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發動機葉片振動測試系統


測試過程中可能出現的問題和解決方法

在對葉片的應力、應變穩定狀態測試時,如發現應變值曲線光滑但其值出現異常時應停止測試。應變值曲線光滑可以排除測試葉片上的應變片脫落或粘貼不可靠,應檢測應變儀是否發生零點漂移或補償片上的應變片是否脫落或粘貼不可靠。因為應變儀器的零點漂移或補償片上的應變片是否脫落或粘貼不可靠將影響應變儀的電阻平衡。在該測試系統中采用相鄰工作的半橋線路。

發動機葉片振動測試系統是歐開公司為中航某廠做的試驗室建設項目。

航空發動機的葉片是發動機上最重要的機械設備,為了保障發動機的穩定工作,需要對葉片在生產后進行嚴格的振動疲勞測試。該試驗是一個多參數、多計算的測試診斷試驗。系統包含兩部分,一部分是激勵,另一部分是測試。在試驗過程中,要求長時間、高精確測試,如果采用人工手動測試,工作量非常大,并且誤差也非常大。為了解決這一問題,我公司聯合某葉片生產廠家,研制了這套基于PXI總線的虛擬儀器測試系統。公司推出的葉片振動測試系統是針對航空發動機葉片振動檢測研制的多參數、快速、綜合、自動化的檢測系統。該系統測試功能包括航空發動機葉片的信號激勵、應力大小、應力分布、共振頻率、疲勞壽命參數等。


系統測試原理:

R1=R2=R3=R4=R

R2——補償應變片,粘在與被測試件材料相同的不受力的補償件上。

R1——測量應變片,粘在與被測試件上。

當正常工作時,電橋的橋臂R1有電阻增量△R1,電橋的橋臂R2有電阻增量△R1=0,而R3R4臂為固定電阻R(△R3=R4=0),半橋輸出電壓為:

Uo=(R1/R1)Ui/41

1)式中△R1/R1——R1由于葉片振動引起的電阻變化率;

當補償應變片上的應變片脫落或粘貼不可靠時將引起R2的電阻變化率為△R2/R2;即Uo=(R1/R1-R2/R2)Ui/4(2

(2)可知輸出電壓Uo將受到影響,即測試葉片上的應變值是錯誤的。

● 在對葉片進行應力、應變測試時,如出現測試界面中應變片最大值的位置不確定或應變值曲線不光滑時可能出現應變片脫落或粘貼不可靠和葉片出現裂紋或損傷。

 在對被測試葉片的共振頻率進行搜索過程中,出現搜索頻率誤差過大或不準確的原因:

a. 在搜索試樣共振動頻率時,應先設置激勵源輸出頻率的上限、下限、掃描時間和掃描步長,盡量使激勵源的輸出頻率變化不能太快。如果輸出頻率變化太快會出現搜索頻率誤差過大。

b. 在搜索試樣共振動頻率時,應時時觀察測試界面中的應變值曲線。如發現應變值曲線不光滑時,應停止該次測試。應檢驗葉片上粘貼的應變片是否粘貼好或檢測電源是否穩定。

 疲勞壽命觀測值出現異常的情況:

a. 關于過大疲勞壽命觀測值,其中一個重要原因是,由于操作不慎,在調試設備過程中,施加一兩次過大負載,從而引起強化效應。

b. 關于疲勞壽命觀測值過小,可能是由于試樣本身材質異常、加工缺陷等原因所致。此外,載荷偏心、機器的側振以及跳動量過大等也會導致疲勞強度的降低。

 在該系統的測試中由于對葉片振動的振幅值采用人工觀測光學鏡讀取振幅值,由于人為的誤差從而導致出測試最大應力點的直線方程出現較大的誤差。

本系統提出了一種基于PXI總線的發動機葉片振動參數測試方法和算法。這些測試方法和算法符合航空工業部標準,并借鑒了國際上的先進測試方法和算法。實際應用表明,該系統穩定、可靠、實用,具有推廣價值。

測試系統由計算機、PXI系統、應變儀組成。計算機通過PXI擴展控制器完成對各PXI模塊的控制和測試數據的傳輸。任意波形發生器模塊用于提供激勵信號源。應變儀主要是對葉片上的應變片信號的補償、調平衡和放大。PXI數據采集模塊用于采集應變儀輸出的放大信號。所有PXI模塊都安裝在8PXI機箱里。計算機控制任意波形發生器產生一激勵信號源經過放大去驅動振動臺使振動臺上的葉片進行振動,從而使粘貼在葉片上的應變片的電阻發生變化而導致電壓變化,變化的電壓信號經過應變儀器進行放大處理再傳送到A/D模塊,最后計算機通過控制器讀取A/D數據。


硬件配置

1. 工控機

2. PXI-1030  8PXI機箱

3. PXI-2020/PCIe-2020PXI擴展控制器

4. PXI-7030  100MS/s14-bit任意波形發生器

5. PXI-6023  250KS/s14-bit24通道并行數據采集模塊2

6. 6通道的應變儀

該系統的測試功能主要分應力測試、試彈性模測試和疲勞測試三部分。

葉片振動測試系統軟件是利用MicrosoftVisualStudio2010開發平臺,運行于WindowsXP環境下的、具有友好的可視化人機交互界面、性能穩定、功能齊備的自動化數據采集測試系統。


我臣服在翁公胯下
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