Устройство для диагностики узлов трения механизмов с вращающимися элементами

 

Изобретение относится к подшипниковой промьшленности .поможет быть использовано в машиностроении, прибо ростроении и других отраслях промышленности для диагностики узлов трения механизмов с вращающимися элементами , к которым в первую очередь относятся шарикоподшипниковые узлы, опоры сколья ения и т.п. Целью изобретения является повьщ1ение точности и достоверности диагностики технического состояния механизмов с вращающимися элементами. Поставленная цель достигается тем, что известное устройство снабжено аналоговым мультиплексором , блоком выделения огибающей , аналого-цифровым преобразователем , микроэвм, блоком управления и блоками промежуточной памяти, цифроаналоговых преобразователей, масштабных усилителей. Оценка технического состояния подшипникового узла меха низма проводится с учетом взаимосвязи влияния локальных дефектов и дефектов изготовления и сборки элементов подшипникового узла, со спектральными характеристиками вибрации исспе7 дуемого механизма. 1 ил. с (Л ГхЭ

СООЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 G 01 М 13/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3982863/31-27 (22) 03.12.85 (46) 30,04.87. Бюл. 9 16 (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (72) В. А. Смирнов, Л. В. Михайлов, А. К. Явленский и И. А. Волик (53) 658.562.012.7(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 845017, кл. G 01 M 13/04, 1981. I (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ УЗЛОВ

ТРЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ С ВРАЩАЮЩИМИСЯ ЭЛЕМЕНТАМИ (57) Изобретение относится к подшипниковой промьппленности .и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других отраслях промьппленности для диагностики узлов трения механизмов с вращающимися элементами, к которым в первую очередь от„.80„„1307272 . А1 носятся шарикоподшипниковые узлы, опоры скольжения и т.п. Целью изобретения является повышение точности и достоверности диагностики технического состояния механизмов с вращающимися элементами. Поставленная цель достигается тем, что известное устройство снабжено аналоговым мультиплексором, блоком выделения огибающей, аналого-цифровым преобразователем, микроЭВМ, блоком управления и блоками промежуточной памяти, цифроаналоговьгх преобразователей, масштабных усилителей. Оценка технического состояния подшипникового узла механизма проводится с учетом взаимосвязи влияния локальных дефектов и дефектов изготовления и сборки элементов подшипникового узла, со спектральными характеристиками вибрации исследуемого механизма. 1 ил.

1 13072?2

Изобретение относится к подшипниковой промышленности и может быть преимущественно использовано для дис агностики узлов трения механизмов с вращающимися элементами.

Целью изобретения является повышение точности и достоверности диагностики, На чертеже дана схема предлагаемого устройства.

Устройство для диагностики шарикоподшипников механизмов с вращающимися элементами содержит последовательно соединенные вибропреобразователь

1, установленный на подшипниковом щите объекта исследования, согласующий усилитель 2, частотный анализатор с набором параллельных фильтров 3, аналоговый мультиплексор 4, блок 5 выделения огибающей, аналого-цифровой преобразователь 6, блок 7 ввода информации в микроЭВМ, микроЭВМ 8, блок

9 вывода информации из микроЭВМ, блок 10 управления, блок ll промежу точной памяти, блок 12 цифроаналоговых преобразователей, блок 13 масштабных усилителей, а также устройство 14 отображения информации, причем выход согласующего усилителя 2 соеди нен с соответстВующими сигнальными входами набора параллельных фильтров

3 частотного анализатора, а выходы фильтров соединены с соответствующими входами аналогового мультиплексора 4, второй вход блока 10 управления соединен с выходом микроЭВМ 8, информационныи вход блока 11 промежуточной памяти соединен с выходом блока 9 вывода информации из микроЭВМ, выходы блока 13 масштабных усилите— лей соединены с соответствующими управляющими входами параллельных фильт ров 3 частотного анализатора, адреснЫй вход аналогового мультиплексора

4 соединен с адресным выходом блока

10 управления, а вход устройства 14 отображения информации подключен к соответствующему выходу микроЭВМ 8.

Устройство работает следующим образом.

Для повышения точности и достоверности диагностики перед проведением непосредственно диагностики технического состояния подшипникового узла исследуемого механизма с вращающимися элементами (электродвигателя, редуктора) устройство работает в режиме "Обучение". Режим "Обучение" осуществляется с использованием эталонного механизма с минимальными дефектами элементов подшипникового узла (отклонения формы, перекосы, отсутствие локальных дефектов), при этом настройка и выбор полосы пропускания д fg фильтров частотного анализатора происходит таким образом, чтобы закон распределения значений амплитудной огибающей узкополосного процесса на выходе фильтра имел нормальное распределение, что характео ризуется величиной эксцесса Е „ для исходного состояния (по локальным дефектам) элементов подшипникового узла механизма, Резонансные частоты фильтров fg выбираются в зависимости от вида диагностируемого дефекта изготовления и сборки подшипникового узла (отклонение формы, перекосы элементов и т,д.). Один и тот же дефект изготовления и сборки элементов подшипникового узла может проявляться на различных информационных частотах спектра вибрации. Таким образом, набор фильтров частотного анализатора представляет собой р параллельных каналов с числом фильтров в каждом канале и где р — количество диагностируемых дефектов изготовления и сборки n — количество информационных частот, характеризующих данный вид дефекта, При выборе полос пропускания фильт35 ров, соответствующих исходному состоянию элементов подшипникового узла механизма, вибропреобразователь 1 устанавливается на подшипниковом щите

4р работающего эталонного механизма и преобразует вибрации в электрические сигналы, которые усиливаются согласующим усилителем 2. Далее электрические сигналы поступают на сигнальные

45 входы фильтров частотного анализатора 3, резонансные частоты фильтров настроены на заранее рассчитанные информационные частоты диагностируемых дефектов изготовления и сборки, а по50 лосы пропускания фильтров (добротность) в начальный момент времени обусловлены положением информационных частот относительно друг друга в спектре вибрации, что обеспечивается 5 установочными напряжениями на управляющих входах филь:ров, поступающих с соответствующ . : .зыходов блока масштабных усилител :"; >, ". этот же момент времени с адресного выхода блоВибропреобразователь 1 устанавливается на подшипниковом щите работающего исследуемого механизма 15 и преобразует вибрации в электрические сигналы, которые усиливаются согласующим усилителем 2 и поступают на входы фильтров 3 частотного анализатора, резонансные частоты которых выбраны в соответствии с информационными частотами диагностируемых дефектов изготовления и сборки, а полосы пропускания фильтров выбраны и настроены в режиме "Обучение". Аналоговый мульт типлексор 4 в соответствии с поступившей командой с адресного выхода блока 10 управления осуществляет передачу сигнала с выхода первого фильтра 3 частотного анализатора на вход

5 130 последнего t-ro фильтра 3 частотного анализатора с адресного выхода блока

10 управления на адресный вход аналогового мультиплексора 4 поступает двоичная комбинация конечного адреса, Ъ в соответствии с которой аналоговый мультиплексор 4 отключает выходы фильтра 3 частотного анализатора от входа блока выделения огибающей 5, при этом устройство 14 отображения информации выдает надпись "Конец обучения", а микроЭВМ 8 переходит в режим ожидания.

При работе устройства в режиме "Диагностика" блок 10 управления нажатием кнопки "Диагностика" коммутирует свои входы и выходы следующим образом: выход блока IO управления отключается от входа блока 11 промежуточной памяти, адресный выход подключается к адресному входу аналогового мультиплексора 4, первый вход блока 10 управления отключается от выхода блока 9 вывода информации из микроЭВМ, второй вход блока 10 управления подключается к выходу микроЭВМ

8, информационный вход блока 11 про— межуточной памяти отключается от выхода блока 9 вывода информации из микроЭВМ. Нажатием; кнопки "Обнуление" в блоке 10 управления с его ад— ресного выхода на адресный вход аналогового мультиплексора 4 поступает сигнал нулевого адреса, в соответствии с которым аналоговый мультиплексор 4 подключает выход первого фильтра 3 частотного анализатора к входу блока 5 выделения огибающей. Таким образом, устройство готово к работе в режиме "Диагностика".

7272 6 блока 5 выделения огибающей . С выхода блока 5 выделения огибающей сигнал через аналого-цифровой преобразователь 6 в двоичном коде поступает на вход блока 7 ввода информации в микроЭВМ, где преобразуется в коды микроЭВМ, далее сигнал поступает в микроЭВМ 8, МикроЭВМ 8 в соответствии с прог10 раммным обеспечением осуществляет вычисление математического ожидания величины амплитудной огибающей Ad,, а также величины коэффициента эксцесса Ed„ одномерной плотности вероят-!

5 ности p(Ad„) мгновенных значений амплитудной огибающей на выходе первого фильтра 3 частотного анализатора, Вычисление значения Ad.„ и Ed записывается в память микроЭВМ 8. После

20 окончания вычислений с выхода микроЭВМ синхронизирующий импульс поступает на второй вход блока 10 управления, в соответствии с которым с адресного выхода блока 10 управления

25 на адресный вход аналогового мультиплексора 4 поступает управляющий сигнал определенной двоичной комбинации, при этом аналоговый мультиплексор 4 коммутирует выход следующего

30 фильтра 3 частотного анализатора с входом блока 5 выделения огибающей.

Далее работа устройства продолжается аналогичным образом до тех пор, пока микроЭВМ 8 не осуществит вычисле35 ние значений Ad g u Edg вибросигнала на выходе последнего Фильтра 3 частотного анализатора, при этом блок

10 управления в соответствии с синхронизирующим импульсом, поступаю40 щим с выхода микроЭВМ 8 на второй вход, выдает на адресный вход аналогового мультиплексора 4 управляющий сигнал конечного адреса, по которому аналоговый мультиплексор 4 отклю45 чает выходы частотного анализатора 3 от входа блока 5 выделения. огибающей.

Затем микроЭВМ 8, используя записанные в памяти величины Adg u Edg c каждого фильтра 3 частотного анализатора производит вычисления значений дефектов изготовления и сборки

Ф г, и значения L = Ed /E 7т,харак теризующего локальные дефекты элемен тов подшипникового узла исследуемого

55 механизма. Результаты вычислений г и L с выхода микроЭВМ 8 поступают на вход устройства 14 отображения ин— формации, который осуществляет отображение результатов диагностики.

3 13072 ка 10 управления на адресный вход аналогового мультиплексора поступает сигнал, представляющий собой двоичную комбинацию нулевого адреса, при этом на выходе аналогового мультиплексора 4 осуществляется передача сигнала с выхода первого фильтра 3 частотного анализатора. С выхода аналогового мультиплексора 4 временной сигнал, характеризующий мгновенные 10 значения вибросигнала на выходе первого фильтра 3 частотного анализатора, поступает в блок 5 выделения огибающей, где происходит детектирование, т.е. выделение амплитудной оги- 15 бающей входного сигнала, С выхода блока 5 выделения огибающей сигнал подается на вход аналого-цифрового преобразователя б, где аналоговый сигнал преобразуется в двоичный код, Да- 20 лее информация о значении амплитуд— ной огибающей в цифровом коде поступает в блок 7 ввода информации в микроЭВМ, который осуществляет преобразование входного цифрового кода в ра- 25 бочие коды микроЭВМ 8. МикроЭВМ 8 осуществляет вычисление математического ожидания величины амплитудной огибающей А„, а также величины коэффициента эксцесса F. одномерной . 30 плотности вероятности р(А„) мгновенных значений амплитудной огибающей вибросигнала на выходе первого фильтра 3 частотного анализатора. Вычисления математического ожидания А„, и 35 коэффициента эксцесса Е„ производятся в соответствии с заранее введен— ной в память микроЭВМ программой. Результат вычисления А„ находится в памяти микроЭВМ 8, в результате вычис- 40 ления F,„ ÷åðåç устройство 9 вывода информации из микроЭВМ в двоичном коде поступает на первый вход блока 10 управления и одновременно на информационный вход блока 11 промежуточной 45 памяти, при этом на второй вход блока 10 управления с выхода микроЭВМ 8 поступает синхронизирующий сигнал, представляющий собой импульс, сопровождающий выводимую из микроЭВМ ин- 50 формацию о величине Е . С выхода бло 1 ка 10 управления синхронизирующий сигнал поступает на вход блока 11 промежуточной памяти, в котором синхронизирует запись информации о вели- 55 чине F. поступившей через информационный вход в первую ячейку блока 11 промежуточной памяти, где хранится

72 до прихода следующего синхронизирующего импульса, сопровождающего информацию об изменившейся величине E, .

При этом с адресного выхода блока 10 управления на адресный вход аналогового мультиплексора 4 постоянно поступает двойчная комбинация нулевого адреса, поддерживающая коммутацию выхода первого фильтра 3 частотного анализатбра с выходом аналогового мультиплексора 4 до значения величио ны Е„ =Е„, С выхода блока 11 промежуточной памяти информация о величине

F. поступает в блок 12 цифроаналоговых преобразователей, где преобразуется из цифрового вида в аналоговый, и поступает в блок 13 масштабных усилителей. Сигнал с первого выхода блока 13 масштабных усилителей поступает на управляющий вход первого фильтра 3 частотного анализатора и сужает полосу пропускания первого фильтра 3 частотного анализатора. Процесс сужения полосы пропускания первого фильтра 3 частотного анализатора продолжается до .тех пор, пока величина Е< .одномерной плотности вероятности р(А„) мгновенных значений амплитудной огибающей вибросигнала на выходе первого фильтра 3 частотного анализатора достигнет значения E =F.„. При о о значении E„=F.„с адресного выхода блока 10 управления на адресный вход аналогового мультиплексора 4 поступает новая двоичная комбинация, в соответствии с которой аналоговый мультиплексор 4 коммутирует выход следующего фильтра 3 частотного анализатора с входом блока 5 выделения огибающей, При этом полоса пропускания первого фильтра фиксируется в соответствии с величиной напряжения на входе управляющего входа фильтра, значение которого рпределяется хранящейся в первой ячейке блока 11 промежуточной памяти информации о величине Е1, рассчитанной на предыдущем шаге, а с выхода блока 10 управления синхронизирующий сигнал поступает на вход блока 11 промежуточной памяти, где синхронизирует запись информации о величине Е следующего фильтра в соответствующую ячейку блока 11 промежуточной памяти. Процесс настройки полос пропускания всех фильтров 3 частотного анализатора последовательно продолжается аналогичным образом.

После настройки полосы пропускания

1307272 8 р--Ч1 .С Ьр (Ард-А/е) и срЕ се (2) 5 е е* е где рр ° Ь .е,—!

15

Таким образом, устройство в режи ме "Обучение" определяет и выставля ет рабочие полосы пропускания фильт ров 3 частотного анализатора по пара о метрам эксцесса F. для нормального закона распределения значений амплитудной огибающей узкополосного процесса на выходе фильтров; в режиме

"Диагностика" вычисляет значения математического ожидания величины амплитудной огибающей Ар, эксцесса Е спектральных характеристик вибрации исследуемого механизма, определяет величины дефектов изготовления и сборки и характер локальных повреждений элементов подшипникового узла механизмов с вращающимися элементами, Данное устройство в отличие от известного позволяет определять техническое состояние подшипникового узла механизма как по величине дефектов изготовления и сборки, так и по наличию локальных дефектов элементов подшипникового узла, при этом оценка дефектов подшипникового узла механизма проводится с учетом взаимосвязи спектральных характеристик вибрации с параметрами возмущающих воздействий от . дефектов изготовления и сборки и от локальных дефектов, что повышает точность и достоверность результатов диагностики.

Взаимосвязь спектральных характеристик вибрации исследуемого механизма с возмущающими воздействиями от дефектов изготовления и сборки и локальных дефектов может быть представлена следующими функциональными соотношениями:

At =, (1р(гр); E„dj(aj)) (1)

F(= Fg(Fg F dj(aj); FgP (rP)3 где Г, F>P — возмущающие воздействия, обусловленные величиной дефектов изготовления и сборки rP, элементов подшипникового узла (1, 6);

Р„d) (aj ), F

Таким образом, оценка дефектов элементов подшипникового узла проводится в соответствии со следующими функциональными зависимостями (дискриминантными функциями): весовые коэффициенты значения математического ожидания и эксцесса амплитудной огибающей на выходе каждого фильтра частотного анализатора при аппроксимации линейными или квадратичными зависимостями функций „ и Vg(1, 14).

Устройство позволяет существенно

20 повысить точность и достоверность диагностики технического состояния подшипниковых узлов механизмов, особенно в условиях эксплуатации без нарушения нормального функционирования

25 механизма на любой стадии его активного существования. Устройство дает возможность автоматизировать этап

"Обучение", в процессе которого резонансные частоты и полосы пропускания

«чо фильтров частотного анализатора выбираются с учетом зависимости спект" ральных характеристик вибрации одновременно от дефектов изготовления„ сборки и локальных дефектов с использованием эталонного механизма с исходным техническим состоянием подшипникового узла, Устройство позволяет как на этапе "Обучение", так и при. проведении этапа "Диагностика" эначи4О тельно сократить временные и материальные затраты, повысить универсальность устройства, так как заложенные в память микроЭВМ формулы для расчета диагностических параметров: мате45 матического ожидания амплитуд виброхарактеристик на информационных частотах дефектов, эксцесса закона распределения амплитуд в полосе пропускания фильтра, возмущающих воздейст5О вий от дефектов, передаточных функций, весовых коэффициентов и т.д. в общем виде справедливы для механизмов однотипного функционального значения; изменяющиеся параметры, нап-.

55 ример конструктивные, жесткостные, вводятся в виде исходных данных. При проведении диагностических исследований на механизмах различного функционального назначения изменений треФормула изобретения

Составитель И. Баранов

Техред В. Кадар

Корректор Л. Пилипенко

Редактор Н. Швыдкая

Заказ 1621/39

Подписное

Тираж 777

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4!5

Производственно-полиграфическое предприятие, r Ужгород, ул, Проектная, 4

9 1 307? бует только программное обеспечение микроЭВМ и перестраиваются резонансные частоты фильтров частотного анализатора.

Устройство для диагностики узлов трения механизмов с вращающимися элементами, содержащее последовательно соединенные вибропреобразователь, 10 согласующий усилитель, частотный анализатор, а также устройство отображения информации, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью повышения точности и достоверности диа -ностики 15 технического состояния механизмов с вращающимися элементами, устройство снабжено последовательно соединенными анапоговым мультиплексором, блоком вьщелеиия огибающей, аналого-циф. 20 ровым преобразователем, блоком ввода цифровой информации в микроЭВМ, микроЭВМ, блоком вывода информации из

72 l0 микроЭВМ, блоком управления, блоком промежуточной памяти, блоком цифроаналоговых преобразователей, блоком масштабных усилителей, причем выход согласующего усилителя соединен с соответствующими сигнальными входами параллельных фильтров частотного анализатора, выходы фильтров соединены с соответствующими входами аналогового мультиплексора, второй вход блока управления соединен с выходом микроЭВМ, информационный вход блока промежуточной памяти соединен с выходом блока вывода информации из микроЭВМ, выходы блока масштабных усилителей соединены с соответствующими управляющими входами параллельных фильтров частотного анализатора, адресный вход аналогового мультиплексора соединен с адресным выходом блока управления, а вход устройства отображения информации подключен к соответствующему выходу микроЭВМ.