1 9 ； i f c hk Ch a n 1 ． Che c k e d t he n me mo 2 ． 1 i n e s ． Ap - p e n d 数据 I n t T o S t r i ～ 一 I n t T o S t r i 1 9 ； i f c h k C h a n 2 ． Ch e c k e d t h e n me mo 3 ． 1 i n e s ． Ap p e n d 数据 I n t T o S t r i - _ _ 一 I n t T o S t r i 1 9 ； i f c h k Cha n3 ． Ch e c ke d t he n me mo 4． 1 i n e s ． Ap p e n d 数据 I n t T o S t r i ～一 I n t T o S t r i 1 9 ； e n d； e n d； e n d ； 图 3不 平衡 量 测 量 及 校 正 页面 2 系统标定模块框图 点击标定按钮 ． 弹出立式硬支撑平衡机标定页 面 如 图 4所 示 ． 首 先 进行 无 试 重 测 试 ． 然后 输 入 试 重质 量 、 加 试重 处 半径 、 试 重 位置 试 重 所加 处 的相 位 ， 点击加试重测试 ， 完成标定。注意标定时主轴 电机的启动 和停止通过单面不平衡量测量及校正 页面的“ 主轴运行” 及“ 终止测量” 按钮进行控制。点 击保存按钮 ， 完成不平衡量的测量结果的保存 。 一 - a | | 幕 蕊 ～ 蠢 | 遵也 i ； ≈ { ； i ⋯ ． ～ 叠 5 镯 钧t 婚 薯 学专u一⋯一 一 ⋯ 一 一 - 一 ～ | t }曩避 重 日 毒t 0| 1 穗畦饕静 碡 0靠 “ 、蠹强 誊 警 。 一 ⋯ 。 。 酶_ 巍燕氍 _ 茕3蒋～⋯～ 曩鼍 枢’畦 警 I} 诲 氇 氇 椎堪 ～⋯一 矗毫 誊一 磷锅鼬 螭 0口 ||z 赫羲 镪鼍强蕊、 |_ 图 4立式硬 支撑平衡机标定 4实验 结果 以单面立式硬支撑型飞轮平衡机为研究对象 ， 对于单面测量动平衡机的不平衡量 ， 采用矢量合成 第 3 O卷第 1 2期 2 0 0 9年 l 2月 煤 矿 机 械 Co a l M i ne Ma c hi n e r y V0 1 ．3 O No ． 1 2 De c ．2 O 0 9 改进的复摆法测复杂零件转动惯量及仿真分析 西京学 院， 西安 7 1 0 1 2 3 摘 要 通过分析推导复摆运动方程 ， 在物体质心位置未知条件下 ， 得到 了测试复杂零件转动 惯量的方法。运用 A D A MS虚拟测量技 术验证 了该方法的可行性 ，通过创建传感器和命令仿真脚 本 ， 使被测零件做无阻尼 自由振动 ， 改变旋转轴的位置， 进行 多次仿真 实验 ， 证明该方法行之有效。 关键 词 转 动惯 量 ； 复摆 法 ；虚拟 测量 ； 误 差 分析 中图分 类号 T P 3 9 1 文献 标 志码 A 文章 编 号 1 0 0 30 7 9 4 2 0 0 9 1 20 0 5 30 3 M e a s u r e me n t o f Ro t a t i o n a l I n e r t i a o f Co mp l e x Pa r t s wi t h I mp r o v e d Co mp o u n d ．- - p e n d u l u m Th e o r y a n d S i mu l a t i o n L1 U S h o u - f a X ij i n g U n i v e r s i t y ， X i ’ a n 7 1 0 1 2 3 ， C h i n a Ab s t r a c t Wi t h t h e a n a l y s i s o f c o mp 0 u n d p e n d u l u m mo t i o n e q u a t i o n ，a me t h o d t o d e t e r mi n e t h e r o t a - t i o na l i n e r t i a o f c o mp l e x pa ns i s o b t a i ne d wi t h o ut a n a l y z i ng o f t he c e n t r o i d po s i t i o n ，a n d fin a l l y ，t h e f e a s i b i l i t y o f t h e me a s u r e me t h o d i s v e ri fi e d b y ADAMS s i mu l a t i o n me t h o d ． Ke y wo r ds r o t a t i o n a l i n e r t i a；c o mp o un d p e n d ul u m t h e o ry ；v i rtua l me a s u r e me n t ；e r r o r a na l y s i s 1 复杂零件转动惯量测试方法 微振动时 0很小 ， 可以使 s i n 0 ， 因此式 1 复杂零 件转 动惯量测试原理见图 1 ， 被测零件 可近似为线性方程 处于平衡位置时 ，设被测件质 心到零 件上定点 A m g n 0 - L O 0 2 的距 离为 口 ， 旋转轴 到定点 A 的距 离为 L， 使物体 固有频率 一 微小 角度 后释放 ， 由牛顿第二定律得微分 ∞ 巫 m g ． a - L V J o 3 方 程 一 ． m g n n 一 ， J s i n 0 0 1 则被测件相对于旋转轴的转动惯量 式中 一 被测 件相 对于 旋转 轴线的 转动 惯 量； ≥m g ． a - L 4 一 竺 苎 再 由 移 轴 理 ， 便 得 到 物 体 绕 质 心 的 转 动 惯 被 测 零 件 的 角 位 移 。 一 ⋯⋯⋯一’⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一 图 1 测 试 原 理 图 4- m g ． a - L 一 m a - L 5 对于外形简单的零件 ． 可 以通过悬挂法测得质 心位置 ， 继而得到质心至零件上定点 A 的距离 a ， 代 入式 5 即可得物体绕质心 的转 动惯量 ； 但对 于外 法与影响系数法相统一 ， 对不平衡量 的标定 ， 通过在 [ 3 ] 张金安． 曲轴动平衡机改造技术 研究[ D t 京 清华大学， 2 0 0 5 ． 转速是 1 2 0 0 r ／ s的工作转速下测得 的实验数据 初 [ 4 ] 杨晓红 不平衡量信号的 精密谱分析及其在砂轮动平衡测控仪中 试 重测量 结 果 ， 测得 振 动量 为 3 6 ． 5 0 8 L2 9 7 ． 2 g ． m m， 的 应用[ D ] ． 杭州 中国 科学院， 2 o o 6 去重后测得的结果为 3 ． 9 7 0 2 3 2 ． 4 g ． m m。 在测量过 [ ] 刘健 多工位全自 动动平衡机设计方法及关键技术研究[ D ] 杭 不 了 毒 专 、 妻 季 鬟 柔, 2性00串5 式 振 动 系 统 的 高 精 度 动 不 平 衡 测 量 研 究 ． 度 达 到9 0 ％ 以 上 ，从 而 验 证 该 软 件 算 法 实 现 的 正 确 一 海 交 通 大 学 电 子 信 息 与 电 气 ； 程 学 2 0 o 7 ． ～ 性 。 [ 7 ] 何鹏飞 ．D 。 l p h i 7程序设计教 程[ K] ． 北京 清华大学 出版社 ， 2 o o 3 ． 参考文献 _ _ _ [ J ] ． 液压与气 动， 2 0 0 4 9 4 3 - 4 6 ． 息化协 同制 造 ， 已发 表论文多篇 ， 电子信 箱 w e n x i a 0 l 0 n g ． 1 8 s i n a ． [ 2 ] 白 志刚， 唐 贵基 ． 一 种 转 子动 不 平衡 信号 幅 相特 征的 提 取方 法 竺 [ J ] ．电力 科学 与工程 ， 2 0 0 2 4 6 9 7 0 ． 收稿 日期 2 0 0 9 - 0 7 - 2 1