СПОСОБ ВИБРОДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРИВОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G01H17/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для оценки состояния приводов машин, их узлов и элементов.

Известен способ вибродиагностирования технического состояния приводов [1], заключающийся в регистрировании амплитудно-частотного спектра вибрации диагностируемого механизма, нормировании его путем деления всех информативных составляющих спектра на среднее значение соответствующих составляющих амплитудно-частотных спектров вибрации образцовых механизмов, построении огибающей спектра, определении центра тяжести плоской фигуры, образованной осью частот и огибающей амплитудно-частотного спектра, и оценке состояния механизма по смещению найденного центра тяжести относительно образцового.

Известный способ позволяет оценить состояние привода в целом, но не позволяет оценить техническое состояние его узлов и тем более элементов узлов, информация о состоянии которых необходима для эффективного обслуживания приводов, оценки качества их сборки и выявления дефектных элементов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ вибродиагностирования технического состояния приводов [2], заключающийся в измерении значений вибрации в контрольных точках привода, определении в заданной полосе частот отношения пикового значения амплитуды вибрации к среднеквадратичному значению в оценке технического состояния привода по величине этого отношения.

Известно устройство, реализующее способ вибродиагностирования технического состояния приводов [2], содержащее вибропреобразователь, соединенный через усилитель и фильтр с входами пикового детектора и блока определения среднеквадратичного значения амплитуд, выходы которых соединены с входами блока вычисления, подключенного к блоку индикации.

Недостатком известного способа и устройства является то, что они не позволяют оценить состояние узлов и элементов узлов и приводов. Кроме того, оценка состояния приводов по отношению пикового значения амплитуды вибрации к среднеквадратичному значению в одной заданной полосе частот не позволяет судить о техническом состоянии приводов, какой бы ширины заданная полоса частот не была. Поскольку при широкой полосе частот пиковое значение амплитуды вибрации на одной из частот может быть сравнимо с общим уровнем вибрации другой части полосы частот, в результате значение отношения может иметь величину, близкую к единице даже при наличии дефекта в одном из узлов редуктора. При узкой полосе частот пиковое значение вибрации может быть исключено из анализа.

Целью изобретения является повышение достоверности диагностирования и расширение области применения за счет определения технического состояния узлов приводов и их элементов.

Это достигается тем, что в способе вибродиагностирования технического состояния приводов, заключающемся в измерении значений вибрации в контрольных точках, определении в заданной полосе частот отношения пикового значения амплитуды вибрации к среднеквадратичному значению и оценке технического состояния приводов в целом по величине этого отношения, оценку технического состояния приводов производят по величине этого отношения в заданных октавных полосах: при превышении значений отношений в одной или более октавах заданных допустимых значений определяют в заданном диапазоне частот частоту, на которой амплитуда вибрации имеет максимальное значение, выделяют из измеренных значений вибрации огибающую значений вибрации на этой частоте, производят спектральный анализ огибающей, из результатов которого выделяют значения частот спектра, соответствующие наибольшим значениям амплитуды, и по значениям этих частот и соответствующим им амплитудам судят о состоянии узлов и элементов приводов.

Кроме того, с целью обнаружения дефектов элементов узлов приводов, вызывающих удары, частоту, на которой амплитуда вибрации имеет максимальное значение, определяют в диапазоне 5-30 кГц.

Предлагаемое устройство вибродиагностирования технического состояния приводов, содержащее вибропреобразователь, соединенный с усилителем, и блок индикации, снабжено октавным анализатором отношения, задатчиком уставок, блоком сравнения, блоком запуска, логическим элементом ИЛИ, блоком выделения максимумов, детектором и узкополосным анализатором спектра, причем блок запуска соединен с управляющим входом октавного анализатора отношения и первым управляющим входом блока выделения максимумов, информационный вход которого соединен с выходом усилителя, который подключен к информационному входу октавного анализатора отношения, управляющий и информационный выходы блока выделения максимумов соединены соответственно с управляющим входом узкополосного анализатора спектра и входом детектора, выход которого соединен с информационным входом узкополосного анализатора спектра, управляющий и информационные выходы октавного анализатора отношения соединены соответственно с входом задатчика уставок и первыми входами блока сравнения, вторые входы которого соединены с выходами задатчика уставок, выходы блока сравнения соединены с первыми входами блока индикации и входами логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым управляющим входом блока выделения максимумов, выходы узкополосного анализатора спектра соединены со вторыми входами блока индикации.

Кроме того, блок выделения максимумов содержит генератор импульсов, логический элемент И, счетчик, дешифратор, n фильтров, блок ключей, коммутатор, первый и второй элементы памяти и элемент сравнения, причем информационный вход блока выделения максимумов через каждый i-ый фильтр соединен с i+1 входом коммутатора, первый вход которого соединен с нулевым проводом питания, первый управляющий вход блока выделения максимумов соединен с входом установки "0" счетчика, второй управляющий вход блока выделения максимумов соединен с входом генератора импульсов, выход которого через логический элемент И соединен с суммирующим входом счетчика, информационные выходы которого соединены с входами дешифратора и блока ключей, выход дешифратора соединен с другим входом логического элемента И, управляющим выходом блока выделения максимумов, управляющим входом блока ключей и первым управляющим входом первого элемента памяти, универсальные выводы блока ключей и первого элемента памяти соединены между собой, выходы блока ключей соединены с управляющими входами коммутатора, выход которого соединен с информационным входом второго элемента памяти, первым входом элемента сравнения и информационным выходом блока выделения максимумов, выход второго элемента памяти соединен с вторым входом элемента сравнения, выход которого соединен с управляющим входом второго элемента памяти и вторым управляющим входом первого элемента памяти.

При этом октавный анализатор отношения содержит m фильтров, коммутатор, пиковый детектор, блок среднеквадратичного значения, блок вычисления отношений, блок памяти, генератор импульсов, логический элемент И, счетчик и дешифратор, причем информационный вход октавного анализатора отношений соединен через каждый j-й фильтр с j+1 входом коммутатора, первый вход которого соединен с нулевым проводом питания. Выход коммутатора соединен с входом пикового детектора и блока среднеквадратичного значения, выходы которых соединены с входами блока вычисления отношения, генератор импульсов, соединенный через логический элемент И с суммирующим входом счетчика, вход установки "0" которого соединен с управляющим входом октавного анализатора отношения. Выходы счетчика соединены с управляющими входами коммутатора и блока памяти и входами дешифратора, выход которого соединен с другим входом логического элемента И, входом режима работы блока памяти и управляющим выходом октавного анализатора отношения. Выход блока вычисления отношений соединен с информационным входом блока памяти, выходы которого соединены с выходами октавного анализатора отношения.

Техническое состояние приводов в целом оценивают по отношениям пикового значения амплитуды вибрации к среднеквадратичному значению в заданных октавных полосах.

При превышении значений отношений к одной или более октавах заданных допустимых значений определяют в заданном диапазоне частот частоту, на которой амплитуда вибрации имеет максимальное значение, выделяют из измеряемых значений вибрации огибающую значений вибрации на этой частоте, производят спектральный анализ огибающей, из результатов которого выделяют значения частот спектра, соответствующие наибольшим значениям амплитуды, и по значениям этих частот и соответствующим им амплитудам судят о состоянии узлов и элементов приводов.

Частоту, на которой амплитуда вибрации имеет максимальное значение, определяют в диапазоне 5-30 кГц.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства вибродиагностирования технического состояния приводов; на фиг.2 - функциональная схема блока выделения максимумов; на фиг.3 - функциональная схема октавного анализатора отношения.

Устройство вибродиагностирования технического состояния приводов, осуществляющее реализацию способа, содержит вибропреобразователь 1, соединенный через усилитель 2 с информационными входами октавного анализатора 3 отношения и блока 4 выделения максимумов.

Блок 5 запуска соединен с управляющим входом октавного анализатора 3 отношения и первым управляющим входом блока 4 выделения максимумов. Блок 6 сравнения, первые входы которого соединены с информационными выходами октавного анализатора 3 отношения, вторые входы - с выходами задатчика 7 уставок, вход которого соединен с управляющим выходом октавного анализатора 3 отношения. Выходы блока 6 сравнения соединены с первыми входами блока 8 индикации и входами логического элемента ИЛИ 9, выход которого соединен с вторым управляющим входом блока 4 выделения максимумов.

Информационный и управляющий выходы блока 4 выделения максимумов соединены соответственно с входом детектора 10 и управляющим входом узкополосного анализатора 11 спектра, информационный вход которого соединен с выходом детектора 10. Выходы узкополосного анализатора 11 спектра соединены с вторыми выходами блока 8 индикации. Блок 4 выделения максимумов содержит счетчик 12, вход установки "0" которого соединен с первым управляющим входом блока 4 выделения максимумов, а суммирующий вход через логический элемент И 14 - с выходом генератора 13 импульсов, управляющий вход которого соединен с вторым управляющим входом блока выделения максимумов.

Выходы счетчика 12 соединены с информационными входами блока 15 ключей и входами дешифратора 16, выход которого соединен с другим входом логического элемента И 14, управляющим выходом блока 4 выделения максимумов, управляющим входом блока 15 ключей и первым управляющим входом первого элемента 17 памяти.

Универсальные выводы блока 15 ключей и первого элемента 17 памяти соединены между собой. Выходы блока 15 ключей соединены с управляющими входами коммутатора 18, первый информационный вход которого соединен с нулевым проводом питания. Блок 4 выделения максимумов также содержит n фильтров 19, входы которых соединены с информационным входом блока 4 выделения максимумов. Выход каждого i-того фильтра 19 соединен с i+1 информационным входом коммутатора 18, выход которого соединен с информационным входом второго элемента 20 памяти, первым входом элемента 21 сравнения и информационным выходом блока 4 выделения максимумов. Выход второго элемента 20 памяти соединен с вторым входом элемента сравнения 21, выход которого соединен с вторым управляющим входом первого элемента 17 памяти и управляющим входом второго элемента 20 памяти.

Октавный анализатор 3 отношения содержит m фильтров 22, входы которых соединены с информационным входом октавного анализатора 3 отношения. Выход каждого j-того фильтра 22 соединен с j+1 входом коммутатора 23, первый вход которого подключен к нулевому проводу питания. Выход коммутатора 23 соединен с входом пикового детектора 24 и входом блока 25 среднеквадратичного значения, выходы которых соединены с входами блока 26 вычисления отношений. Генератор 27 импульсов через логический элемент И 28 соединен с суммирующим входом счетчика 29, выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора 23, входами дешифратора 30 и управляющими входами блока 31 памяти. Выход дешифратора 30 соединен с другим входом логического элемента И 28, входом режима работы блока 31 памяти и управляющим выходом октавного анализатора 3 отношения. Выход блока 26 вычисления отношения соединен с информационным входом блока 31 памяти, выходы которого соединен с информационными выходами октавного анализатора 3 отношения.

Устройство для осуществления способа вибродиагностирования технического состояния приводов работает следующим образом.

Вибропреобразователь 1 преобразует вибрацию диагностируемого привода в пропорциональный электрический сигнал, который усиливается усилителем 2 и подается на информационные входы октавного анализатора 3 отношения и блока 4 вычисления максимумов, которые в исходном положении заторможены, и сигнал, пропорциональный значениям вибрации, не анализируют. При включении блока 5 запуска на управляющем входе октавного анализатора 3 отношения и первом входе блока 4 выделения максимумов формируется сигнал, который растормаживает счетчики 12 и 29 октавного анализатора 3 отношения и блока 4 выделения максимумов.

Счетчик 29 начинает суммировать импульсы генератора 27 и своими сигналами управляет коммутатором 23 и блоком 31 памяти. При каждом i-ом импульсе генератора 27 коммутатор 23 соединяет j-ый фильтр 22 с входами пикового детектора 24 и блоком 25 среднеквадратичного значения, т.е. j-ый фильтр пропускает частоты вибрации только в j-ой октавы, пиковый детектор 24 выделяет пиковые значения вибрации, а блок 25 определяет среднеквадратичное значение вибрации, блок 26 вычисляет отношение пикового значения вибрации к среднеквадратичному значению и этот сигнал записывается в j-ой области памяти блока 31.

Таким образом, в блоке 31 памяти записываются значения отношений пикового значения вибрации к среднеквадратичному значению, соответствующие октавам, на которые настроены m фильтров. При m+1 импульсе срабатывает дешифратор 30, который своим сигналом запирает логический элемент И 28, счетчик 29 останавливается, блок 31 памяти переключается в режим считывания и на его выходах формируются сигналы отношений по октавам. Кроме этого, сигнал дешифратора 30 поступает на управляющий выход октавного анализатора 3 отношения и далее - на вход задатчика 7 уставок, который включается и на его выходах формируются допустимые значения отношений по октавам, которые предварительно в него записаны. Блок 6 сравнения сравнивает заданные значения отношений с вычисленными и результаты сравнения отображаются блоком индикации, по показаниям которого судят о техническом состоянии привода в целом.

При превышении вычисленными значениями отношений заданных хотя бы в одной октаве на выходе логического элемента ИЛИ 9 формируется сигнал, который поступает на второй управляющий вход блока определения максимумов и далее - на управляющий вход генератора 13 импульсов, который запускается и формирует импульсы, которые через логический элемент И 14 поступают на суммирующий вход счетчика 12. Счетчик 12 суммирует эти импульсы и его сигналы поступают на входы блока 15 ключей и дешифратора 16, который своим сигналом удерживает блок 15 ключей в положении, в котором информация от счетчика 12 поступает на управляющие входы коммутатора 18 и универсальные выводы первого элемента 17 памяти, который удерживается в режиме записи сигналом дешифратора 16.

Коммутатор 18 под действием сигналов счетчика 12 поочередно при каждом i-ом импульсе генератора 13 подключает i-ый фильтр к информационному входу элемента 21 сравнения, который сравнивает сигнал второго элемента 20 памяти с сигналом коммутатора 18. В случае, когда сигнал коммутатора 18 больше сигнала второго элемента 20 памяти, элемент 21 сравнения своим сигналом на управляющем входе второго элемента 20 памяти и втором управляющем входе первого элемента 17 памяти формирует команду записи и первый элемент 17 памяти записывает информацию о текущем состоянии счетчика, а второй элемент 20 памяти записывает значение сигнала коммутатора 18. В случае, когда сигнал коммутатора 18 меньше сигнала второго элемента 20 памяти, запись информации в первый и второй элементы 17 и 20 памяти не происходит. Таким образом, определяется частота, на которой амплитуда вибрации имеет максимальное значение.

При n+1 импульсе генератора 13 включается дешифратор 16 и своим сигналом запирает логический элемент И 14, счетчик 12 останавливается, первый элемент 17 памяти переключается в режим считывания, а блок 15 ключей подключает универсальные выводы первого элемента 17 памяти к управляющим входам коммутатора 18, который подключает фильтр 19, соответствующий частоте, на которой амплитуда вибрации была максимальной, к информационному выходу блока 4 вычисления максимумов.

Кроме этого, сигнал с выхода дешифратора 16 подается на управляющий вход блока 4 выделения максимумов и на управляющий вход узкополосного анализатора 11 спектра, который запускается и производит спектральный анализ сигнала, который с выхода коммутатора через детектор 10 поступает на информационный вход узкополосного анализатора 11 спектра.

Детектор 10 осуществляет выделение огибающей сигнала коммутатора 18.

Сигналы в результате спектрального анализа поступают на второй вход блока 8 индикации, который отображает спектрограмму огибающей сигнала. По спектрограмме выделяют частоты, соответствующие максимальным значениям амплитуд, и по этим частотам, соответствующим им амплитудам на основании кинематической схемы привода определяют техническое состояние его узлов и элементов.

Для обнаружения дефектов элементов узлов приводов, вызывающих удары, фильтры 19 блока 4 выделения максимумов настроены на частоты, перекрывающие диапазон 5-30 кГц.

Таким образом, при помощи устройства осуществляется способ вибродиагностирования технического состояния приводов, позволяющий оценивать техническое состояние привода, его элементов и узлов.

По окончании измерений выключается блок 5 запуска, который своим сигналом устанавливает в нулевое состояние счетчики 29 и 12 октавного анализатора 3 отношения и блока 4 выделения максимумов, которые затормаживаются, устройство устанавливается в исходное положение и готово к следующему циклу измерения.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам и средствам вибродиагностирования технического состояния приводов, позволяет повысить достоверность диагностирования и расширить область применения за счет оценки технического состояния узлов приводов и их элементов. Вибропреобразователь 1 преобразует значения вибрации в пропорциональный электрический сигнал, усилитель 2 усиливает этот сигнал. Октавный анализатор отношения 3 вычисляет отношение пикового значения вибрации к среднеквадратичному значению по октавам. Блок 6 сравнения сравнивает вычисленные значения отношений с заданными, блок 8 индикации отображает результаты сравнения. Если в одной или более октавах вычисленные значения больше заданных, то логический элемент ИЛИ 9 запускает блок 4 выделения максимумов, который определяет частоту, на которой амплитуда значений вибрации имеет максимальное значение, и пропускает через себя только значение вибрации этой частоты. Детектор 10 выделяет огибающую этих значений вибрации. Узкополосный анализатор 11 спектра производит спектральный анализ огибающей. Блок 8 индикации отображает результаты спектрального анализа. По результатам, отображаемым блоком 8 индикации, судят о техническом состоянии привода, его узлов и элементов. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

СПОСОБ ВИБРОДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРИВОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.