通风机振动测试虚拟仪器的研究与开发

1通风机振动测试虚拟仪器的研究与开发摘要：本文构件了采用虚拟仪器技术进行通风机振动测试的硬件平台；采用LabVIEW开发平台，开发了集信号采集、分析、存储和测试报表生成等功能于一体的振动信号测试虚拟仪器；采用该仪器对红石崖煤矿通风机进行振动测试，表明该仪器满足测试要求，并能为故障诊断提供依据，提高测试的自动化程度。关键词：通风机；振动；虚拟仪器；LabVIEW中图分类号：DevelopmentofVirtualInstrumentforFanVibrationTestingAbstract:Theplatformofvirtualinstrumenttechnologybasedfanvibrationtestingwasestablished;Thevirtualinstrumentforfanvibrationtesting,whichhadthefunctionsofsignalacquisition,analysis,storageandreportforms,wasdeveloped;ThedevelopedvirtualinstrumentwasappliedinthefanvibrationtestingofHongshiyaMine,theresultsindicatedthattheinstrumentsatisfiedtherequestsoftestandcouldofferbasisforfailurediagnose,andthisimprovedtheautomationoftest.Keywords:FanVibrationVirtualInstrumentLabVIEW1.引言通风机是煤矿安全生产的关键设备，担负着向井下输送新鲜空气、排出粉尘和污浊气流，确保矿井安全生产的重任。通风机运行时，振动是影响风机安全运行的关键因素之一，据统计振动故障占风机故障的60%以上[1]。为保证通风机安全、稳定、经济地运行，《煤矿安全规程》要求，生产矿井主通风机在安装后、生产运行前，应进行振动性能测试；同时要求在使用过程中应定期对主通风机进行振动性能测试，获知设备负载运行的实际情况，检验运行的品质，诊断潜在的不利因素，以改进煤矿通风管理，优化通风系统运行状态，保证设备高效、安全、经济地运转。2.振动测试原理振动参数主要有位移、速度及加速度，以及有这三种参数构成的统计量如峰峰值、均方根值、平均值等。在这些统计量中，均方根值是表示振动信号中各频率分量的能量的综合影响，表征着振动的威力或破坏能力，称为振动速度。因此，通风机性能测试中振动烈度以振动速度均方根值作为评价指标[2]。在各个测量方向和测量点上，对于刚性支撑，测得的振动速度均方根值4.6rmsvmm/s；对于刚性支撑，测得的振动速度均方根值7.1rmsvmm/s。振动速度可表示为：2201TrmsvvtdtT式中：rmsv——振动速度均方根值，mm/s；vt——随时间变化的振动速度函数，mm/s；T——振动周期，s；t——时间自变量，s。3.系统硬件组成基于虚拟仪器的振动测试仪由硬件和软件两部分组成。硬件部分主要包括传感器、信号调理电路、采集卡和计算机四部分。系统中的振动传感器采用压电加速度传感器LC0121，其频率范围为0.7Hz~10kHz，分辨率为0.0002g，灵敏度为150mV/g；信号调理采用LC0207恒流源模块完成。采集卡采用NI公司的基于PCI总线的DAQPad-6014，该采集板有16条模拟输入通道，12位逐次逼近式A/D转换器，三个8位的TTL电平数字输入输出端口，2个16位定时/计数器；主机采用普通计算机。虚拟仪器的硬件组成框图如图1所示。加速度传感器信号调理电路计算机设备驱动LabVIEW开发平台振动测试软件加速度传感器加速度传感器数据采集卡图1虚拟仪器的硬件组成框图振动信号通过压电加速度传感器获得，通过信号调理电路将振动信号转换为标准信号；数据采集卡将采集到的电压信号转换为计算机能够处理的数字信号；通过设备驱动程序，数字信号进入计算机；在LabVIEW平台下，运行编制的振动测试软件，对获得的振动信号进行滤波、异值剔除，并通过相关算法和程序实现振动测试所要求的参数。4.系统软件设计在虚拟仪器测试系统中，硬件电路仅对信号进行简单的处理，大部分的功能模块都由软件实现。对通风机进行振动测试的目的为：判断通风机运行是否满足安全运行的要求以及对通风机进行故障诊断和分析提供依据。因此系统软件的设计也以保证这两个基本功能为前提进行设计。为使振动测试程序能够作为通风机性能测试软件的子程序，对振动测试程序的开发采用面向对象的编程思想，严格的结构层次，独立的模块化设计方法进行设计。本系统的软件部分采用LabVIEW语言进行编程。根据以上分析，设计测试仪器的软件功能结构如图2所示：振动测试主程序数据记录参数设置数据回放数据分析生成报表图2系统软件功能结构图(1)振动测试主程序。加载测试系统硬件的驱动程序，并完成振动测试程序的初始化，该部分为虚拟仪器软件的载体。(2)参数设置。包括数据采集卡参数的设置与滤波器参数的设置。(3)数据记录、数据回放。用以对振动测试的数据进行记录于回放，为通风机不同时期振动数据的比较与故障诊断提供依据。(4)数据分析。用于实现对通风机振动信号的分析。包括振动信号的滤波处理、频谱分析、以及振动加速度峰峰值、振动速度值、振动位移峰峰值等振动烈度评价指标，并据此评判通风机振动指标是否符合安全要求。(5)报表生成。在振动测试之后，测试仪器可生成振动测试的报表，得到振动测试的结果。35.测试系统实验与结论采用开发的通风机振动测试虚拟仪器，对红石崖的通风机进行现场测试，得到的振动速度如表1所示，其中V为垂直方向，H为轴向，A为径向。表1红石崖通风机振动速度测点1#风机振动速度(mm/s)2#风机振动速度(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对1#风机和2#风机的测试数据进行比较分析可以看出，2#风机在各个方向上的振动速度较为平均，且2#风机在各个测试点测得的振动速度数值rmsv4.6mm/s，表示2#风机振动没有超过国家标准的规定，符合安全要求；而1#风机的测试数据中，径向的振动速度均偏大，超出标准要求，因此判断1#风机为存在故障，应进行维护。从1#风机测试数据可以得出风机振动特征为径向振动大，而轴向振动较小。因此估计造成振动偏大的原因为通风机转子不平衡。通风机转子不平衡故障的原因可能为：装配不当、转子上附有介质（如灰尘）、转子磨损、转子破裂或丢失部件。由于1#风机为刚刚安装的新风机，因此估计振动产生原因为装配不当，建议对1#风机安装进行调整。参考文献：[1]李春华，肖洋，矿井通风机振动故障诊断，黑龙江科技学院学报[J]，2006.7Vol16No.4，237~240.[2]中华人民共和国安全生产行业标准AQ1011-2005，煤矿在用主通风机系统安全检测检验规范.