Способ виброакустической диагностики машин периодического действия и устройство для его осуществления
1. Способ виброакустической диагностики машин периодического действия, включающий выделение периодических составляющих виброакустического сигнала и построение виброакустического вектора, по направлению и величине которого судят о виде и степени дефекта, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения достоверности диагностики путем увеличения степени разделения дефектов, перед построением вектора последовательным подавлением периодических компонент, обусловленных работой машины, выделяют случайные компоненты вибрации машины, измеряют координаты центра тяжести амплитудно-частотного спектра случайной компоненты и учитывают его наряду с амплитудами периодических компонент при построении виброакустического вектора.
2. Устройство для виброакустической диагностики машин периодического действия, содержащее последовательно соединенные вибропреобразователь, согласующий блок, блок управления и анализатор, выполненный в виде последовательно соединенных блока фильтров, блока распознавания и блока индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности диагностики путем увеличения степени разделения дефектов, анализатор снабжен преобразователем характеристик случайной компоненты, а блок фильтров выполнен в виде последовательно соединенных синхронных гребенчатых фильтров, каждый из которых содержит заграждающее и пропускающее звенья, причем выходы пропускающих звеньев соединены с входами блока распознавания, вход каждого последующего фильтра соединен с выходом заграждающего звена предыдущего фильтра, а выход заграждающего звена последнего фильтра через преобразователь характеристик случайной компоненты соединен с выходом блока распознания. Изобретение относится к гидромашинострению и может быть использовано для виброакустической диагностики гидравлических машин периодического действия - шестеренчатых, поршневых и плунжерных насосов и гидромоторов. Известен способ виброакустической диагностики машин периодического действия, включающий выделение периодических составляющих виброакустического сигнала и построение виброакустического вектора, по направлению и величине которого судят о виде и степени дефекта [1] Однако известный способ не позволяет диагностировать дефекты, приводящие к непериодическим (случайным) соударениям деталей машины, а также разделять дефекты, приводящие к росту одних и тех же периодических компонент. Известно устройство для виброакустической диагностики машин периодического действия, содержащее последовательно соединенные вибропреобразователь, согласующий блок, блок управления и анализатор, выполненный в виде последовательно соединенных блока распознавания и блока индикации [2] Недостатком этого устройства является недостаточная достоверность диагностики, обусловленная невозможностью использования информации о техническом состоянии машины; заключенной в случайной компоненте виброакустического сигнала и отражающей случайные соударения ее деталей. Целью изобретения является повышение достоверности диагностики путем увеличения степени разделения дефектов. Поставленная цель достигается тем, что по способу виброакустической диагностики машин периодического действия, включающему выделение периодических составляющих виброакустического сигнала и построение виброакустического вектора, по направлению и величине которого судят о виде и степени дефекта, пред построением вектора последовательным подавлением периодических компонент, обусловленных работой машины, выделяют случайные компоненты вибрации машины, измеряют координаты центра тяжести амплитудно-частотного спектра случайной компоненты и учитывают его наряду с амплитудами периодических компонент при построении виброакустического вектора. В устройстве, реализующем данный способ и содержащем последовательно соединенные вибропреобразователь, согласующий блок, блок управления и анализатор, выполненный в виде последовательно соединенных блока фильтров, блока распознавания и блока индикации, цель достигается тем, что анализатор снабжен преобразователем характеристик случайной компоненты, а блок фильтра выполнен в виде последовательно соединенных синхронных гребенчатых фильтров, каждый из которых содержит заграждающее и пропускающее звенья, причем выходы пропускающих звеньев соединены с входами блока распознавания, вход каждого последующего фильтра соединен с выходом заграждающего звена предыдущего фильтра, а выход заграждающего звена последнего фильтра через преобразователь характеристик случайной компоненты соединен с входом блока распознавания. На фиг.1 представлена схема устройства для виброакустической диагностики машин периодического действия; на фиг. 2а-2е частотная диаграмма работы устройства; на фиг.3 информационное пространство в координатах f c - частота случайной компоненты, кГц; U c уровень случайной компоненты, В; U п уровень периодической компоненты (оборотных гармоник), В; на фиг.4 области трехмерной призмы, ограниченные секущими плоскостями, полученными при распознавании по алгоритму кусочно-линейных дискриминантных функций. Устройство для виброакустической диагностики машин периодического действия содержит последовательно соединенные вибропреобразователь 1, согласующий блок 2, блок 3 управления и анализатор 4. Анализатор 4 имеет блок 5 фильтров, содержащий n синхронных гребенчатых фильтров, каждый из которых содержит пропускающее (п) и заграждающее (з) звенья, преобразователь 6 характеристик случайной компоненты, блок 7 распознавания и блок 8 индикации. Вход каждого последующего фильтра подключен к выходу заграждающего звена предыдущего, а выходы пропускающих звеньев фильтров присоединены к n входам блока 7 распознавания. Вход преобразователя 6 характеристик случайной компоненты присоединен к выходу заграждающего звена последнего фильтра, а выходы к m входам блока 7 распознавания. Выходы блока 3 управления подключены к входам тактовых импульсов фильтра. Способ виброакустической диагностики в описываемом устройстве осуществляется следующим образом. Вибрации корпуса, возникающие при работе машины, преобразуются преобразователем 1 в электрический сигнал, который через согласующий блок 2 поступает на вход блока 3 управления для синхронизации частоты тактовых импульсов, управляющих работой гребенчатых фильтров, и на вход анализатора 4. В анализаторе 4 сигнал поступает на вход первого гребенчатого фильтра, управляемого тактовыми импульсами блока 3 управления. Первой осуществляется селекция наиболее высокочастотной периодической компоненты. На выходе пропускающего звена первого фильтра содержатся только гармоники первой периодической компоненты, а на выходе заграждающего звена остальные n-1 периодических и случайных компонент (фиг.2б,2в соответственно). Далее n раз осуществляется селекция наиболее высокочастотной из оставшихся периодических компонент, в результате чего на выходе заграждающего звена последнего фильтра останется лишь случайная компонента. В преобразователе 6 сигнал от случайной компоненты преобразовывается в вид, удобный для работы блока 7 распознавания, и поступает на m входов блока 7 (фиг.2е). В качестве преобразователя 6 может, например, использоваться параллельный анализатор спектра, содержащий m фильтров. Далее в блоке 7 распознавания по этим m входам определяется центр тяжести виброграммы, полученной на выходе преобразователя 6. В исправном состоянии машины общий уровень случайной компоненты шумовой составляющей невелик и имеет примерно равный спектр (фиг.3I). По мере износа зубчатого зацепления центр тяжести виброграммы смещается влево (фиг.3III). При разрушении цапфы и роликов опорных подшипников растет высокочастотный спектр случайной компоненты и центр тяжести виброграммы смещается вправо вверх (фиг.3II). По остальным n входам блок 7 распознавания определяет положение вектора в пространстве n+2 измерений, где n число уровней периодических компонент; (n+1)-й и (n+2)-й параметры координаты центра тяжести виброграммы амплитудно-частотного спектра случайной компоненты, определяемой по n входам. Диагностика осуществляется в соответствии с алгоритмом кусочно-линейных дискриминантных функций, согласно которому многомерное пространство параметров разбивается кусками гиперплоскостей на непересекающиеся области, каждая из которых соответствует определенному техническому состоянию машины. Построение этих областей осуществляется на основе обучающей выборки (с машинами с известным техническим состоянием). При использовании в качестве периодической компоненты одной оборотной гармоники U п получается в пять областей, характеризующих различное состояние машины (фиг.4): I машина исправна; II разрушение подшипников; III износ зубьев шестерен; IV радиальное биение зубчатого венца; V одновременное наличие дефектов II и IV. Если вектор параметров находится в области I, то на блоке 8 индикации горит транспарант "Исправлен", если в области II, то горит транспарант "Дефект подшипника", если вектор параметров находится в области V, то на блоке индикации одновременно горят транспаранты "Разрушение подшипников" и "Радиальное биение зубчатого венца". Описываемые способ и устройство позволяют повысить достоверность результатов диагностики путем увеличения степени разделения дефектов, так как при диагностике используется информация о случайных соударениях дефектных деталей машин. Использование изобретения позволяет перевести на одноразовую сборку примерно 80% машин, для оставшихся машин осуществлять селективную сборку и повысить ресурс машин при эксплуатации на 20%
Формула изобретения
Способ виброакустической диагностики машин периодического действия, включающий выделение периодических составляющих виброакустического сигнала и построение виброакустического вектора, по направлению и величине которого судят о виде и степени дефекта, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности диагностики путем увеличения степени разделения дефектов, перед построением вектора последовательным подавлением периодических компонент, обусловленных работой машины, выделяют случайные компоненты вибрации машины, измеряют координаты центра тяжести амплитудно-частотного спектра случайной компоненты и учитывают его наряду с амплитудами периодических компонент при построении виброакустического вектора.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
