Устройство для диагностики щеточно-коллекторного узла Советский патент 1983 года по МПК H01R39/58 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к измерительной технике и может быть использовано для контроля технического состоя ния скользяиих контактов электродвигателей, и других механизмов- и приборов.

Известно устройство для опреде-,. ления собственных частот колебаний щеток, снятых с электродвигателя, в котором определение собственных .частот в этом устройстве производится резонансным методом, т.е. имеется внешний источник возбуждения механических колебаний и схема измерения уроеня собственной вибраций скользящего контакта для фиксации явления резонанса, который возникает при совпадении частот вынужденных и собственных колебаний 13«

Так как для использования этого устройства узел скольяящего контакта необходимо снимать с электро- |двигателя, то точность измерения собственных частот с его помощью невелика из-за того, что при измерении не учитывается влияние : масс, связанных с исследуемым узлом

Известно устройство для днагнос- тики опор сббранной электрической .. машины, содержащее вибростенд, пер.вый и второй вибропреобразователи, первый и второй генераторы, интегриругааий усилительнйй блок с переменным коэффициентом усиления, первый и фильтры, схему сравнения, управляелвлй шаговый двигатель, блок регулирования вынужденных колебаний и индикатор. При диагностировании siceCTKOCTHi исследуелвлх опор с помощью этого устройства генераторы вырабатывают вннужденнью колебания переменных частот U) и блок регулирования вынужденных колебаний изменяет частоты uJ и tUj, уменьшая их разность при уменьшении колебаний шлходного сигнала и обеспечивая тем самым обратную связь t2.

Благодаря использованию в этой установке вынужденных колебаний двух различных частот выходной сигнал, иесу1 шй информацию о жест кости исследуемых опор, есть экстремальная функция, имеющая минимум при сояпсщвиии действительной жесткости и ее расчетного значения. Таким образом, установка обеспечивает диагностику жесткости опор собственной электрической машины.

Однако эта установка не может быть использована для диагностики узлов скользящего контакта, так как вибрационное состояние систем, использующих скользящий контакт, описывается более сложными зависимостями, расчетное определение частот собственных колебаний скользящего контакта затруднительно и, кро ме того, сама принципиальная схема установки не предназначена для выделения Сигнала, несущего информацию о состоянии скользящего контакта из общего вибросигнала, харак теризуведего техническое состояние устройства в целом (т.е. учитываквде состояние опор, дисбаланс, перекосы и т.д.),

Наиболее близким техническим решением является устройство для диагностики щеточно-коллекторного узла сббранной машины,содержащее генератор электрических колебаний и индикатор З }.

Недостатком этого устройства является необходимость крепления вибропреобразователя на щеткодержателе что не всегда возможно из конструктивных соображений. Кроме того, масса щеткодержателя и вибропреобразователя соизмеримы, что приводит к возникновению погрешности измерения из -э а влияния присоединенной ма|сы вибропреобразователя. Установ- , ка не дает возможности определять собственную частоту колебаний щеток,, от которой, в основном, зависит качество работы скользящего контакта. Кроме того, невозможна диагностика малогабаритных объектов и объектов в состоянии функционирования.

Цель изобретения - повышение точности диагностики и расширения области применения.:

Поставленная цель достигается тем, что устройство для диагностики щеточно-коллекторного узла собранной машины,содержащее генератор электрических колебаний и индикатор, снабжено блоком питания, схемой согласования, перестраиваемым фильтром, функциональным блоком, блоком управления амплитудой, последовательно соединенными между собой, а также логаческой схемой И и системой синхронно перестраиваемых фильтров, последовательно соединенных мeждS собой, сроме того, генератором механичессих колебаний для установки на нем собранной машины, первой и второй схемами сравнения и блоком управления частотой, причем второй вход схемы согласования соединен с выводом для подключения щетки, вход генератора механических колебаний соединен с выходом генератора электрических колебаний, первый вход логической схемы И соединен с выходом схемы согласования, а второй вход - с первым выходом первой cxeNM сравнения, второй выход ко торой соединен с первым входом индикатора и первым входом бло1 а управления частотой/ а вход первой схемы сравнения соединен с выходом перестраиваемого фильтра, второй вход индикатора и вход второй схемы сравнения соединены с выходо функционального блока, выход второй схеки сравнениясоединен с третьим входом индикатора и входом блока управления частотой, выход которого соединен свторыми , входами генератора электрических колебаний, сзлока управления амплитудой, перестраиваемого фильтра и системы синхронно перастр ваемых фильтров, выход которой соединен с вторым входом функционального бло ка, выход блока управления амплиту дой соединен с первым входом генератора .электрических колебаний. Устройство для диагностики щеточйо-коллекторного узла состоит и последовательно соединенных блока 1 питания, схемы 8 согласования, перестраиваемого фильтра 3, функци онапьн.ого блока 4, блока 5 управления амплитудой, генератора б электрических колебаний к генератор 7 механических колебаний для устйновки на нем собранной машины 8. Выход схемы 2 согласования соедине с последовательно соединенными логи чёской схемой И 9 и системой 10 синхронно перестраиваемых фильтро Выход перестраиваемого фильтра Э соединен со входом первой схемы 11 сравнения, первый выход которой соединен со вторым входом логической схемы и 9, а второй - с первым выход 1ми индикатора 12 и блока 13 управления частотой. Выход функцио нального блока 4 соединен со входом второй схемы 14 сравнения и вторым вхо дом индикатора 12.Выкод второй схемы 14 сравнения соединен с третьим входо .индикатора 12 и вторым входом блока 13 Управления частотой.Выход блока 13 уп равления частотой соединен со вторыми входами генератора 6 электричес ких ко лебаний, блока 5 управления айшитудой, перестраиваемого фильтра 3 и систекы 10 синхронно перестраиваемых фильтров, выход которой соединен со вторым входом функциональног блока 4. Второй вход схемы 2 согласования соединен со щетками 15 собранной машины 8. Устройство работает следующим образом. Генератор б электрических колебаний вырабатывает гармонический сигнал, частота и амплитуда которого регулируется с помощью блока 13 управления частотой и блока 5 управ ления амплитудой. Блок 13 управлени частотой состоит из схемы управления Старт - Стоп и электродвигателей перестройки фильтра 3, генератора 6 электрических колебаний и систекы 10 синхронно перестраиваемых фильтров. Гармонический сигнал поступает на генератор 7 механических колебаний, в качестве которого используется серийный прибор типа ГМК-1 или Ё201-:221. На подвижной части генератора 7 механических колебаний, вибрирующей с частотой я амплитудой, задаваемыми генераторсни б электрических колебаний, установлена собраннаямашина -8 Из блока 1 питания, в качестве которого может использоваться высокостабилиэкрованный источник тока Б5-8, через схему 2 согласования, представляииую собой термокомпенсированнук группу резисторов, iia щетки 15 собранной машины 8 подается постоянное напряжение.. При совпадении собственной частоты колебаний щеток 15 и частоты внешней вибргщии, задаваемой генератором 7 механических колебаний и изменякщейся в процессе исследования с Ьомощью блока 13 управления частотой от нуля доJзначения, превышенных собственные частоты колебаний щеток 15, в цепи питания щеток 15 .возникают импульсы напряжения. Переменная составляющая напряжения в цепи питания щеток 15 поступает со схемы 2 согласования на перестраиваекый фильтр 3 и логическую схему .И 9. перестраиваемый фильтр 2 представляет собой схему на основе моста Вина, перестраиваемую электродвигателем .лока 13 управления частотой синхронно схемой генератора электрических колебаний. Возможно прикюнение в качестве перестраиваемого фильтра анализатора SBA-101. Логическая схема И 9 является типовой схемой с ограничением входных сигналов и реле на выходе для включения сигнала на систему синхронно перестраиваемых фильтров 10. Второй вход перестраиваемого фильтра 3 соединен с выходом блока 13 управления часто1ой, поэтому перестраиваемой фильтр пропускает сигнал только с частотой вынуя денных колебаний. Таким образом повышается помехозащищенность данного устройства. Сигнал с перестраиваемого фильтра 3 поступает в первую схему 11 сравнения, где сравнивается с пороговым значением и,характеризу8Я 1им величину коэффициента динамичности, определяишую наличие или отсутствие резонанса. Первая схема 11 сравнения является типовой схемой сравнения на основе компаратора с использованием в качестве опорного сигнала и , нмпульсы в цепи щеток 15 могут врэжкать не только при отрыве щеток

15 от коллектора в результате резонанса, но и в случае их отрыва при воздействии внешней вибрации с большим ускорением. Для предотвращения фиксации ложных значений собственных частот колебаний иеток 15, а также для обеспечения возможности определения усилия прижатия щеток 15, в устройство введены фунциональный блок 4, логическая схема И 9 и система синхронно перестраиваемых фильтров 10, Функциональный блок 4 включает в себя входные преобразователи, схемы сранения на операционных усилителях и пороговые устройства для управлени индикатором 12 и блоком 4 управленик амплитудой.. Система синхронно перестраиваемых фильтров 10 представляет собой группу фильтров на основе моста Вина, настроенных на кратные частоты перестраиваемых электродвигателем-блока 13 управ- Ленин частотой и имекядих выходные каскады преобразования. Сигнал с первого вьзхода - схемы сравнения 10 поступает в логическую схему И 9, которая пропускает на систему 10 синхронно перестраиваег лх фильтров сигнал поступанмий со схемы согласования 2 и несущий информацию о отрыве щеток 15 только в случае дотаточно высокого уровня этого сигнала. Система 10 синхронно перестриваемых фильтров, управляемая с помощью сигнала с выхода блока 13 управления частотой, обеспечивает пропускание сигналов с частотами, кратными или жестко связанньзми с частотой вынужденных колебаний. Амплитуды этих сигналов сравниваются в функциональном блоке 4 с амплитудой сигнала, имеющего частоту вынужденных колебаний и поступающего из перестраиваемого фильтра 3, Импульсы, возникающие .в цепи питания щеток 15 при их отрядвё от коллектора под действием значительных амплитуд внешней вибрации, отличаются от импульсов, возникающих при резонансе наличием, гармоник с частотами, кратными частоте вынужденных колебаний (т.е. имеет форму близкую к прямоугольной }, Поэтому в случае, если величина соотношения амплитуд сигнала с час тотой вынужденных колебаний и сигналов с кратными часдотами достаточно велики, на второй вход индикатора 12 из функционального блока 4 поступает сигнал, разрешающий индикацию частоты собстйенных колебаний щеток 15. В противном случае, сигнал из функционального бло ка 4 поступает на блок 5 управления амгшитудой, и а в1Л1А:уда , вынуж денных колебаний, вырабатываеглых . .генератором б электрических колебаний и генератором 7 механических колебаний, увеличивается, что вызывает отрыв щеток 15 от коллектора. Обеспечить отрыв необходимо для того, чтобы измерить усилие прижати щеток 15, Блок 5 управления амплитудой состоит из схемы управления и мощного истокового повторителя, регулирующего выходное напряжение генератора б электрических колеба- НИИ. Связь между выходом первой схемы 11 сравненияИ первьтм входом блока 13 управления, частотой обеспечивает задержку изменения частоты генератора б электрических колебаний в момент появления на выходе схемы 11 сравнения, свидетельствуето наличии резонанса, на время, достаточное для измерения усилия . прижатия щеток ,15 собранной машины 8. Для изг/юрения усилия прижатия синал с функционального блока 4, несущий информацию о соотношении амплитуд сигналов с частотой вынужденных колебаний и кратными частотами , поступает на вход второй схемы 14 сравнения. Величина этого соотношения позволяет судить об усилии прижатия щеток 15, для чего во второй схеме сравнеиия 14 производится сравнение сигнала, поступакяаего из функционального блока 4, и величины УЗ/характеризующей эталонно,е усилие прижатия. Вторая схема 14 сравнения, как и первая схема сравнения 11, является типовой схемой, на основе компаратора с использованием в качестве опорного сигнала После определения усилия прижатия с выхода второй схемы 14 сравнения на второй вход блока 13 управления частотой поступает сигнал, снимающий задержку изменения частоты. С выхода блока 13 управления частотой после этого сигнал поступает на вход блока 5 управления амплитудой, что приводит к снижению амплитуды вынужденных колебаний, которая ёыла увеличена для обеспечения отрыва щеток 15 от коллектора. Во второй схеме 14 сравнения определяется усилие прижатия щеток 15 на нескольких собственных частотах. Измененные значения определя:ются во второй схеме 14 сравнения и фиксируются индикатором 12, для чего на его третий вход подается соответствующее напряжение.

Предлагаемое устройство для диагностики скользящих контактов, в отличие от существующего, позволяет определять собственные частоты колебания скользящего контакта непосредственно в функциониругацем или нефункционирующем объекте, где используется скользящий контакт.

Устройство позволяет определять также усилие прижатия в скользящем контакте без разборки устройства. Таким образом осуществляется всесторонний 1контр6ль технического состояния скЪльзярдих контактов устройств (в том числе электрических

машин ), который может осуществляться как при изготовлении и сборке, так и в процессе эксплуатации устройства. За счет этого повышается качество и надежность работы устройств, содержащих скользящие контакты.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОАПЮСТИКЙ ЩЗЕТОЧНО-КОЛЛБКТОРНОГО УЗЛА собран- i ной машины, содержащее генератор электрических колебаний и индикатор, о т л и ч а ю « е е с я тем, что, с целью повышения точности диагностики и расширения области применения, устройство снабжено блоком питания, схемой согласования, перестраиваемым фильтром, функциональным блоком, блоком управления амплитудой, последовательно соединенными между собой, , а также логической схемой И и системой синхронно перестраиваемых фильтров, последовательно соединенных между собой, кроме того, генератором механических колебаний для установки на нем собранной маnoftoi, первей и второй схемами сравнения и блоком управления частотой, причем второй вход cxefsj согласования соединен с выводом для подключения «етки, вход генератора механических колебаний соедннён с кгходом генератора электрическнх колебаний, первый вход логической схеюл Н соединен с выходом схемы согласования, а второй вход - с первым выходом первой схемы сравнения, второй аыход которой соединен с первым входом индикатора и первым входом блока управления частотой, а вход первой схемы сравнения соединен с выходом перестраиваемого фильтра, второй вход инV) дикатора и вход второй сравнения соединены с выходом функциоС нального блока, выход второй схемы сравнения соединен с третьим вхо- . дом индикатора и втсфым входом Ялока управления частотйй, выход которого соединен с вторыми .входами генератора электрических колебаний, блока управления амплитудой, перестраиваемого фильтра и системы синхронно перестраиваемых фильтров, выход которой соединен с BTOJSJM вход(Л4 функционального блока, выход блока управления амплитудой соединен с первым входом генератора электрических колебаний.