Устройство для виброакустической диагностики подшипников качения Советский патент 1987 года по МПК G01M13/04 

11

Изобретение относится к подшипниковой промьшшенности и может быть преимущественно использовано для виброакустической диагностики подшипников качения.

Целью изобретения является повышение достоверности диагностики и расширение области применения.

На фиг. 1 дана функцион альная схема устройства; на фиг. 2 - конструк- тивная схема вибропреобразователя.

Устройство содержит вибропреобразователь 1, подключенный выходами 1,...,п к соответствующим сигнальным входам 1,...,п коммутатора 2, после- довательно соединенные генератор 3, усилитель 4, аналого-цифровой преобразователь 5, блок 6 памяти, блок 7 вычисления, блок 8 принятия решения и блок 9 индикации и регистрации.

Устройство содержит также блок 10 управления, второй выход которого подключен к второму входу коммутатора 2, первый выход подключен к перво-25 му входу блока 6 памяти, а третий - к третьему входу блока 7 вычисления. Устройство включает в себя схему 11 обнуления, которая подключена к первому входу коммутатора 2, и имитатор 30 12, соединенный выходами 1,...,т с соответствующими сигнальными входами 1,...,т коммутатора 2, выход которого подключен к генератору 3.

Первая схема запоминания входит в 35 блок 6 памяти, первый вход которой является вторым входом последнего. Выход первой схемы запоминания подключен к первому входу блока 7 вычисления и является первым выходом 40 блока 6 памяти, который содержит также вторую схему запоминания. Второй вход первой схемы запоминания и вход второй схемы запоминания объВ начальный момент времени все жидкокристаллические ячейки I3 имеют ориентированное состояние молекул жидкого кристалла и диэлектрическую проницаемость . Вибропреобразователь 1 отсоединяют от коммутатора 2 и закрепляют на контролируемом подшипнике. Благодаря свойству жидких кристаллов изменять свою диэлектрическую проницаемость пропорционально амплитуде виброперемещения порогового уровня, жидкокристалличес кие ячейки 13 воспринимают высокочастотные вибрации подшипника в поло се частот 30-250 кГц. А поскольку жидкокристаллические ячейки 13 имеют возрастаюш;ие с номером ячейки пороги чувствительности, которые определяют ся разным химическим составом и тол- ячейки, то увеличение диэлектрической проницаемости у каждой ячейки будет разное.

Значение диэлектрической проницае мости каждой ячейки пропорционально вероятности превышения амплитуды колебания порога чувствительности ячейки. Распределение диэлектрических проницаемостей f жидкокристаллических ячеек 13 от 1 до п за время одного цикла эксплуатации представляет собой кумулятивное распределение значений A(t) виброперемещений I подшипника.

После одного цикла эксплуатации вибропреобразователь 1 снимают с подшипника и подключают к коммутатору 2. При этом благодаря эффекту памяти жидкокристаллические ячейки 13 сохраняют свое измененное состояние длительное время.

Управляющим импульсом от блока 10 управления, коммутатор 2 подключает первую жидкокристаллическую

единены и являются первым входом бло-45 ячейку 13 к генератору 3. Поскольку

ка 6 памяти. Выход второй схемы запоминания является вторым выходом блока 6 памяти и подключен к второму входу блока 7 вычисления.

Вибропреобразователь 1 состоит из п жидкокристаллических ячеек 13, расположенных в герметизирующей подложке 14. С одной стороны жидкокристаллические ячейки 13 соединены с общим электродом 15, ас другой стороны каждая жидкокристаллическая ячейка 13 соединена со своим электродом 16.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент времени все жидкокристаллические ячейки I3 имеют ориентированное состояние молекул жидкого кристалла и диэлектрическую проницаемость . Вибропреобразователь 1 отсоединяют от коммутатора 2 и закрепляют на контролируемом подшипнике. Благодаря свойству жидких кристаллов изменять свою диэлектрическую проницаемость пропорционально амплитуде виброперемещения порогового уровня, жидкокристаллические ячейки 13 воспринимают высокочастотные вибрации подшипника в полосе частот 30-250 кГц. А поскольку жидкокристаллические ячейки 13 имеют возрастаюш;ие с номером ячейки пороги чувствительности, которые определяются разным химическим составом и тол- ячейки, то увеличение диэлектрической проницаемости у каждой ячейки будет разное.

Значение диэлектрической проницаемости каждой ячейки пропорционально вероятности превышения амплитуды колебания порога чувствительности ячейки. Распределение диэлектрических проницаемостей f жидкокристаллических ячеек 13 от 1 до п за время одного цикла эксплуатации представляет собой кумулятивное распределение значений A(t) виброперемещений подшипника.

После одного цикла эксплуатации вибропреобразователь 1 снимают с подшипника и подключают к коммутатору 2. При этом благодаря эффекту памяти жидкокристаллические ячейки 13 сохраняют свое измененное состояние длительное время.

Управляющим импульсом от блока 10 управления, коммутатор 2 подключает первую жидкокристаллическую

ячейку 13 к генератору 3. Поскольку

жидкокристаллическая ячейка 13 представляет собой плоский конденсатор, то генератор 3 уменьшит свою частоту, которая станет f,, а так как изменение диэлектрической проницаемости составляет единицы процентов, то

f Ьf,

где K(j - коэффициент пропорциональности, определяемый толщиной ячейки 13 и площадью электрода 16.

С выхода генератора 3 напряжение частоты f , обратно пропорциональное диэлектрической проницаемости , ,

Для повышения вероятности пра- вильногр диагностирования в устройстве предусмотрено выведение кумулятивного распределения на блок 9 индикации и регистрации через второй вход из первой схемы запоминания. При этом имеется возможность диагностирования некоторых видов дефектов по форме кумулятивного распределения Так возрастание дисперсии кумулятивного распределения характерно подшипника, имеющего микротрещины на беговых дорожках, при этом появляются одиночные виброакустические импульсы большой амплитуды - среднеквадратическое значение закона распределения плотности вероятности виброакустического сигнала. Возрастания первых составляющих Р (А) кумулятивного распределения характерно для подшипника, у которого смазочный слой потерял несущую способность, В этом случае наблюдается большое число импульсов малой амплитуды А.(5-, При этом все эти изменения приводят к увеличению Р,

Вероятность правильного диагностирования зависит также и от надежност устройства диагностирования. Для обнаружения отказов устройства введен имитатор 12, который позволяет осуществить самоконтроль. Импульсами, поступающими со второго выхода блока 10 управления коммутатор 2 подключает поочередно выходы 1,,,,,т имитатора 12 к генератору 3, При этом к генератору 3 поочередно подключаются конденсаторы имитатора 12 определенных номиналов, моделирующие кумулятивное распределение вероятностей исправного и неисправного подшипников. Устройство при подключении имитатора 12 работает описанным образом, как и при подключении вибропреобразователя 1, При этом работоспособность устройства проверяют по соответствию заданного на имитаторе 12 распределения вероятностей исправного и неисправного подшипников и результатов диагностирования в бЛоке 9 индикации и регистрации.

После окончания диагностирования импульсом обнуления, поступающим с второго выхода блока 10 управления, коммутатор 2 подключает все жидкокристаллические ячейки 13 вибропреобразователя 1 к схеме 11 обнуления, иа выходе которой имеется переменное

2952616

напряжение звуковой частоты (1500 Гц) и амплитудной 30-40 В, При приложении такого напряжения происходит полное стирание записанной информации и

5 все жидкокристаллические ячейки 13 вогвращаются в первоначальное ориентированное состояние молекул жидкого кристалла с диэлектрической проницаемостью , Вибропреобразователь 1

10 после этого снова может быть отсоединен от коммутатора 2 и установлен на диагностируемый подшипник.

Устройство эффективно для диагнос- тирования дорогостоящего оборудова15 ния, машин и механизмов с повышенными требованиями к надежности. Использование устройства позволяет снизить число отказов машин, полностью использовать срок службы подшипников

20 и осуществлять их техническое обслуживание по фактическому состоянию.

Формула изобретения

25 1, Устройство для виброакустической диагностики подшипников качения, содержащее вибропреобразователь, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, а также последовательно сое- 30 диненные блок принятия решения и бло индикации и регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности диагностики и расширения области применения, в 2 него введены последовательно соединенные схема обнуления, коммутатор . и генератор, последовательно соединенные блок управления, блок памяти и блок вычисления, а также имитатор, 40 при этом второй вход блока управления подключен к второму входу коммутатора, третий выход подключен к третьему входу блока вычисления, которы вторым входом соединен с вторым вы- 45 ходом блока памяти, а выходом соединен с входом блока принятия решения, причем выход генератора через усилитель соединен с аналого-цифровым преобразователем, выход которого под- 50 ключен к второму входу блока памяти, соединенного своим первым выходом с вторым входом блока индикации и регистрации, при этом вибропреобразователь выходами 1п подключен

55 соответственно к сигнальным входам 1,,,.,п коммутатора, к сигнальным входам 1,,,,,т которого подсоединены соответственно выходы 1,,,,,т имитатора.

первой ячейки после усиления в усилителе 4 поступает в аналого-цифрово преобразователь 5. Последний производит преобразование информации, заложенной в частоте f в код, который поступает на первую схему запоминания и записывается там„

Затем блок 10 управления подает следующий импульс управления на коммутатор 2 и тот подключает вторую жидкокристаллическую ячейку 13 к генератору 3. Аналогичным образом происходит усиление сигнала частоты f ,j, преобразование в код и запись величи

ны, обратно-пропорциональной f в первой схеме запоминания.

Точно таким же образом в схеме запоминания записываются п значений, соответствующих диэлектрической проницаемости всех п жидкокристалличес- ких ячеек 13, и там образуется масси данных М, описывающий кумулятивное распределение, т.е. вероятности пре- вьшения значений виброакустического сигнала пороговых уровней.

Методические погрешности при определении кривой распределения вероятностей связаны с конечной длительностью интервала анализа (время наблюдения) , с числом уровней квантования виброакустического сигнала (уровней анализа) и шириной диф4)ерен циального коридора.

(

) + 1,

В предлагаемом устройстве время анализа равно времени одного цикла эксплуатации подшипника (t , 1:, ) и составляет единицы часов. Число уровней анализа определяется числом п

жидкокристаллических ячеек 13

д пик

дА

где Е - целая часть дроби; А пик пиковое значение виброакустического сигнала;

лА - ширина дифференциального коридора, определяется разницей между порогами чувствительности двух соседних ячеек. Число п может быть вырано достаточно большим.

При А 3-6 мкм, ,15 мкм, число п 20-40.

Таким образом, при использовании вибропреобразователя 1 удается сформировать распределение вероятностей с высокой точностью, что также приводит к повышению достоверности диагностирования .

Массив данных М поступает на первый вход блока 7 вычисления, который производит вычисление вероятности Р превышения значения сигнала критического уровня . За критический уровень AIJP принимается величина вибросмещения, превышение которого свиде-- тельствует о появлении дефекта подшипника, например, микротрещины на беговых дорожках. Величина зависит от типоразмера подшипника и определяется экспериментально.

Вероятность Р равна вероятности

того, что за время одного цикла эксплуатации подшипника (t , t,) суммарное время t,- превышения значений виброакустического сигнала критического уровня А не превзойдет t

(),

Ч высокой

Величина Р с высокой степенью достоверности характеризует техническое состояние подшипника качения.

В блок 7 вычисления, управляемый по третьему входу блоком 10 управления, поступают составляюшде массива М. Поскольку значение первой составляющей численно равно единице , то блок 7 вычисления определяет вероятность превышения критического уровня А по формуле

КР

() Ь ,

где - величина вероятности кумулятивного распределения, соответст- вующая критическому уровню .

Далее блок 7 ет диагностический параметр D

РЧ вычисления определя Р

вероятность превышения значения

5

0

5

сигнала порогового уровня А р для исправного подшипника. Величина Р характеризует состояние исправного подшипника качения и определяется из опыта эксплуатации на основании кумулятивного распределения исправного подшипника. Значение Р поступает на второй вход блока 7 вычисления из второй схемы запоминания.

Величина диагностического параметра D поступает в коде в блок 8 принятия решения, который принимает решение об исправности или неисправности диагностируемого подшийни- ка. Величина D характеризует степень поврежденности подшипника. Результат решения и величина D отображается и фиксируется на блоке 9 индикации и регистрации.

. 712952618

2. Устройство по п. 1 , о т л и - жидкого-кристалла с различным порогом чающееся тем, что вибропреоб- чувствительности, расположенного меж- разоватоль содержит п ячеек, каждая ду проводящими электродами вибропре- из которых выполнена в виде слоя образователя.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для виброакустической диагностики подшипников (П) качения. Целью изобретения является повьшение достоверности диагностики и расширение области применения. Устройство содержит вибропреобразователь 1, выполненный в виде жидкокристаллических ячеек. Коммутатор 2 подключает ячейки вибропреобразователя 1 к генератору 3, сигнал с которого через усилитель 4 и аналого-цифр овой преобразователь 5 поступает в блок 6 памяти, где записывается распределение вибрации диагностируемого П. В блоке 6 памяти записано также распределение, соответствующее эталонному П. Распределения диагностируемого и эталонного П поступают в блок 7 вычисления, который формирует диагностический параметр. Блок 8 принятия решения определяет степень неисправности П, а результаты диагностирования отображаются на блоке 9 индикации и регистрации. Имитатор 12 служит для определения исправности самого устройства. Работа блоков осуществляется по сигналам блока 11 управления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. с S сл с

/7

Составитель Т. Хромова Редактор А. -Шандор Техред И.Ходанич Корректор А. Обручар

«.« - - - - - --.-.- - - -.-. - -.«««. - -, - - - - - -

Заказ 610/48 Тираж 777Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, А/5

Производственно

-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

te.2