Устройство для определения остаточного ресурса технических объектов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЬБКТОВ, содержащее последовательно соединенные преобразователь и усилитель, регистратор, отличающееся тем, что, с целью .расширения области применения и повышения точности прогноза, оно содержит блок оценки скользящего среднего, блок анализа, первый и второй элементы задержки, перВ1Ый, второй и третий блоки памяти, блок ;сравнения , первый, второй и третий сумматоры, блок синхронизации, блок вычитания, регистр сдвига, блок совпадения и блок оценки числа повреждений, первый, второй, тре.г тий и четвертый входы первого блока , памяти йодключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам блока анализа, первый и второй входы которого соединены соответственно через блок оценки скользящего среднего и первый элемент задержки с выходом усилителя , первый вход второго блока Псмяти через первый cyi oiiaTOp под;ключен к пятому выходу блока анализа и первому входу блока сравнения , второй вход которого подключен к выходу третьего блока памяти , первый вход которого соединен с вторым входсм устройства, а второй вход - с первым выходом блока синхронизации , второй выход которого подключен к пятому входу первого блока памяти, а третий выход к вторюму входу второго блока паО ) мяти, блок оценки числа повреждений , первых, вторьм, третьим и четвертьм входами соединен с третьим входом устройства, а пятьм входом - с выходом регистра сдвига, вход которого подключен через второй элемент задержки к выходу блока вычитания и выходу второго О сумматора, первые и вторые входы о:) которых подключены соответственно к первому н второму выходам перво- . to го блока памяти, первый вход блока совпадения через третий сумматор соединен с выходом блока оценки чисЮ Ю ла повреждений, второй вход - с выходом блока сравнения, а выход с третьим входом второго блока памяти , четвертый вход которого подключен к шестому выходу блока анализа, а выход - к входу регистратора

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(Ю G 06 W 15/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

t (21) 3507554/18-24 (22) 29 ° 10.82 (46) 23,.12„83. Бюл 9 47 (72) В.В.Болотин, A,.A.Áóðáà, Н,.Н..Добромыслоз и П.И,Чинаев (71) Институт машиноведения им, А..A.. Благонравова (53) 681. 326 (088 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 815587, кл. G 01;N 3/32, 1979

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 823956, кл, G,01 и 3/06, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР

В 729482, кл. 6 Ol: и 3/06, 1976 (прототип).

4, Авторское свидетельство СССР

9 656075, кл. G 06 F 15/36, 1977. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕД)ЛЕНИЯ .ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ТЕХНИЧЕСКИХ

ОБЬЕКТОВ,.содержащее последовательно соединенные преобразователь . и усилитель, регистратор, о т л ич ающее с я тем, что, с целью .расширения области применения и позняения точности прогноза, оно содержит блок оценки скользящего среднего, блок анализа, первый и второй элементы задержки,. первый, второй и третий блоки памяти, блок

:сравнения, первый, второй и третий сумматоры, блок синхронизации, блок вычитания, регистр сдвига, блок совпадения и блок оценки числа повреждений, первый, второй, тре.тий и четвертый входы первого блока памяти йодключены соответственно к первому, второму, третьему и четÄÄSUÄÄ 722 A вертому высодам блока. анализа, первый и второй входы которого соединены соответственно через блок оценки скользящего среднего и пер вый элемент задержки с выходом усилителя, первый вход второго блока памяти через первый сумматор под;ключен к пятому выходу блока анализа и первому входу блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу третьего блока памяти, первый вход которого соединен с вторым входом устройства, а второй вход- с первым выходом блока синхронизации, второй выход которого подключен к пятому входу первого блока памяти, а третий выходк второму входу второго блока памяти, блок оценки числа повреждений, первыа, BTopbM третьим и четвертьм входами соединен с третьим входом устройства, а пятью входом. - с выходом регистра сдвига, вход которого подключен через второй элемент задержки к выходу блока вычитания и выходу второго сумматора, первые и вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам первого блока памяти, первый вход блока совпадения"через третий сумматор соединен с выходом блока оценки числа повреждений, второй вход - с выходом блока сравнения, а выходс третьим входом второго блока памяти, четвертый вход которого под- . ключен к шестому выходу блока анализа, а выход — к входу регистратора

1062722

Изобретение относится к устройствам для определения накопления усталостных гговреждений в узлах и элементах конструкций и Машин и может быть применено для оценки величины.усталостных повреждений и остаточного ресурса в различных узлах и элементах конструкций и машин, находящихся в реальных условиях эксплуатации, что позволяет оценивать их надежность и уточнять сроки проведения профилактических мероприятий, Известно устройство для контроля усталостного разрушения изделий, содержащее преобразователь действующих напряжений, подключенный через усилитель к регулируемому пороговому элементу и параллельным каналам, каждый из которых включает последовательно соединенные пороговый элемент, формирователь, счетчик. циклов и блок заполнения, индикатор диапазона, к входам которого подключены выходы всех каналов, подключенные также к. входам регулируемого порогового элемента, который подключен выходом к сигнализатору перегрузки, первый коммутатор, подключенный между формирователями и счетчиками циклов, второй коммутатор, подключенный между счетчиками и блоками заполнения, первый и второй блок управления и последовательно соединенные блок . ввода информации, входы которого подключены к выходам счетчиков и блоков управления, ячейку памяти и блок установки, другие входы которого подключены к первому и второму блокам управления, а выходы — к вторым входам счетчиков, второй блок управления входом под" ключен к выходу блока заполнения, а выходами подключен к первому и второму коммутаторам, входам счетчиков, блоку ввода и регулятора (1 ).

Недостаток устройства — невозмож ность учета медленно меняющейся составляющей процесса нагружеиия

Известно также устройство для измерения усталостной долговечности машиностроительных конструкций, .содержащее тензометрический преобразователь, измерительный усили:тель, подключенный к входу фильтра с перестраиваемой частотной характеристикой, последовательно! соединенные блок среднеквадратических отклонений, вход которого подключен к выходу фильтра, блок нелинейного преобразования и регистра тор, задающий блок параметров фильтра и блока нелинейного преобразования, подключенный к их управляющим входам; подключенный к выходу измерительного усилителя формирователь, выполненный в виде N параллельно соединенных фйльтров низких частот (ФНЧ) с последова-. тельно возрастающими частотами среза, выходы которых через соответствующие ключи подсоединены к входу фильтра с перестраиваемой частотной характеристикой, 8 — 1 цепи управ ления, каждая из которых включает последовательно соединенные диффе10 ренциальный усилитель, входы которого подключены к двум смежным ФНЧ, пиковый детектор, блок сравнения и общие для всех цепей блок управления, подключенный выходами к управляющим входам ключей, и эадатчик опорного сигнала, выход которого подключен к инвертирующим входам всех блоков сравнения 2 .

Недостаток устройства - невозможность достоверного прогноза остаточного ресурса при широкополосных режимах нагружения

Наиболее близким по технической

25 сущности к предлагаемому является устройство для диагностики ресурса деталей механизмов и машин, содержащее последовательно соединенные преобразователь, усилитель, блок сбора информации, блок обработки информации и регистрирующее устройство (3 ).

Недостатком этого устройства

35 является невозможность учета слож.: ных циклов нагружения, Цель изобретения — повышение точности прогнозирования остаточного ресурса конструкций и машин при наличии медленно изменякщейся составляющей и широкополосном характере процесса нагружен@я, Число повреждений изделия эа основной цикл,Щ подсчитываем по следующей зависимости где М г . ",, „ - задан.ые постояннйе, характеризующие циклическую прочностьу

Ь,,,э,„„,зс,,,, з„, . - амплитуды и сРедние значейия соответственно основного цикла и внутреннего циклов

k - число внутренних циклов, содержащихся в данном основном цикле .

Под основным циклом понийается отрезок реализации случайного процесса воздействия S(<}, в общем случае нестационарного, ограничен65 иый двумя соседними положительными

1062722 пересечениями процессом его текущего среднего уровня. В пределах основного цикла выделяются последовательности максимумов и минимумов процесса 5(C), которые обозначаются соответственное „и е,„Среди найденных экстремумов выделяется наибольшиймаксимум щах у наименьший минимум ITli s min. Параметры основного цикла е „и е „определяются по соотношениям юг= — 2 (" так п " в(n ) (Параметры i -го внутреннего цикла

Ьа, и э (,-оцениваются по зависимостям ( сф,.-(щах. т и; ) <

1 (Очи 2 (пзах (ъ\10 ) гдеъ,„.и е„„„. — соответственно мак. симальное и минимальное значения

;(-й пары соседних экстремумов (3-го внутреннего цикла) Использованные при формировании основного цикла абсолютные экстремумы таке так иminsm „при этом не учитынаютс,я

М1 О

Если основной цикл содержит один максимум и один минимум, то внутренних- циклон нцт, Следует иметь ввиду, что, если какое-либо из слагаемых в формуле(1} окажется меньше единицы, его необходимо принять равным нулю, Суммируя значения числа повреждений на каждом -м цикле, в.памяти целесообразно сохранять тольи ко те значения ))„ = ë (n- чиси ло циклов Y которые соответствуют заданным приращениям наработки л = 1 (,-1 (например,h+ 100 ч работы, 100 км пробега, один полет . и т,п.)

Цель изобретения достигается тем, что устройство для определения остаточного ресурса технических объектов содержит блок оценки скользящего среднего, блок анализа, первый и второй элементы задержки, первый, второй и третий блоки памяти., блок сравнения, первый, второй и третий .сумматоры, блок синхронизации, блок вычитания, регистр сдвига, блок совпадения и блок оценки числа повреждений, первый, второй, третий и четвертый входы первого блока памяти подключены соответст- венно к первому, второму, третьему и четвертому выходам блока анализа, первый и второй входы которого соединены соответственно через блок оценки скользящего среднего и перный элемент эадержки с выходом усилителя, первый вход второго блока памяти через первый сумматор подключен к пятому выходу блока анализа и первому входу блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу третьего блока памяти, первый вход которого соединен с вторым входом устройства, -t0 а второй нход — с первьм выходом блока синхронизации, второй выход которого подключен к пятому входу первого блока памяти, а третий выход — к второму входу второго бло15 ка памяти, блок оценки числа повреждений, перньм, нторьм, третьим и четвертым входами соединен с третьим входом устройства, а пятым входом — с ныходом регистра сдвига, вход которого подкчючен через второй элемент задержки к выходу блока нычитания и выходу второго сумматора, первые и вторые входы которых подключены соответственно к

25 первому и второму выходам первого блока памяти, первый вход блока совпадения через третий сумматор соединен с выходом блока оценки числа повреждений, второй входс выходом блока сравнения, а выход - с третьим входом второго блока памяти, четвертый вход которого подключен к шестому выходу . блока анализа, а выход — к входу регистратора.

На фиг 1 представлена блок-схема устройства для определения остаточного ресурса технических объектову на фиг 2 — функциональ40 ная схема блока оценки скользящего среднего, которая составлена на основе источника (4 ); на фиг 3 то же, блока анализа; на фиг 4 то же, блока оценки числа понрежде45

Устройство содержит преобразователь 1, усилитель 2,блок 3 оценки скользящего среднего, блок 4 анализа, первый элемент 5 задержки, первый блок 6 памяти, блок 7 сравнения, первый сумматор 8, второй блок 9 ,памяти, третий блок 10 памяти,. блок ll синхронизации, второй сумматор 12, блок 13 вычитания, регистр

14 сдвига, второй элемент 15 задержки, блок 16 оценки числа повреждений, третий сумматор 17, блок 18 совпадения, регистратор 19, Блок 3 оценки скользящего среднего содержит преобразователь 20 аналог . — частота, счетчик 21, блок 22 синхронизации, блок 23 выделения приращения сигнала, элемент И 24, запоминающий блок 25, сумматор 26.- Блок 4 анализа содержит блоки 27 — 29

65 сравнения, схемы 30 — 32 совпадения, 1062722

Устройство для прогнозирования остаточного ресурса технических объектов рафоаает следующим образом. Q}

Динамическая нагрузка в виде слу чайного нестационарного процесса

S(t) воспринимается преобразователем 1, где преобразуется в электри" ческий сигнал, и, усиленный в усиблок 33 первой производной, схемы

34 и 35 сравнения, ключи 36 и 37, счетчик 38 времени, счетчик 39 циклов, блок 40 логарифмирования, блоки 41 - 42 промежуточной памяти, запоминающие устройства 43 и 44, Блок оценки числа повреждений содержит блок 45 промежуто:ной памяти, блоки 46 — 47 произведения, блоки 48 и 49.вычитания, блоки, 50" "и 51 деления, блоки 52 и 53 возведения в 10 степень, схемы 54 и 55 совпадения, схемы 56 и 57 сравнения, сумматоры

58 и 59, блок, 60 нормирования, Вход усилителя 2 через преобразователь 1 подключен к первому входу 15 устройства, а выход соединен через блок 3 оценки скользящего. среднега с первым входом блока 4 анализа, а через первый элемент задержки

5 - co вторым входом блока,4. Пер- 20 вый, второй, третий и четвертый выходы блока 4 анализа подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому входам первого блока 6 памяти, а пятый выход — к первому входу блока 7 сравнения и через первый сумматор 8 к первому входу второго блока 9 памяти Второй вход блока 7 соединен с .выходом третьего блока 10 памяти, первый вход которого подключен к второму входу устройства, а второй вход — к первому:выходу блока 11 синхронизации, Второй выход блока 11 соединен с пятым входом первого блока 6 памяти, а третий выход - с вторым входом второго блока 9 памяти. Первый и второй выходы блока 6 подключены соответственно к первьи и вторым входам второго сумматора 12 и блока 13 вычитания. Выход блока 12 40 соединен с входом регистра 14 сдви: га, этот же вход которого через второй элемент 15 задержки подключен к выходу блока 13 Третий вход устройства соединен с первьм, вторым, 45 третьим и четвертым входами блока

16 оценки числа повреждений, пятый вход которого подключен к выходу регистра 14 сдвига, а выход — через третий сумматор 17 к.первому входу блока 18 совпадения, Второй вход блока 18 соединен, с выходом блока 7 сравнения, а выход - с третьим входом второго блока 9 памяти, четвертый вход которого подключен к шестому выходу блока 4 анализа, а выход — к входу регистратора 19. лителе 2, засылается в блок 3 оценки скользящего среднего и через первый элемент 5 задержки на вход блока 4 анализа . В блоке 3 оценивается текущее среднее значение s (t) случайного процесса s(t), которое подается на блок 4 анализа, где выделяется отрезок Реализации процесса s(41 (основной цикл), определяется в пределах цикла последовательность5ща„ и sщ1п выделяется наибольший максймум вагиз„ „ и наименьший минимум е)пВ„,.!„ а также осуществляется счет времени и числа основных циклов. Блок 4 .анализа функционирует следующим образом.. Случайный процесс s(t) с выхода первого элемента

5 задержки, который обеспечивает одновременный анализф(+)и j(t) полученного с блока 3 оценки скользящего среднего, поступает на входы схем 30 - 32 совпадения и блока 33 первой производной, С блока 33 вели-. чина з(Ц первой производной процесса s(t) поступает на схему 34 сравнения, где сравнивается с нулем.

Если з (Ц 0, что свидетельствует о возрастании процесса 9(ц, со схемы

34 подается сигнал, который открывает схему 30 совпадения, Процесс

З(1) через схему 30 поступает на вход блока 27 сравнения, на другой вход которого подается значение текущего среднего значения процесса с выхода блока 3 оценки скользящего среднего. В случае, когда э (4) 5 (Ц, т,е при наличии положительного пересечения случайным процессом своего текущего среднего значения, блок 27 выдает импульс о начале цикла на счетчик 38 времени, счетчик 39 циклов и ключи

36 и 37. В счетчике 38 идет подсчет времени, значение которого поступа-! ет с пятого выхода блока 4 анализа на входы. блока 7 сравнения .и первого сумматора 8 устройства.

Счетчик 39 накапливает импульсы о положительных пересечениях в(4) из(От.е. подсчитывает число основных циклов. Сигнал, пропорциональный этому количеству циклов, через блок 40 логарифмирования с шестого выхода блока 4 анализа зас!ылается на четвертый вход второго блока 9 памятн уатройства. Открывая своим импульсом ключ 37, блок

27 сравнения дает возможность прохождения сигнала со схемы 34 сравнения через ключ на схему 31 совпадения, которая открывается при наличии возрастающего участка процесса э(Ц. Эти значения со схемы 31 подаются на вход запоминающего устройства 44, где запоминается только последнее значение процесса перед сменой знака первой производ1062722

25 ной. Таким образом, с выходов запоминающего устройства 44 на блок

41 промежуточной памяти и блок 28 сравнения засылаются текущие максимальные значения процесса s(t) для.рассматриваемого основного 5 цикла. Причем в блоке 28 с помощью блока 41 осуществляется сравнение предыдущего максимального значения с последующим, и наибольшее из них (maxs ц,) выдается с выхода блока 30

28 сравйения на первый вход первого блока б памяти устройства. На второй вход блока б засылаются величины остальных максимальных значений (э mÄ) необходимых для формированйя внутренних циклов.

Открывая своим импульсом ключ 36, блок 27 сравнения дает возможность прохождения сигнала с блока 33 пер-. вой производной на схему 35 сравнения.. Схема 35 выдает сигнал на открытие схемы 32 совпадения, в случае, когда s (4) C О. С выхода схемы совпадения значения процесса э(1} подаются на вход запоминающего устройства 43, где запоминается только последнее значение процесса перед сменой знака первой производной..Таким образом, с выходов запоминающего устройства 43 на блок

42 промежуточной памяти и блок 29 сравнения засыпаются текущие минимальные значения процесса s(<) для рассматриваемого цикла. Работа блоков 29, 42 и 43 аналогична работе блоков 28, 41 и 44 . С выхода N блока 29 сравнении на третий вход блока 6 промежуточной памяти уегройства подается величина наименьшего минимума (ь М э,„л„) а на четвертый вход блока б с выхода блока 42 4Q засылавтся значения остальных минимумов(э„„;„,), необходимых для формированйя. внутренних циклов. .С выходов первого блока б памяти максимальные и минимальные значе- 45

tния по сигналам с блока 11 синхро низации подаются иа второй сумматор 12 и блок 13 .вычитания, причем в первую очередь поступают величиныранб и ming необходимые для определения параметров основного цикла-. С выхода сумматора 12 суммы максимумов и минимумов эасылаются в регистр сдвига 14 для оцент. ки полусумм этих. величин(Э „,. и эь.).

С выхода блока 13 разности макси- мумов и минимумов подаются через второй элемент 15 задержкй, для обеспечения очередности работы,. в регистр 14 сдвига для определения полуразностей этих величин (5,,„ иэ ), 60

Параметры основного и внутреййих циклов засылаются на вход блока 16 оценки числа повреждений. Блок 16 функционирует следующим образом.

45 промежуточной памяти вида- 65 ет параметры циклов на соответствующие блоки: з,„„- на блок 47 произведения, s m, — на блок 46 произведения, э — на блок 51 деления, s,. — на блок 50 деления. Блоки

47 и 51 совместно с блоком 49 вычитания и блоком 52 возведения в степень оценивают первое слагаемое формулы (1), характеризующее главный цикл. Постоянные + .„ г, m .и 6 поступают с первого входа устройства. Это вычисленное слагаемое подается на входы схемы 57 сравнения и схемы 54 совпадения. Схема 57 осуществляет сравнение значения слагаемого с единицей, и если оно больuie единицы, то схема 54 совпадения открывается и слагаемое поступает на вход сумматора 58. Когда величина этого слагаемого меньше единицы, схема 54 закрыта и, таким образом, слагаемое принимается равным нулю. Блоки 46 и 50 совместно с блоком 48 вычитания, блоком 53 возведения в степень и сумматором 59 оценивают второе слагаемое Формулы (1), характериэутацее внутренние циклы. Вычисленное слагаемое пода:ется на входы схемы 55 совпадения и схемы 56 сравнения, которые функционируют аналогично .схемам 57 н 54 .

В сумматоре 58 оценивается величина в квадратных скобках формулы (1), эасылаемая на вход блока 60 нормирования. На другой вход блока 60 подается постоянная М с третьего:входа устройства.- В этом блоке,осуществляется нормирование относительно величины И путем деления, т.е. оцени- . вается число повреждений Фа один основной цикл, которое поступает на вход третьего сумматора 17 устройства..

С выхода сумматора 17 дбщее число повреждений подается на вход схемы 18 совпадения. Схема 18 открывается блоком 7 сравнения только для тех значений числа повреждений 1)п, которые соответствуют эаданньзл приращениям наработки. î осуществляется путем сравнения заданного приращения наработки Ю,,, поступаю щего со.второго входа у™стройства через третий блок 10 памяти по сиг. налу с блока ll синхронизации, с текущим значением времени,<. подаваемьм с блока 4 анализа. Таким обра,зом, во второй блок 9 памяти поступают потребные значения меры. повреждений через схему 18 совпадения,, с выхода блока 4 анализа - значение логарифма числа циклов,.а .с выхода первого сумматора 8 — величина общего времени наработки 1п, По сигналам с блока 11 синхронизации эти значения выдаются с выхода второго блока 9 памяти на регистратор 19.

Устройство может быть применено для определения остаточного ресурса

1062722

10 и остаточного срока службы машин, конструкций н сооружений, элементы и узлы которых подвергаются действию циклических нагрузок c:ìèðîêèì спектром, а также. циклических нагрузок с медленно изменяющейся составляющей; наземные, водные и воздуш- ные транспортные средства, оборудование тепловых, гидравлических и атомных электростанций, магистральных трубопроводов, платформ для разработки континентального шельфа и т.п. Экономический эфФект обеспечивается увеличением среднего ресурса и срока службы за счет эксплуатации систем по техническому состоянию, а также предупреждения возможных крупных отказов и аварий.

Устройство позволяет также оценить фактическую эксплуатационную нагруженность существующих систем, что даст воэможность уточнить ресурсные расчеты вновь проектируемых систем, повысить показатели их надежности и долговечности, снизить металлоемкость.

1062722

1062722

Фиг. +

Составитель A-ЩРба текред и.Надь Корректор 5 Ð

Редактор Н.Лазаренко

Заказ 10220/51 Тираи 706 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, E-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Уигород, ул., Проектная, 4