Устройство для определения технического состояния подшипников качения и скольжения Российский патент 2019 года по МПК G01M13/04 

Изобретение относится к судовому машиностроению, в частности к контрольно-измерительным приборам, используемым при эксплуатации подшипников скольжения и качения в судовых механизмах.

Из существующего уровня техники известен способ, определяющий техническое состояние подшипников качения и скольжения и устройство его реализующее (патент SU №1838974 А3, опубл. 21.01.91): «Устройство (фиг. 1) состоит из вибродатчика 1, в качестве которого использован пъезодатчик, установленного на входе первого усилителя, высокое входное сопротивление которого служит для согласования с выходным сопротивлением вибродатчика, а сам усилитель 2 снабжен ручным аттенюатором 3, позволяющим менять усиление плавно и ступенями через 20 дБ и соединен в свою очередь с повторителем 4, который необходим для того, чтобы характеристики подключенного к нему высокочастотного полосового фильтра 5 не зависели от положения ручки регулятора, причем высокочастотный полосовой фильтр 5 через автоматический аттенюатор 6 соединен со вторым усилителем 7, предназначенным для компенсации дополнительного затухания сигнала, вносимого первым и вторым автоматическими аттенюаторами 6 и 8 с дальнейшим подключением к детектору 9, а через него к интегратору 10, причем первый автоматический аттенюатор 6, усилитель 7, последовательно соединенный с ним второй аттенюатор 8 с детектором 9 и интегратором 10 образуют блок автоматического регулирования усиления - АРУ сигнала, снабженный устройством для контроля уровня сигнала 11, построенным на компараторе, соединенным с эмиттерным повторителем 12, подключенный в свою очередь к светодиоду-индикатору 13, свечение, которого означает, что уровень сигнала на входе необходимо уменьшить. К выходу детектора подсоединен низкочастотный полосовой фильтр 14, а к последнему - индикатор-вольтметр 15 переменного тока.

Для проверки работоспособности и электрической калибровки тракта сигнала к входу устройства для диагностики подшипников может быть через переключатель 16 подключен калибратор 17».

Недостатком данного устройства является зависимость показаний измеряемой величины (коэффициента амплитудной модуляции) от частоты вращения подшипников, и как следствие, от полосы пропускания и средней частоты F_p высокочастотного фильтра 5 (ВЧ фильтра).

Эту зависимость можно проследить в данной таблице (таблица 1) в которой предоставлены результаты, проведенных авторами многочисленных экспериментов с учетом опыта эксплуатации серийно выпускаемого промышленностью прибора типа АЛ-2-3, (патент №1838974). Авторы пришли к выводу, что использование высокочастотного фильтра с частотой F_p=15 кГц менее эффективно по сравнению с другими высокочастотными фильтрами, например, фильтры F_p=10 кГц, F_p=8 кГц.

Цель изобретения - повышение точности определения технического состояния подшипников, во время их эксплуатации в судовых механизмах, упрощение процесса диагностирования и повышения достоверности результатов в условиях эксплуатации подшипникового узла.

Это достигается тем, что в отличие от ранее заявленного технического решения предлагается устройство, в котором заменяется высокочастотный фильтр (5) со средней частотой F_p=15 кГц на высокочастотный фильтр со средней частотой F_p=8 кГц, для того, чтобы увеличить точность измерений на 3,8%, что является существенным для приборов такого типа, так как по глубине амплитудной модуляции определяют техническое состояние подшипников.

А также для расширения возможностей устройства введен слуховой канал (см. фиг. 2), состоящий из усилителя мощности 19, снабженного ручным регулятором 20 с выключателем усилителя мощности, к выходу которого подключаются наушники 21. Усилитель мощности с помощью переключателя 18 может быть подключен либо непосредственно к выходу повторителя 4, либо к выходу полосового фильтра 14, т.к. развитый дефект подшипника вызывает хорошо слышимый рокот.

Способ диагностики подшипников осуществляется в следующей последовательности.

В процессе эксплуатации машин и механизмов с подшипниками качения и (или) скольжения измеряют парциальную глубину амплитудной модуляции высокочастотной вибрации подшипникового щита только на частотах:

F_к - для подшипников качения;

F_с - для подшипников скольжения, которые являются информативными.

Частота F_к для всех типоразмеров подшипников качения находится в пределах:

F_к=(0,38-0,42) F_вк,

где F_вк - частота вращения внутреннего кольца подшипника, Гц;

Частота F_c для подшипников скольжения находится по формуле: F_с=0,5F_вк,

По глубине амплитудной модуляции на этих частотах судят о техническом состоянии подшипников; если глубина амплитудной модуляции (М %):

1. М=0-10% - подшипник в исправном состоянии;

2. М=11-18% - подшипник имеет дефект (по величине судят о степени развития дефекта);

3. М=19-25% - подшипник имеет сильно развитый дефект и должен быть заменен.

В исходном положении, при работе машины или механизма, вибродатчик закрепляют в подшипниковом узле для возможности суждения о состоянии подшипника по максимальному значению парциальной глубины амплитудной модуляции. В режиме "ИЗМЕРЕНИЕ" усиленный сигнал с вибродатчика поступает на первый усилитель с ручным аттенюатором, позволяющий выбрать оптимальный уровень сигнала, и поступает на высокочастотный повторитель, наличие которого позволяет сделать характеристики высокочастотного полосового фильтра, который выдает высокочастотную составляющую вибрации в третьоктавной полосе, вблизи резонансной частоты F_p=8 кГц. Затем сигнал поступает в блок автоматического регулирования усиления АРУ, в котором содержатся: первый и второй автоматические аттенюаторы, детектор и интегратор, причем работой блока управляет интегратор на операционном усилителе, на инвертирующем входе которого действуют два тока: первый из них создается генератором стабильного тока, а второй создается в результате усреднения продетектированного напряжения несущей, причем для уменьшения среднего напряжения несущей напряжение на выходе интегратора увеличивается, при этом проводимость полевых транзисторов первого и второго автоматических аттенюаторов увеличивается до тех пор, пока сумма токов на входе интегратора не станет равной нулю, что позволит поддерживать постоянный средний уровень несущей на выходе детектора, контроль уровня сигнала ведут с помощью устройства, подключенного к эмиттерному повторителю и далее - к светодиоду - индикатору, свечение которого свидетельствует о необходимости уменьшить уровень сигнала на входе. Таким образом, поддерживают на постоянном уровне постоянную составляющую. А переменную составляющую подают на низкочастотный полосовой фильтр с F_р=F_к или F_р=F_с далее на вольтметр переменного тока - индикатор среднего значения переменного напряжения.

Такое построение обеспечивает непосредственное измерение парциального коэффициента модуляции М по частоте F_к или F_с, в зависимости от типа подшипника. По показаниям устройства, т.е. по величине парциального коэффициента М судят о состоянии подшипников: как качения, так и скольжения.

Для проверки работоспособности и электрической калибровки тракта сигнала применяют генератор амплитудно-модуляционного сигнала - калибратор, который при работе устройства в режиме "КАЛИБРОВКА" подключают поворотом переключателя в нижнее положение.

Устройство относится к области контрольно-измерительных приборов и может быть использовано для контроля при эксплуатации подшипников скольжения и качения в судовых механизмах. Устройство содержит последовательно соединенные вибродатчик, первый усилитель, высокочастотный полосовой фильтр, автоматический аттенюатор, второй усилитель, детектор, низкочастотный полосовой фильтр, блок автоматического регулирования усиления, интегратор и вольтметр переменного тока в качестве индикатора. Высокочастотный полосовой фильтр имеет частоту F_p = 8 кГц. Также введен слуховой канал, состоящий из усилителя мощности, к выходу которого подключаются наушники. Усилитель мощности с помощью переключателя может быть подключен либо непосредственно к выходу повторителя, либо к выходу полосового фильтра. Технический результат заключается в повышении точности определения технического состояния подшипников, упрощении процесса диагностирования и повышении достоверности результатов в условиях эксплуатации подшипникового узла. 2 ил., 1 табл.

Устройство для определения технического состояния подшипников качения и скольжения содержит последовательно соединенные вибродатчик, первый усилитель, второй усилитель, детектор, низкочастотный полосовой фильтр, блок автоматического регулирования усиления, интегратор и вольтметр переменного тока в качестве индикатора, отличающееся тем, что в качестве высокочастотного полосового фильтра используется высокочастотный полосовой фильтр с частотой F_p = 8 кГц, а для расширения возможностей устройства введен слуховой канал, состоящий из усилителя мощности, снабженного ручным регулятором с выключателем усилителя мощности, к выходу которого подключаются наушники.