Способ диагностики машин и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к испытательной технике. Цель изобретения - повышение достоверности результатов диагностики - достигается тем, что вибрации и другие диагностические признаки преобразуются блоком 1 дат- НИКОВ в электрические сигналы, которые , пройдя согласующий блок 2, поступают в тракт 3 управления и в тракт 4 распознавания. Блок 5 фильтров выделяет диагностические признаки, которые измеряются в блоке 6 измерительных преобразователей. В блоке 7 аппроксимации законов распределения их значениям ставится в соответствие значение их функций распределения. По этим значениям в блоке 8 усреднет ния вычисляется обобщенный диагностический признак. 2 и 1 з.п. ф-лы, 4 ил. ,

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„Л0„„1 59 92 А1 (51)4 С 01 М 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3720336/24-28 (22) .30.03.84 (46) 15.12.87. Бюл, Р 46 (72) В.Н.Костюков, С.А.Морозов и Г.А.Гетманская (53) 620.178.5(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 783621, кл. G 01 M 15/00, 1979. (54) СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ МАШИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЦЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к испытательной технике. Цель изобретения— повышение достоверности результатов диагностики — достигается тем, что вибрации и другие диагностические признаки преобразуются блоком 1 датяиков в электрические сигналы, которые, пройдя согласующий блок 2, поступают в тракт 3 управления и в тракт

4 распознавания. Блок 5 фильтров выделяет диагностические признаки, которые измеряются в блоке 6 измерительных преобразователей. В блоке 7 аппроксимации законов распределения их значениям ставится в соответствие значение их функций распределения, По этим значениям в блоке 8 усредне-, ния вычисляется обобщенный диагностический признак. 2 и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

135969

Изобретение относится к испытательной технике и может использоваться для управления качеством машин в условиях производства и эксплуата5 ции.

Целью изобретения является повышение достоверности результатов диагностики за счет учета малых по амплитуде, но информативных диагности- 1р ческих признаков.

На фиг. 1 представлен график ис- . ходной нелинейной зависимости между разностью шагов в зацеплении шестерен Х и уровнем отфильтрованного виб- 15 роакустического сигнала У, полученной на 22 машинах-эталонах (шестеренные насосы) на фиг.2 — график линейной регрессии функций распределения тех же параметров и доверительных гра- 2р ниц ошибки диагностики (пунктир) на фиг. 3 — блок-схема устройства для диагностики машин, осуществляющего,а»ный способ, на фиг.ч — график кусочнолинейной аппроксимации функции распределения.

Устройство для диагностики машин по косвечным признакам, сопровождающим ее работу, преимущественно характеристикам вибрации корпуса (фиг. 3) содержит последовательно соединенные блок 1 датчиков (БД), согласующий блок 2 (СБ), тракт 3 управления (ТУ) и тракт 4 распознава-. ния (ТР), в котором последовательно соединены блок 5 фильтров (ВФ),блок б измерительных преобразователей (БИП), блок 7 аппроксимации законов распределения (БАЗР), блок 8 усреднения (БУС) . мажоритарный блок 9 40 (МБ) и блок 10 индикации (БИ). Выходы тракта 3 управления подключены к управляющим входам БФ5, БАЗР7, БИ 10.

Блоки 7-10 устройства выполнены многоканальными, число каналов в которых определяется числом используемых диагностических признаков.

Способ основан на существовании линейной регрессии функции распределения Ц = Р„ (Х) структурного параметра машины (диагностируемой погрешности) Х на функцию распределения

V = F (Y) диагностического признака вибрации У, 55

При этом максимальное значение ошибки диагностики, обусловленной

25 стохастической связью между Х и Y оценивается с доверительной вероятностью через плотность совместного распределения преобраэбванных величин 1 4 (U, V) либо через коэффициент

30 ранговой корреляции Спирмена между ними (t. ) (фиг. 2):,(2) Переход от абсолютных значений параметров Х и Y к функциям их распределения И и V приводит к канони-. зации формы связимежду ними, которая выражается простейшей линейной зависимостью (1), в. результате чего отпадает необходимость восстановления неизвестной нелинейной зависимости (фиг. 1).

Поскольку функции распределения всех диагностических признаков V;

1, и изменяются в одном и том же диапазоне от 0 до 1 независимо от того, в каких диапазонах и единицах измерения изменяются разнородные диагностические признаки I; i = 1, п, то это исключает эффект маскирования малых, но информативных признаков большими, но менее информативными.

Устройство работает следующим образом.

Вибрации и другие косвенные диагностические признаки работающей маПри этом все поле допуска (рассеивание) диагностируемой погрешности

Х принимается равным 1. Приведенное к полю допуска значение погрешности

И изменяется от 0 до 1.

Связь между структурным параметром машины Х и диа".íîñòè÷åñêèì признаком, сопровождающим ее работу (Y), является нелинейной и стохастической.

Последнее обусловлено как ошибками измерения Х и У, так и погрешностями их воспроизведения на испытательных стендах в производстве, так и в эксплуатации (фиг. l)

Регрессия функции распределения ненаблюдаемого структурного параметра И на функцию распределения наблюдаемого диагностического признака

V совпадает с биссектрисой первого координатного угла информационной плоскости (U V) (фиг. 2):

Л = ) U — V) q)2W (U/Voj

13 шины (давление в магистралях, подачи, температура н т.д.) преобразуются блоком I датчиков в электрические сигналы, которые проходят предварительную фильтрацию и усиление в согласующем блоке 2, поступают в тракт 3 управления, который синхронизирует работу устройства с рабочим циклом машины, и в тракт 4 распознавания. Блок 5 фильтров под управлением синхросигналов ТУ 3 выделяет и информативных диагностических признаков (зубцовые, оборотные гармоники, подшипниковые частоты и т.д.), энергетические характеристики которых измеряются в блоке 6 измерительных преобразователей (амплитуда, действующее или средневыпрямленное значение и т.п.). Далее сигналы с БИП 6 поступают на многоканальный блок 7 аппроксимации законов распре деления вероятностей диагностических признаков БАЗР, который ставит в соответствие значению каждого диагностического признака на входе значе ние его функции распределения на выходе, в результате чего все признаки на выходе БАЗР 7 имеют одинаковый закон распределения и изменяются в диапазоне от 0 до 1. Далее сигналы поступают на блок 8 усреднения БУС, который вычисляет обобщенный диагностический признак R как среднеv взвешенную сумму частных диагностических признаков V;. Для выравнивания распределения обобщенного диагностического признака R выходной. сигнал БУС8 пропускается через (n +

+ 1)-й канал БАЗР7, на выходе которого каждому значению R соответствует значение его функции распределения Р„, которое используется как обобщенный показатель качества машины. Кроме того, выходные сигналы с и первых выходов БАЗР7 поступают на вход мажоритарного блока 9, на выходе которого содержится информация о величине и номере максимального частного показателя качества V;„ „, который соответствует той погрешности, кото рая является максимальной среди всех других погрешностей и определяет, в основном, качество машины.

Выходные сигналы с БАЗР7 и мажоритарного блока 9 поступают для отображения на блок 10 индикации.

Тракт 3 управления организует работу блока 10 индикации в зависимости от

59692 4 того, на какой стадии технологического процесса изготовления машин производится диагностика (выход 3-3).

После сборки машины производится ее обкатка и диагностируется наличие максимальных погрешностей, Для этого используется информация с выхода мажоритарного блока 9, и блок 10 индикации отображает величину и номер максимального частного показателя качества V; „, определяющего состояние машины. Если величина этого показателя близка к 1, т.е. соответствующая погрешность близка к предельной, то для надежной обработки ресурса такая машина отправляется на доработку с целью уменьшения этой погрешности.

Поскольку частные показатели 7», имеют одинаковый диапазон изменения (0,1), то введение мажоритарного блока 9 позволяет осуществлять эффективную селекцию максимального из

25 них. После обкатки, если частные показатели V меньше предельно допустимых, проводятся приемосдаточные испытания и определяется обобщенная оценка качества машины Р„. Тракт 3 управления дает команду БИ10 на индикацию обобщенного показателя качества Pv . При этом одновременно индицируются и и частных показателей качества V . По величине Р произ35 водится разделение выпускаемых машин на категории качества, которым может присваиваться различный ресурс.

Для работы с устройством, его необходимо сначала обучить. Для этого

40 устройство переводится в режим обучения по сигналу с выхода тракта 3 управления.

Обучение устройства заключается в наборе статистики по частным Y„ и обобщенному Р диагностическим признакам, построению и запоминанию в

БАЗР 7 вариационных рядов этих признаков, на основе которых вычисляются значения функций распределения, 50 являющиеся частными V и обобщенными

P показателями качества машин. ч

Для обучения используются результаты измерения диагностических признаков на сдаточных испытаниях машии без их разборки

С увеличением объема обучающей выборки S точность определения значений функций распределения увеличивается.

1359б92 (3) V =aY+b

30 а=0 (О, где а—

Ъ

0,1, 0,9

Проверку результатов обучения осуществляют путем разборки машин с большими и малыми V; и Р, необязательно взятыми иэ обучающей сово-.

5 купности, микрообмера и сравнения результатов с допусками по чертежам, а также путем сравнительных ресурсных испытаний.

Для упрощения БАЭР его,можно реализовать на основе кусочно-линейных аппроксиматоров (фиг. 4, пунктир).

В качестве узлов, между которыми г осуществляется интерполяция, целесообразно выбрать точки, соответствующие по вероятности уровням 0,1 и

0 9. Этот интердецильный размах, включающий в себя 807- выборочного . распределения, является мерой рассеивания, которая почти не зависит 2р от экстремальных значений, включает в себя большую часть случаев имеет очень малые колебания от выборки к выборке.

При этом коэффициенты аппроксими- 25 рующей прямой определяются по формулам:, 8/(Y„ о. ); Ь

1Ур9 0 9Yp ) (Yî,9 — о1 ) угловой коэффициент; коэффициент смещения, 35

1 вероятности, соответствующие первой и девятой децилям выборочного распределения диагностического признака, 40

У 9 — первая и девятая децили (значения) выборочного распределения диагностического признака. 45

Прямую (3) можно не ограничивать на уровне 1,0, что позволит диагностировать грубые нарушения технологии, когда диагностируемые погрешности далеко выходят за поле. допуска. 5р

При такой реализации БАЭР 7 в процессе обучения вычисляются коэффициенты аппроксимирующих прямых для всех (n + 1) признаков.

После окончания обучения эти коэф- 55 фициенты по команде тракта 3 управления вводятся в БАЗР 7 и в дальнейшем при диагностике изменяются только по мере необходимости, например при из4 менении технологии или при переходе к диагностике машин и другого типоразмера.

Формула изобретения

1. Способ диагностики машин по косвенным признакам, сопровождающим ее работу и связанным с ее внутренними погрешностями, преимущественно характеристикам вибрации корпуса, заключающийся в том, что определяют предельные значения диагностических признаков, измеряют значения диагностических признаков у диагностируемой машины, сравнивают их с предельными и по результатам сравнения судят о техническом состоянии машин, отличающийся тем, что, с пелью повышения достоверности результатов диагностики, восстанавливают функции распределения вероятностей диагностических признаков вибрации для множества диагностируемых машин, определяют значения функций распределения диагностических признаков вибрации, измеренных у диагностируемой машины, и по близости значения функции распределения каждо-, го диагностического признака, которое равно относительной доЛе поля допуска соответствующей погрешности, к 0 или 1 судят о состоянии машины.

2. Устройство для диагностики машин по косвенным признакам, сопровождающим ее работу, преимущественно характеристикам вибрации корпуса, содержащее последовательно соединенные блок датчиков, согласующий блок, тракт управления и тракт распознавания, в котором последовательно соединены блок фильтров, блок измерительных преобразователей, блок усреднения и блок индикации, выход тракта управления соединен с управляющим входом блока фильтров, о т л и ч аю щ е е с я тем, что с целью снижения трудоемкости настройки при одновременном повышении достоверности результатов диагностики путем оценки относительной доли поля допуска диагностируемой погрешности по значению функции распределения соответствующего диагностического признака, тракт распознавания снабжен многоканальным блоком аппроксимации законов распределения вероятностей диагностических признаков, включенным между

1359692 8 блоками измерительных преобразовате-, пределения вероятностей диагностилей и усреднения и ставящим в соот- ческих признаков выполнен в виде ветствие значению каждого признака кусочно-линейного аппроксиматора, на входе значение его функции распре- коэффициенты линейной характеристи5 деления на выходе, и мажоритарным ки которого определяются интерде-. блоком, выделяющим значение и номер цильным размахом, заключенным между максимального признака на его входе, первой и девятой децилями выборочно.выходы и первых каналов блока аппрок го распределения соответствующего симации подключены к входам блока 1О признака, по формулам: усреднения, мажоритарного блока и блока индикации, выход блока усред- а. = 0,8/(Y „ — Y,, ); нения через (n + 1)-й канал блока аппроксимации подключен к (п+1)-му каналу блока индикации, выход мажоритарного блока — к (n+2)-му входу блока индикации, а управляющие вхо- угловои коэффш„иент, ды блоков аппроксимации, усреднения коэффициент смещения; и индикации подключены к соответствующим выходам тракта управления.

Ъ = (0,1 ° Уоэ Оэ9Yo )/(оз

Yo,i где а—

Ь

0,1 ;

2О 0,9 вероятности, соответствующие первой Y, и девятой

Y децилям выборочного распределения диагностического признака.

3 ° Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что каждый канал блока аппроксимации законов рас7б

1359692

ar аг азии as аепгавп,u а

@АР. 2

Об

ЫУаг аа 70 УаВ И Ум/ риеЕ

Составитель Л.Куликов

Техред Л.Сердюкова Корректор И.Муска

Редактор Л.Повхан

Заказ 6147j45

Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4