Устройство для виброакустической диагностики роторных механизмов

 

Использование: в виброизмерительной техн чке и при виброакустической диагностика роторных механизмов, в частности зубчатых передач и подшипников качения. Сущность: устройство содержит последовательно соединенные измерительный преобразователь вибраций, усилитель заряда, ключ, усилитель-аттенюатор, перестраиваемый полосовой фильтр, амплитудный детектор , первый гребенчатый фильтр, первый детектор среднего квадратического значения сигналов, первый блок отношения сиК нале в, блок индикации, согласующий усилитель, вход которого соединен с измерительным преобразователем угловых ускорении , а выход - с вторым входом ключа, второй гребенчатый фильтр, второй детектор с эеднего квадратического значения сигналов , второй блок отношения сигналов, входы которого соединены с выходами второго и третьего детекторов среднего квадратического значения сигналов, а выход - с входом блока индикации, четвертый детектор среднего квадратического значения сигналов , вход которого соединен с выходом перестраиваемого полосового фильтра 5, третий блок отношения сигналов, входы которого соединены с выходами второго и четвертого детекторов среднего квадратического значения сигналов, а выход - с входом блока индикации, интегратор, вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, а выход - с вторым входом первого блока отношения сигналов, следящий полосовой фильтр, сигнальный вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, пятый детектор среднего квадратическбго значения сигналов, вход которого соединен с выходом следящего полосового фильтра, четвертый блок отношения сигналов, первый вход которого соединен с выходом пятого детектора среднего квадратического значения сигналов, второй - с выходом интегратора , а выход соединен с входом блока индикации, умножитель частоты, входы которого соединены с измерительным преобразователем частоты вращения, связанным с валом роторного механизма, и блоком мае-, штабирования, а выход - с управляющими входами первого и второго гребенчатых фильтров , перестраиваемого полосового фильтра и следящего полосового фильтра. 1 ил. fe VI ю со N3 Os Ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

lsl)5 G 01 Н 17/00

ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

CCP

СР) АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (21) 879453/28 и В. (56)

¹1 (54)

СК0

НИЗ (57) техн стик зубч

КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (22) 1,11.90 (46) 7,02.93. Бюл, ¹ 5 (71) сесоюзный проектно-конструкторский техн логический институт лесного машиностр ения и Институт машиноведения им.

А,А. лагонравова (72),Я.Балицкий, Н.С,Еремеев, В,В.Куликов, В.И.Обозный, А.Г.Соколова, А.Н.Требун ии, Е,И.Хомяков, И.В,Воскобоиников .Погорелый вторское свидетельство СССР

68986, кл. G 01 М 13/02, 1986.

СТРОЙСТВО ДЛЯ ВИБРОАКУСТИЧЕДИАГНОСТИКИ РОТОРНЫХ МЕХАМОВ спользование: в виброизмерительной ке и при виброакустической диагнороторных механизмов, в частности тых передач и подшипников качения. ь тв ж т

Сущност . устроис о содер и последова тельно соединенные измерительный преобразо ватель вибраций, усилитель заряда, ключ, усилитель-аттенюатор, перестраиваемый олосовой фильтр, амплитудный детектор, первый гребенчатый фильтр, первый детектор среднего квадратического значения сигналов, первый блок отношения сигналов, блок индикации, согласующий усил тель, вход которого соединен с измеI рите ьным преобразователем угловых ускорений, а выход — с вторым входом ключа, втор и гребенчатый фильтр, второй детектор среднего квадратического значения сиг!

I !

Изобретение относится к виброизмеритель ой технике и может быть использовано при иброакустической диагностике ро.5U 1793269 А1 налов, второй блок отношения сигналов, входы которого соединены с выходами второго и третьего детекторов. среднего квадратического значения сигналов, а выход — с входом блока индикации, четвертый детектор среднего квадратического значения сигналов, вход которого соединен с выходом перестраиваемого полосового фильтра 5, третий блок отношения сигналов, входы которого соединены с выходами второго и четвертого детекторов среднего квадратического значения сигналов, а выход — с входом блока индикации, интегратор, вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, а выход — с вторым входом первого блока отношения сигналов, следящий полосовой фильтр, сигнальный вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, пятый детектор среднего квадратического значения сигналов, вход которого соединен с выходом следящего полосового фильтра, четвертый блок отношения сигналов, первый вход которого соединен с выходом пятого детектора среднего квадратического значения сигналов, второй — с выходом интегратора, а выход соединен с входом блока индикации, умножитель частоты, входы которого соединены с измерительным преобразователем частоты вращения, связанным с валом роторного механизма, и блоком масштабирования, а выход — с управляющими входами первого и второго гребенчатых фильтров, перестраиваемого полосового фильтра и следящего полосового фильтра. 1 ил. торных механизмов, в частности зубчатых передач и подшипников качения.

1793269

Известны устройства для виброакустической диагйостики механизмов. содержащие измерительный преобразователь, усилитель, блок фильтров блок вычисления уровня вибраций и блок индикации, связанные между собой последовательно.

Недостатком таких устройств является то, что они позволяют лишь качественно оценить техническое состояние механизмов беэ указания конкретного места наличйя неисправностей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является устройство для виброакустической диагностики роторных механизмов, содержащее последовательно соединенные измерительный преобразователь вибраций, усилитель заряда, ключ, усилитель-аттенюатор, перестраиваемый полосовой фильтр, первый гребенчатый фильтр, первый блок 20 отношения сигналов и блок индикации, второй гребенчатый фильтр, сигнальный вход которого соединен с усилителем аттенюатором, второй блок отношения сигналов, интегратор, следящий полосовой фильтр, умножитель частоты, входы которого соединейы с измерительным преобразователем частоты вращения, связанньiu с валам роторного механизма, и блоком масштабирования, а выход — с управляющими входами ЗО первого и второго гребенчатых фильтров, перестраиваемого и следящего полосового фильтров.

Недостатком этого устройства является то, что оно не обеспечивает обнаружения З5 дефектов механизмов на ранней стадии развития и не позволяет достичь необходимой глубины диагностирования, т.к. способно выявить только дефектный узел механизма, но не дефектную деталь. 4О

Цель изобретения — диагностирование дефектов механизмов на ранней стадии их развития и увеличение глубины диагностирования.

Для достижения поставленной цели из- 45 вестное устройство для виброакустической диагностики роторных механизмов, содержащее последовательно соединенные измерительный преобразователь вибрации, усилитель заряда, ключ, усилитель-аттенюа- 50 тор, перестраиваемый полосовой фильтр, первый гребенчатый фильтр, первый блок отношения сигналов и блок индикации, второй гребенчатый фильтр, сигнальный вход которого соединен с усилителем аттенюато- 55 ром, второй блок отношения сигналов, интегратор, следящий полосовой фильтр, умножитель частоты, входы которого соединены с измерительным преобразователем частоты вращения, связанным с валом роторного механизма, и блоком масштабирования, а выход — с управляющими входами первого и второго гребенчатых фильтров, перестраиваемого и следящего полосового фильтров, снабжено амплитудным детектором, вход которого соединен с выходом перестраиваемого полосового фильтра, а выход — с входом интегратора и сигнальными входами первого гребенчатого фильтра и следящего полосового фильтра, первым детектором среднего квадратического значения сигналов, вход которого соединен с выходом первого гребенчатого фильтра, а выход — с первым входом первого блока отношения сигналов, второй вход которого соединен с выходом интегратора, согласующим усилителем, вход которого соединен с измерительным преобразователем угловых ускорений, а выход соединен со вторым входом клина, вторым детектором среднего квадратического значения сигналов, вход которого соединен с выходом второго гребенчатого фильтра, а выход с первым входом второго блока отношения сигналов, второй вход которого соединен с выходом третьего детектора среднего квадратического значения сигналов, а выход — с входом блока индикации, четвертым детектором среднего квадратического значения сигналов, вход которого соединен с выходом перестраиваемого полосового фильтра, а выход — с третьим блоком отношения сигналов, второй вход которого соединен с выходом второго детектора среднего квадратического значения сигналов, а выход соединен со входом блока индикации; пятым детектором среднего квадратического значения сигналов, вход которого соединен с выходом следящего полосового фильтра, а выход — co входом четвертого блока отношений сигналов, второй вход которого соединен с интегратором, а выход — . со входом блока индикации.

Указанные признаки отличают заявленное устройство от прототипа и обуславливают соответствие его критерию

"новизна".

Сравнение заявленного устройства не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволило выявить в нем признаки, отличающие устройство от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "существенные отличия".

На чертеже приведена блок-схема устройства для виброакустической диагностики.

Устройство содержит последовательно соединенные измерительный преобразователь вибраций 1, усилитель заряда 2, ключ

3, усилитель-аттенюатор 4, перестраиваемый полосовой фильтр 5, амплитудный детектор 6, первый требенчатый фильтр 7, первый детектор 8 среднего квадратического значения сигналов, первый блок 9 отношения сигналов, блок 10 индикации, согласующий усилитель 11, вход которого соединен с измерительным преобразовател м угловых ускорений 12, а выход — с втор iM входом ключа 3, второй гребенчатый ф льтр 13, сигнальный вход которого соедин н с усилителем-аттенюатором 4, второй д тектор 14 среднего квадратического зна ч ния сигналов, вход которого соединен с в ходом второго гребенчатого фильтра 13, в орой блок 15 отношения сигналов, входы к торого соединены с выходом второго дет ктора 14 и выходом третьего детектора 16 с еднего квадратического значения сигнал в, а выход — с входом блока 10 индикации, ч твертый детектор 17 среднего квадратич ского значения сигналов, вход которого с единен с выходом перестраиваемого пол сового фильтра 5, третий блок 18 отношен я сигналов, входы которого соединены с в ходами второго детектора 14 и четвертог детектора 17, а выход — с входом блока 10 индикации, интегратор 19, вход которого

c åäèíåí с выходом амплитудного детектор 6, а выход — с вторым входом первого б ока 9 отношения сигналов, следящий пол совой фильтр 20, сигнальный вход которог соединен с выходом амплитудного д тектора 6, пятый детектор 21 среднего к адратического значения сигналов, вход к торого соединен с выходом следящего пол сового фильтра 20, четвертый блок 22 отн шения сигналов, первый вход которого с единен с выходом пятого детектора 21, второй — с выходом интегратора 19, а выход соединен с входом блока 10 индикации, ум! н житель частоты 23, входы которого соедин ны с измерительным преобразователем

2 частоты вращения, связанным с валом р торного механизма, и блоком масштабирования 25, а выход — с управляющими вход ми первого гребенчатого фильтра 7 и втЬрого гребенчатого фильтра 13, перестраи аемого полосового фильтра.5 и следящего полосового фильтра 20.

Устройство работает следующим образо м.

Виброакустический сигнал, генерируем «й в процессе функционирований объекта д агностики, воспринимается измерительн м преобразователем вибрации 1 и усиливается усилителем заряда 2. Этот сигнал при открытом ключе 3 поступает на усилите ь-аттенюатор 4, с выхода которого поступает на сигнальные входы перестраиваемого

6 диагностируемого колеса зацепления, поступает на блок 10 индикации, 40 Сигналы с выхода второго гребейчатого

45 первый- вход второго блока 15 отношения сигйалов, на второй вход которого поступэ50

5

35 полосового фильтра 5 и второго гребенчатого фильтра 13, на управляющие входы которых поступают сиг налы с выхода умножителя частоты 23, на входы которого поступают сигналы с измерительного преобразователя 24 частоты вращения входного вала диагностируемого объекта и блока 25 масштабирования.

Сигнал с выхода полосового фильтра 5, настроенного на первую гармонику эубцовой частоты зацепления, поступает на амплитудный детектор 6, с выхода которого поступает на сигнальный вход первого гребенчатого фильтра 7, на управляющий вход которого поступают сигналы с умножителя частоты 23. Сигналы с выхода умножителя следуют с частотой, равной частоте вращения того вала механизма, на которой закреплено диагностируемое зубчатое колесо, Сигналы с выхода первого гребенчатого фильтра 7 представляют собой амплитудные значения гармоник частоты вращения вала, на котором закреплено диагностируемое зубчатое колесо исследуемого зацепления. Этот сигнал поступает на первый детектор среднего квадратического значения сигналов 8, с выхода которого поступает нэ вход первого блока 9 отношений сигналов, на второй вход которого поступает сигнал с выхода интегратора 19. Этот сигнал представляет собой среднее значение сигнала амплитудной огибающей, поступающей на вход интегратора 19 с выхода амплитудного детектора 6. Сигнал с выхода блока 9 отношений, представляющий собой безразмерную величину, возрастающую с увеличением степени выкрэшивания зубьев фильтра 13 представляют собой амплитудные значения гармоник зубчатой частоты.

Эти сигналы поступают на вход второго детектора 14, с выхода которого поступают на ют Сигналы с третьего детектора 16, характеризующие -нормальные технические состояйия зубчатых зацеплений, Сигнал с выхода второго блока 15 отношений, представляющий собой безразмерную величину, возрастающую с увеличенйем степени и3носа зубчатых колес, поступает на вход блока 10 индикации.

Сигнал с выхода полосового фильтра 5, настроенного на первую гармонику зубцовой частоты зацепления, поступает в четвертый детектор 17, с выхода которого поступает на первый вход третьего блока 18 отношения сигналов, нз второй вход которо1793269

15

25

45 го поступаютсигналыс выхода второгодетек-, тора 14. Сигнал с выхода блока 18 отношений, представляющий собой безразмерную величину, возрастающую с увеличением степени износа зубчатых колес, поступает на вход блока 10 индикации, Сигнал, регистрируемый измерительным преобразователем угловых ускорений

12, усиливается в согласующем усилителе

11 и при открытом ключе 3 поступает на вход усилителя-аттенюатара 4. Этот сигнал поступает на сигнальные входы перестраиваемого полосового фильтра 5 и второго гребенчатого фильтра 13, на управляющие входы которых поступают сигналы с умножителя частоты 23. Сигналы с выхода умножителя частоты 23 имеют частоту, равную частота вращения вала, на котором закреплена диагностируемое колесо исследуемого зубчатого зацепления. Сигналы с выхода гребенчатого фильтра 13 представляют собой амплитудные значения гармоник оборотной частоты вращения вала, Эти сигналы поступают на второй детектор 14, с выхода которого поступают на первый вход блока

15 отношения сигналов; на второй вход которого поступают сигналы с третьего детектара 16, характеризующие нормальное техническое состояние исследуемого зубчатого колеса. Сигнал с выхода второго блока

15 отношений, представляющий собой безразмерную величину, возрастающую с увеличением степени заедания зубьев диагностируемого зубчатого зацепления, поступает на вход блока 10 индикации. 35

Сигнал с выхода полосового фильтра 5, настроенного нэ первую гармонику оборотной частоты вращения вала, на катарам закреплено диагностируемое зубчатое колесо исследуемого зацепления, поступает в чет- 40 вертый детектор 17; с выхода которого поступает на первый вход третьего блока 18 отношений сигналов, на второй вход которого поступают сигналы с выхода второго детектора 14. Сигнал с выхода блока 18 отношений, представляющий собой безразмерную величину, возрастающую с увеличением заедания зубьев колес диагностируемого зацеплейия, поСтупает йа вход блока 10 индикации. 50

Формула изобретения

Устройство для виброакустической диагностики роторных механизмов, содержащее последовательно соединенные измерительный преобразователь вибрации, усилитель заряда, переключатель режимов, Сигнал с выхода амплитудного детектора 6 поступает на сигнальный вход следящего полосового фильтра 20, на управляющий вход которого поступает сигнал с умножителя частоты 23. Сигнал на выходе полосового фильтра 20 представляет собой амплитудные значения субгэрмоники (в частности, сепараторной частоты диэгностируемого подшипника качения) частоты вращения вала. Этот сигнал поступает на пятый детектор

21, с выхода которого поступает на первый вход четвертого блока 22 отношения сигналов, на второй вход которого поступает сигнал с выхода интегратора 19, Сигнал с выхода блока 22 отношения, представляющий собой безразмерную величину, возрастающуюс ростомстепени износа диагнастируемого подшипника, поступает на блок 10 индикации.

Достигаемая при использовании изобретения в отличие ат прототипа вазможность диагностирования дефектов механизмов на ранней стадии развития обеспечивает предотвращение аварий, прогноз остаточного ресурса механизмов. Рациональный выбор измеряемых устройством параметров сигналов позволяет увеличить глубину диагностирования, эффективно выявлять опасные неисправности (не только износ зубьев колес, как в прототипе, но и заедание; выкрашивание и другие) вплоть до установления конкретной дефектной детали механизма, что способствует целенаправленному устранению дефектов, экономии времени, затрачиваемого на ремонт механизмов.

Эффективность использования устройства возрастает с учетом возможности его применения как на стадии эксплуатации ме- . ханизмов, так и при их производстве и испытаниях, Возможность диагностирования не только зубчатых колес, как зто заявлено в прототипе, но и подшипников качения позволяет проводить комплексную диагностику сложных роторных механизмов, например, таких как коробки передач, редукторы, трансмиссии сложных сельскохозяйственных, дорожных и других машин. усилитель и перестраиваемый паласовой фильтр, первый и второй гребенчатые фильтры, блок индикации интегратор, следящий паласовой фильтр, последовательно соединенные блок масштабирования и умножитель частоты, измерительный преобразователь частоты вращения, связываемый с валом ро10

1793269

Редактор

Составитель В,Погорелый

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор А.Обручар

ЗаКаз 497 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

9 то ного механизма, выход которого соединен с вторым входом умножителя частоты, сигнальный вход второго гребенчатого фильтра соединен с выходом усилителя; выход умножителя частоты соединен с управля1ощими входами первого и второго гребенчатых фильтров, перестраиваемого полосового фильтра и следящего полосового фильтра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения информативности диагностики путем определения местоположения дефектов и степени их развития, а также . путем диагностирования дефектов на ранней стадии их развития, ойо снабжено блока установки, амплитудным детектором, вх д которого соединен с выходом перест аиваемого полосового фильтра, а выход — входом интегратора, последовательно со диненными преобразователем угловых ус орений и согласующим усйлителем, выхо которого соединен с вторым входом пере лючателя, первым — четвертым зв ньями, каждое из которых состоит из посл довательно соединенных детектора среднего квадратичного значения сигнала и блока отношения, выходы первого и второго детекторов среднего квадратичного значения сигнала соединены соответственно с

5 выходами первого и второго гребенчатых фильтров, вторые входы первого и третьего блоков отношения соединены соответственно с выходом интегратора, вторым входом четвертого блока отношений и с

10 выходом второго детектора среднего квадратичного значения сигнала, входы третьего и четвертого детекторов среднего квадратичногр значения сигнала соединены сооТветственно с выходами перестраиваемого

15 полосового фильтра и следящего полосового фильтра, второй выход следящего полосового фильтра соедийен с входом интегратора, выходом амплитудного детекторэ и входом первого гребенчатого фильт20 ра, выход блока установки соединен с вторым входом второго блока отношения, первый — четвертый входы блока индикации соединены соответственно с выходами первого — четвертого блоков отношения.