Устройство управления испытанием диагностикой подшипников Советский патент 1985 года по МПК G04F13/04 

Изобретение относится к испытательной технике и технической диагностике машин с вращающимися роторами в шариковых и роликовых подшипниках, при испытаниях их на виброустойчивость.

Известны устройства для испытания объектов на виброустойчивость методом плавной развертки или качания частоты, содержащие генератор качающейся частоты, соединенный через усилитель мощности с вибратором, на столе которого установлены объект и измерительные преобразователи виброполя, подключенные через согласующие усилители к виброметрам, выходы которых через селектор соединены с выходом управления гененатора качающейся частоты. В этом устройстве за счет использования цепи обратной связи, в которзто вктпочен селектор, осуществляется стабилизация уровня ускорения, воздействующего на объект при испытаниях его на виброустойчивость tj .

Однако, используя такое устройство при испытании объекта с вращающимися элементами в шариковых и роликовых подшипниках, невозможно опре-, делить дефект подшипников и диагностировать их износ.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство управления испытанием и диагностикой объектов с вращающимися элементами, содержащее измерительные преобразователи виброполя, расположенные на объекте диагностирования и подключенные через последовательно соединенные согласующие усилители 5и коммутатор к сигнальному входу анализатора спектра параллельного действия, блок выделения максимального сигнала и исполнительный элемент, в качестве которого используется вибратор, управляемый от генератора качающейся частоты через усилитель мощности. Кроме того, известное устройство содержит заграждающий перестраиваемый фильтр, сумматор, блок запрета и управляемые ключи 2.

Недостаток известного устройства состоит в сравнительно невысокой точности диагностирования износа подшипников и в сложности перестройки заграждающего фильтра при наличии нескольких периодических составляющих в спектре сигнала, амплитуда которых постоянно меняется при изменении (качании) частоты возбуждающего сигнала.

Цель изобретения - повьш1ение точности устройства за счет определения и отстройки от импульсной переходной функции объекта испытаний и диагностики, форма которой в система со многими резонансными частотами .оказьшает доминирующее влияние на спектр сигнала и существенно искажает спектр возмущающих воздействий, порождаемых дефектами, а также за счет выделения и спектральной оценки интересующих периодических составляющих из составного сигнала, производимого методом когерентного накопления.

Указанная цель достигается тем, что устройство управления испытанием диагностикой подшипников, содержащее последовательно соединенные измерительные преобразователи виброполя, основные согласующие усилители, коммутатор и первьй анализатор спектра параллельного действия, последовательно соединенные дополнительный измерительный преобразователь, согласующий усилитель, управляемый усилитель, генератор качающейся частоты, усилитель мощности и вибратор, а также последовательно соединенные интегратор и индикатор, блок выделения максимального сигнала, вход которого соединен с выходами основных согласующих усилителей, снабжено узкополосным анализатором спектра, вторьм анализатором спектра параллельного действия, первым, вторьм и третьим блоками логари ирования, первым и вторым вычитателями сигналов, блоком потенцирования, последовтельно соединенные тахометром и блоком масштабирования частоты, выход которого соединен с вторым входом первого анализатора, выход которого через первьй блок логарифмирования, первый вычитатель сигналов и блок потенцирования соединен с входом интегратора, при этом блок вьщеления максимального сигнала через второй анализатор спектра параллельного действия, второй блок логарифмирования и второй вычитатель сигналов соединен с вторым входом первого вычитателя сигналов, дополнительный согласующий усилитель через узкополосный анализатор спектра и третий,блок логарифмирования соединен с вторым входом второго вычитателя сигналов. На чертеже приведена структурная схема устройства управления испытан ем диагностики подшипников. Устройство содержит измерительны преобразователи 1 виброполя, основные согласующие усилители 2, коммутатор 3, анализаторы 4 и 5 спектра параллельного действия, блоки 6, 7 и 8 логарифмирования, вычитатели сигналов-9 и 10, блок 11 выделения максимального сигнала, узкополосный анализатор 12 спектра, блок 13 поте цирования, интегратор 14, индикатор 15, дополнительный измерительный преобразователь 16; дополнитель ный согласукнций усилитель t, управляемый усилитель 18, генератор 1 качающейся частоты, усилитель мощности 20, вибратор 21, тахометр 22 и блок 23 масштабирования частоты, контролируемьй объект 24. Принцип действия устройства основая на вьщелении периодических составляющих из сигнала, ответствен ных за образЬвание локальных дефектов в шариковых и роликовых подшипниках с последующей спектральной оценкой. Известно, что шариковые подшипники имеют характерную картину связи износа с отказами после периода приработки, характеризующегося высокой интенсивностью изнашивания, наступает длительный период работы с малой интенсивностью изнашивания, после которого появляются поверхностные дефекты, что связано с усталостью, пьтью, коррозией, разложением смазки, перенатягом, вибрацией, неправильным монтажом, температурой и т.д. Дефекты подшипников порышают трение, при этом интенсивность изнашивания возрастает, что является причинами отказов из-з заклинивания или перегрева подшипников . Образующиеся дефекты приводя к появлению импульсных вибраций. Эт вибрации за счет постоянства скорое ти вращения УЗЛОВ являются периодическими, однако по пути распространения вибрации от источника до преобразователя претерпевают значитель ные изменения и их информативность существенно падает. Определение имапудьсной переходной функции объекта позволяет в частотной области выделить спектр информативного сигнала за счет отстройки от спектра импульсной переходной функции и за счет уровня периодических составляющих, а также появления новых частотных составляющих, свидетельствующих о развитии имеющихся и появлении новых дефектов, что и позволяет производить оценку технического состояния объектов контроля. Кроме того, устройство позволяет производить испытания функционирующих механизмов на виброустойчивость, тем самым осуществляя комплексную функцию одновременного испытания и диагностирования объекта контроля. Применение контура, содержащего вибратор, на столе которого установлен объект диагностирования, дополнительного измерительного преобразователя, подключенного через последовательно соединенные дополнительный согласующий усилитель и управляемый усилитель к входу управления генератора качающейся частоты .выход которого через усилитель мощности подключен к вибратору, ПОЗВОЛЯЕТ управлять и поддерживать режим виброиспытаний. Применение второго контура, содержащего измерительные преобразователи виброполя, закрепленные на объекте диагностирования и подключенные через последовательно соединенные основные согласующие усилители через блок выделения мaкcи aльнoгo сигнала к входу узкополосного анализатора спектра, выход которого через второй блок логарифмирования подключен к одному из входов второго вычитателя сигналов, а также дополнительного преобразователя, подключенного через дополнительный согласукнций усилитель к входу второго анализатора спектра параллельного действия, которого через третий блок логари ирования подключен к другому входу вычитателя сигналов, позволяет полут1ить в логарифмическом масштабе переход™ ную функцию объекта контроля. Применение первого анализатора пектра паралпельного действия, перого блока логарифмирования, первого ычитателя сигналов, на вход которо о поступает сигнал с выхода.первоо вычитателя сигналов, а также блоа потенцирования позволяет получать пектральную оценку. Введение в устойство тахометра, блока масштабирования частоты и интегратора позволяет производить анализ данных,принимаемых с объекта контроля с заданной длительностью. Такое соединение дает возможность производить когерентное средение спектральной характеристики дефектов, являющееся основным диагностическим признаком, по которому судят о появлении образующихся или развитии новых дефектов, свойственных подшипникам. Устройство работает следующим образом.. Сигналы с объекта испытаний и диагностики 24 воспринимаются измерительными преобразователями 1 и усиливаются согласзпрщи ш усшштелями 2. С выходов согласуюшрнх усилителей 2 сигналы поступают на входы коммутатора 3 и входы блока 11 вьщеления максимального и:игнала. Сигнал с выхода блока 11 вьзделения максимального сигнала поступает на вход узкополосного анализатора 12 спектра. Этот сигнал представляет собой сверт ку двз составляющих, одна из которы импульсная переходная функция объекта, а вторая характеризует импульсные вибрации от дефектов. Сигнал на выходе узкополосного анализатора 12 спектра представляет собой произведение двух спектров этих составляющих сигнала. Этот сигнал поступает на вход блока 7 логарифмирования, на выходе которого образуется спектр в логарифмическом масштабе, представляюпщй собой сумму двух логарифмических составляющих. Этот сигнал )поступает на один из входов вычитателя сигналов 10, на другой вход которого поступает сигнал, представляю щий собой логарифмический спектр входного воздействия, образующийся в результате прохождения сигнала через анализатор 5 спектра параллельного действия и блок 8 логарифмирования. На выходе вьгчитателя 10 образуется сигнал, представляющий собой логариф мический спектр импульсной переходной функции объекта. Этот сигнал поступает на второй вход вычитателя сигналов 9. На первьй вход вычитател сигналов 9 поступает сигнал,представляющий логари4 1ический спектр отклика объекта контроля, образующийся в результате прохождения сигнала через анализатор 4 спектра параллельного действия и блок 6 логарифмиро126 вайия. В результате на выходе вычитателя 9 сигналов образуется спектр сигнала в логарифмическом масштабе, отстроенный от спектра импульсной переходной функции объекта. После прохождения сигнала через блок 13 потенцирования происходит восстановление масштаба спектра. Этот сигнал с помощью интегратора 14 когерентно усредняется. Синхронизация и выбор длительности реализации осуществляется с помощью последовательно соединенных тахометра 22, установленного на валу объекта 24 диагностики и блока 23 масштабирования частоты, подключенного к входу синхронизации анализатора 4 спектра параллельного действия. Блок 23 позволяет регулировать длительность выборок анализи- руемого сигнала; Сигнал с выхода интегратора 14, являющийся диагностической оценкой состояния объекта контроля, поступает на блок индикации 15. Всякое появление новых гармоник и увеличение амплитуд имеющихся детермированных составляющих свидетельствует о появлении новых дефектов и увеличении накопления усталости у имеющихся, и благодаря зтому осушествляется оценка технического состояния устройств. Кроме этого, устройство может быть применено при испытании объекта на виброустойчивость за счет включения в устройство управляющего кон-: тура, состоящего из вибратора, на столе которого установлен объект диагностирования 24, измерительный преобразователь 16, дополнительный согласующий усилитель 17, соединенный через управляемый усилитель 18 к входу управления генератора качающейся частоты } 9,выход которого через усилитель мощности 20 подключен к вибратору. Использование узкополосного анализатора спектра, второго анализатора спектра параллельного действия, трех блоков логарифмирования, двух вычитателей сигналов, блока потенцирования, блока масштабирования частоты и тахометра позволяет значительно повысить точность диагностирования объекта за счет отстройки от импульсной переходной функции объекта испытаний и диагностики, а также за счет выделения и спектральной оценки интересующих периодических : составляющих, несущих информацию о наличии и развитии дефектов, характеризующих состояние объекта.

.УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ИСПЫТАНИЕМ ДИАГНОСТИКОЙ ПОДШИПНИКОВ, содержащее последовательно соединенные измерительные преобразователи виброполя, основные согласующие усилители, коммутатор и первый анализатор спектра параллельного действия, последовательно соединенные дополнительный измерительный преобразователь, согласующий усилитель, управляемый усилитель, генератор качаллцейся частоты, усилитель мoщнoqти и вибратор, а также последовательно соединенные интегратор и индикатор, блок вьщеления максимального сигнала, вход которого соединен с выходами основных согласующих усилителей, отличающееся тем, что, с целью повышения качества испытаний и точности диагностики за счет использования импульсной переходной функции .объекта испытаний, оно снабжено узкополосным Анализатором спектра, вторым анализатором спектра параллельйого действия, первьЕ,вторым и третьим блоками логарифмирования, первым и вторым вычитателями сигналов, блоком потенцирования, последовательно соединенными тахометром и блоком масштабирования частоты, выход которого соединен с вторым входом первого анализатора, выход которого через пер(Л вый блок логарифмирования, первый с вычитатель сигналов и блок потенцирования соединен, с входом интегратора, при этом блок вьщеления максимального сигнала через второй анализатор спектра параллельного действия, второй блок логарифмирования и второй вычитатель сигналов соединен с вторым входом первого вычитателя сигналов, дополнительный согласующий усилитель через узкополосный аналио затор спектра и третий блок логарйфts9 мирования соединен с вторым входом второго вычитателя сигналов.