Устройство для диагностики узлов трения механизмов с вращающимися элементами Советский патент 1987 года по МПК G01M13/04 

11307272

Изобретение относится к подшипниковой промьштенности и может быть преимущественно использовано для ди- агности ки узлов трения механизмов с вращающимися элементами.

Целью изобретения является повышение точности и достоверности диагностики.

На чертеже дана схема предлагаемого устройства.

Устройство для диагностики шарикоподшипников механизмов с вращающимися элементами содержит последовательно соединенные вибропреобразователь

осуществляется с использованием эталонного механизма с минимальными дефектами элементов подшипникового узла (отклонения формы, перекосы, от- 5 сутствие локальных дефектов), при этом настройка и выбор полосы пропускания /з fg фильтров частотного анализатора происходит таким образом, чтобы закон распределения значений амплитудной огибающей узкополосного процесса на выходе фильтра имел норfO

мальное распределение, что характеризуется величиной эксцесса Е , для исходного состояния (по локальным

1, установленный на подшипниковом щи- дефектам) элементов подшипникового те объекта исследования, согласующий узла механизма. Резонансные частоты усилитель 2, частотный анализатор с фильтров fg выбираются в зависимости

набором параллельных фильтров 3, аналоговый мультиплексор 4, блок 5 выделения огибающей, аналого-цифровой преобразователь 6, блок 7 ввода информации в микроэвм, микроэвм 8, блок 9 вывода информации из микроЭВМ, блок 10 управления, блок 11 промежу- точной памяти, блок 12 цифроаналого- вых преобразователей, блок 13 масштабных усипителей, а также устройство 14 отображения информации, причем выход согласующего усилителя 2 соеди нен с соответствующими сигнальными входами набора параллельных фильтров

3частотного анализатора, а выходы фильтров соединены с соответствующими входами аналогового мультиплексора 4, второй вход блока 10 управления соединен с выходом микроЭВМ 8, информационный вход блока 11 промежуточной памяти соединен с выходом блока 9 вывода информации из микроЭВМ, выходы блока 13 масштабных усилите. лей соединены с соответствунлдими управляющими входами параллельных фильт ров 3 частотного анализатора, адресный вход аналогового мультиплексора

4соединен с адресным выходом блока 10 управления, а вход устройства 14 отображения информации подключен к соответствующему выходу микроЭВМ 8.

20

от вида диагностируемого дефекта изготовления и сборки подшипникового

25

узла (отклонение формы, перекосы элементов и т.д,). Один и тот же дефект изготовления и сборки элементов подшипникового узла может проявляться на различных информационных частотах спектра вибрации. Таким образом, набор фильтров частотного анализатора представляет собой р параллельных каналов с числом фильтров в каждом канале п, где р - количество диагнос- 30 тируемых дефектов изготовления и сборкиV п - количество информационных частот, характеризующих данный вид.дефекта.

« При выборе полос пропускания фильтров, соответствуюш 1х исходному состоянию элементов подшипникового узла механизма, вибропреобразователь 1 устанавливается на подшипниковом щите

40 работающего эталонного механизма и преобразует вибрации в электрические сигналы, которые усиливаются согласующим усилителем 2, Далее электрические сигналы поступают на сигнальные

4 входы фильтров частотного анализатора 3, резонансные частоты фильтров настроены на заранее рассчитанные информационные частоты диагностируемых дефектов изготовления и сборки, а поУстройство работает следующим об- лосы пропускания фильтров (добротность) в начальный момент времени обусловлены положением информацион частот относительно друг друга в спектре вибрации, что обеспечивает с установочными напряжениями на управ ляющих входах филь тров, поступающих с соответствующг;:-: выходов блока ма табных усилителЕ::;; :5 этот же мо мент времени с адресного выхода бл

разом.

Для повышения точности и достоверности диагностики перед проведением непосредственно диагностики технического состояния подшипникового узла исследуемого механизма с враща- юпщмися элементами (электродвигателя, редуктора) устройство работает в режиме Обучение. Режим Обучение

осуществляется с использованием эталонного механизма с минимальными дефектами элементов подшипникового узла (отклонения формы, перекосы, от- сутствие локальных дефектов), при этом настройка и выбор полосы пропускания /з fg фильтров частотного анализатора происходит таким образом, чтобы закон распределения значений амплитудной огибающей узкополосного процесса на выходе фильтра имел нор

от вида диагностируемого дефекта изготовления и сборки подшипникового

узла (отклонение формы, перекосы элементов и т.д,). Один и тот же дефект изготовления и сборки элементов подшипникового узла может проявляться на различных информационных частотах спектра вибрации. Таким образом, набор фильтров частотного анализатора представляет собой р параллельных каналов с числом фильтров в каждом канале п, где р - количество диагнос- тируемых дефектов изготовления и сборкиV п - количество информационных частот, характеризующих данный вид.дефекта.

При выборе полос пропускания фильтров, соответствуюш 1х исходному состоянию элементов подшипникового узла механизма, вибропреобразователь 1 устанавливается на подшипниковом щите

работающего эталонного механизма и преобразует вибрации в электрические сигналы, которые усиливаются согласующим усилителем 2, Далее электрические сигналы поступают на сигнальные

входы фильтров частотного анализатора 3, резонансные частоты фильтров настроены на заранее рассчитанные информационные частоты диагностируемых дефектов изготовления и сборки, а полосы пропускания фильтров (добротность) в начальный момент времени обусловлены положением информационных частот относительно друг друга в спектре вибрации, что обеспечивается установочными напряжениями на управляющих входах филь тров, поступающих с соответствующг;:-: выходов блока масштабных усилителЕ::;; :5 этот же момент времени с адресного выхода блопоследнего 1-го фильтра 3 частотного анализатора с адресного выхода блока 10 управления на адресный вход аналогового мультиплексора 4 поступает двоичная комбинация конечного адреса, 5 в соответствии с которой аналоговый мультиплексор 4 отключает выходы фильтра 3 частотного анализатора от входа блока выделения огибающей 5, при этом устройство 14 отображения 10 информации выдает надпись Конец обучения, а микроэвм 8 переходит в режим ожидания.

При работе устройства в режиме

блока 5 выделения огибающей . С выхода блока 5 выделения огибающей сигнал через аналого-цифровой преобразователь 6 в двоичном коде поступает на вход блока 7 ввода информации в микроэвм, где преобразуется в коды микроэвм, далее сигнал поступает в микроэвм 8.

Микроэвм 8 в соответствии с программным обеспечением осуществляет вычисление математического ожидания величины амплитудной огибающей , а также величины коэффициента эксцесса Ed одномерной плотности вероят Диагностика блок 10 управления на- 15 ности p(Ad) мгновенных значений амжатием кнопки Диагностика коммутирует свои входы и выходы следующим образом: выход блока 10 управления отключается от входа блока I1 промежуточной памяти, адресный выход подключается к адресному входу аналогового мультиплексора 4, первый вход блока 10 управления отключается от выхода блока 9 вывода информации из

плитудной огибающей на выходе первого фильтра 3 частотного анализатора. Вычисление значения Ad и Ed записывается в память микроэвм 8. После 20 окончания вычислений с выхода мик- ррЭВМ синхронизирующий импульс поступает на второй вход блока 10 управления, в соответствии с которым с адресного выхода блока 10 управления

микроэвм, второй вход блока 10 управ- на адресный вход аналогового мультиления подключается к выходу микроЭВМ 8, информационный вход блока 11 промежуточной памяти отключается от выхода блока 9 вывода информации из микроэвм. Нажатием; кнопки Обнуление в блоке 10 управления с его адресного выхода на адресный вход аналогового мультиплексора 4 поступает сигнал нулевого адреса в соответствии с которым аналоговый мультиплексор 4 подключает выход первого фильтра 3 частотного анализатора к входу блока 5 выделения огибающей. Таким образом, устройство готово к работе в режиме Диагностика.

Вибропреобразователь 1 устанавливается на подшипниковом щите работающего исследуемого механизма 15 и преобразует вибрации в электрические сигналы, которые усиливаются согласующим усилителем 2 и поступают на входы фильтров 3 частотного анализатора, резонансные частоты которых выбраны

плексора 4 поступает управляющий сигнал определенной двоичной комбинации, при этом аналоговый мультиплексор 4 коммутирует выход следующего

30 фильтра 3 частотного анализатора с входом блока 5 выделения огибающей. Далее работа устройства продолжается аналогичным образом до тех пор, пока микроэвм 8 не осуществит вычисле35 ние значений Adg и Edg вибросигнала на выходе последнего фильтра 3 частотного анализатора, при этом блок 10 управления в соответствии с.синхронизирующим импульсом, поступаю40 щим с выхода микроЭВМ 8 на второй вход, выдает на адресный вход аналогового мультиплексора 4 управляющий сигнал конечного адреса, по кбторо- му аналоговый мультиплексор 4 отклю45 чает выходы частотного анализатора 3 от входа блока 5 вьщеления.огибающей. Затем микроэвм 8, используя записанные в памяти величины Adg и Edj с

каждого фильтра 3 частотного анали- в соответствии с информационными час- 50 затора производит вычисления значе- тотами диагностируемых дефектов из- ний дефектов изготовления и сборки готовления и сборки, а полосы пропус- с/д и значения L j Edj/E°t, харак теризующегр локальные дефекты элементов подшипникового узла исследуемого 55 механизма. Результаты вычислений Гр и L с выхода микроЭВМ 8 поступают на вход устройства 14 отображения информации, который осуществляет отображение результатов диагностики.

кания фильтров выбраны и настроены в режиме Обучение. Аналоговый мультиплексор 4 в соответствии с поступившей командой с адресного выхода блока 10 управления осуществляет передачу сигнала с выхода первого фильтра 3 частотного анализатора на вход

блока 5 выделения огибающей . С выхода блока 5 выделения огибающей сигнал через аналого-цифровой преобразователь 6 в двоичном коде поступает на вход блока 7 ввода информации в микроэвм, где преобразуется в коды микроэвм, далее сигнал поступает в микроэвм 8.

Микроэвм 8 в соответствии с программным обеспечением осуществляет вычисление математического ожидания величины амплитудной огибающей , а также величины коэффициента эксцесса Ed одномерной плотности вероятности p(Ad) мгновенных значений амплитудной огибающей на выходе первого фильтра 3 частотного анализатора. Вычисление значения Ad и Ed записывается в память микроэвм 8. После 20 окончания вычислений с выхода мик- ррЭВМ синхронизирующий импульс поступает на второй вход блока 10 управления, в соответствии с которым с адресного выхода блока 10 управления

плексора 4 поступает управляющий сигнал определенной двоичной комбинации, при этом аналоговый мультиплексор 4 коммутирует выход следующего

30 фильтра 3 частотного анализатора с входом блока 5 выделения огибающей. Далее работа устройства продолжается аналогичным образом до тех пор, пока микроэвм 8 не осуществит вычисле35 ние значений Adg и Edg вибросигнала на выходе последнего фильтра 3 частотного анализатора, при этом блок 10 управления в соответствии с.синхронизирующим импульсом, поступаю40 щим с выхода микроЭВМ 8 на второй вход, выдает на адресный вход аналогового мультиплексора 4 управляющий сигнал конечного адреса, по кбторо- му аналоговый мультиплексор 4 отклю45 чает выходы частотного анализатора 3 от входа блока 5 вьщеления.огибающей Затем микроэвм 8, используя записанные в памяти величины Adg и Edj с

ка 10 управления на адресный вход аналогового мультиплексора поступает сигнал,.представляющий собой двоичную комбинацию нулевого адреса, при этом на выходе аналогового мультиплексора 4 осуществляется передача сигнала с выхода первого фильтра 3 частотного анализатора. С выхода аналогового мультиплексора 4 временной сигнал, характеризующий мгновенные значения вибросигнала на выходе первого фильтра 3 частотного анализатора, поступает в блок 5 выделения оги- бакяцей, где происходит детектирование, т.е. выделение амплитудной оги15 вых преобразователей, где преобразуется из цифрового вида в аналоговый, и поступает в блок 13 масштабных усилителей. Сигнал с первого выхода блока 13 масштабных усилителей поступабающей входного сигнала. С выхода блока 5 выделения огибающей сигнал подается на вход аналого-цифрового преобразователя 6, где аналоговый сигнал преобразуется в двоичный код. Да- 20 ет на управляющий вход первого фильт- лее информация о значении амплитуд- ра 3 частотного анализатора и сужает ной огибающей в цифровом коде поступает в блок 7 ввода информации в мик- роЭВМ, который осуществляет преобраполосу пропускания первого фильтра 3 частотного анализатора. Процесс сужения полосы пропускания первого фильтзование входного цифрового кода в ра-25 ра 3 частотного анализатора продол- бочие коды микроэвм 8. МикроЭВМ 8 осуществляет вычисление математического ожидания величины амплитудной огибающей А, а также величины коэффициента эксцесса Е. одномерной плотности вероятности Р(А) мгновенных значений амплитудной огибающей вибросигнала на выходе первого фильтра 3 частотного анализатора. Вычисления математического ожидания А, и

жается до тех пор, пока величина Е одномерной плотности вероятности p(Aj) мгновенных значений амплитудной огибающей вибросигнала на выходе

30 первого фильтра 3 частотного анализатора достигнет значения Е Е. При значении с адресного выхода блока 10 управления на адресный вход аналогового мультиплексора 4 постуj пает новая двоичная комбинация, в соответствии с которой аналоговый мультиплексор 4 коммутирует выход следуюпдего фильтра 3 частотного анализатора с входом блока 5 выделения

коэффициента эксцесса Е производятся в соответствии с заранее введенной в память микроэвм программой. Результат вычисления А находится в памяти микроЭВМ 8, в результате вычис- 40 огибающей. При этом полоса пропуска- ления Е через устройство 9 вывода ™ первого фильтра фиксируется в информации из микроЭВМ в двоичном коде поступает на первый вход блока 10 управления и одновременно на информасоответствии с величиной напряжения на входе управляющего входа фильтра, значение которого рпределяется храционный вход блока 11 промежуточной 45 нящейся в первой ячейке блока 11 про- памяти, при этом на второй вход блока 10 управления с выхода микроЭВМ 8 поступает синхронизирующий сигнал, представляющий собой импульс, сопровождающий выводимую из микроэвм информацию о величине Е. С выхода блока 10 управления синхронизирующий сигнал поступает на вход блока 1I промежуточной памяти, в котором синмежуточной памяти информации о величине Е, рассчитанной на предыдущем шаге, а с выхода блока 10 управления синхронизируюпшй сигнал поступает на 50 вход блока 11 промежуточной памяти, где синхронизирует запись информации о величине Е, следующего фильтра в

соответствующую ячейку блока 11 промежуточной памяти. Процесс настройки

хронизирует запись информации о вели- 55 полос пропускания всех фильтров 3 чине Е , поступившей через информаци- частотного анализатора последователь- онный вход в первую ячейку блока 11 - но продолжается аналогичным образом.

промежуточной памяти, где хранится

до прихода следующего синхронизирующего импульса, сопровождающего информацию об изменившейся величине Е . При этом с адресного выхода блока 10

управления на адресный вход аналогового мультиплексора 4 постоянно поступает двоичная комбинация нулевого адреса, поддерживающая коммутацию выхода первого фильтра 3 частотного

анализатора с выходом аналогового мультиплексора 4 до значения величины Е Е . С выхода блока 11 промежуточной памяти информация о величине Е поступает в блок 12 цифроаналоговых преобразователей, где преобразуется из цифрового вида в аналоговый, и поступает в блок 13 масштабных усилителей. Сигнал с первого выхода блока 13 масштабных усилителей поступает на управляющий вход первого фильт- ра 3 частотного анализатора и сужает

ет на управляющий вход первого фильт- ра 3 частотного анализатора и сужает

полосу пропускания первого фильтра 3 частотного анализатора. Процесс сужения полосы пропускания первого фильт25 ра 3 частотного анализатора продол-

жается до тех пор, пока величина Е одномерной плотности вероятности p(Aj) мгновенных значений амплитудной огибающей вибросигнала на выходе

30 первого фильтра 3 частотного анализатора достигнет значения Е Е. При значении с адресного выхода блока 10 управления на адресный вход аналогового мультиплексора 4 постуj пает новая двоичная комбинация, в соответствии с которой аналоговый мультиплексор 4 коммутирует выход следуюпдего фильтра 3 частотного анализатора с входом блока 5 выделения

40 огибающей. При этом полоса пропуска- ™ первого фильтра фиксируется в

огибающей. При этом полоса пропуска- ™ первого фильтра фиксируется в

соответствии с величиной напряжения на входе управляющего входа фильтра, значение которого рпределяется хра45 нящейся в первой ячейке блока 11 про-

межуточной памяти информации о величине Е, рассчитанной на предыдущем шаге, а с выхода блока 10 управления синхронизируюпшй сигнал поступает на 50 вход блока 11 промежуточной памяти, где синхронизирует запись информации о величине Е, следующего фильтра в

соответствующую ячейку блока 11 промежуточной памяти. Процесс настройки

полос пропускания всех фильтров 3 частотного анализатора последовател но продолжается аналогичным образом

После настройки полосы пропускания

713

Таким образом, устройство в режиме Обучение определяет и выставляет рабочие полосы пропускания фильтров 3 частотного анализатора по пара метрам эксцесса Е для нормального закона распределения значений амплитудной огибающей узкополосного процесса на выходе фильтров; в режиме Диагностика вычисляет значения математического ожидания величины амплитудной огибающей Af, эксцесса Ef спектральных характеристик вибрации исследуемого механизма, определяет величины дефектов изготовления и сборки и характер локальных повреждений элементов подвшпникового узла механизмов с врао;ающимися элементами.

Данное устройство в отличие от известного позволяет определять техническое состояние подшипникового узла механизма как по величине дефектов изготовления и сборки, так и по наличию локальных дефектов элементов подшипникового узла, при этом оценка дефектов подшипникового узла механизма проводится с учетом взаимосвязи спектральных характеристик вибрации с параметрами возмущающих воздействий от . дефектов изготовления и сборки и от локальных дефектов, что повьшгает точность и достоверность результатов диагностики.

Взаимосвязь спектральных характеристик вибрации исследуемого механизма с возмущающими воздействиями от дефектов изготовления и сборки и локальных дефектов может быть представлена следующими функциональными соотношениями:

Ае F, (гр); E,do(aJ) 1(1) Ее FjCFj F dj(a); F2p(rp)

и

где F,

tp

2Р

- возмущающие воздейстF dJlaj),

Fidj(aj)

ВИЯ, обусловленные Bern

товления и сборки Гр элементов подшипникового узла (1, 6);

-возмущающие воздействия , вызванные локальными дефектами (1).

Q тельно сократить временные и материальные затраты, повысить универсальность устройства, так как заложенные в память микроэвм формулы для расчета диагностических параметров: мате„ ,..f матического ожидания амплитуд виброличиной дефектов из го- tхарактеристик на информационных частотах дефектов, эксцесса закона распределения амплитуд в полосе пропускания фильтра, возмущающих воздейстCQ ВИЙ ОТ дефектов, передаточных функций, весовых коэффициентов и т.д. в общем виде справедливы дпя механизмов однотипного функционального значения; изменяющиеся параметры, нап,, ример конструктивные, жесткостные, вводятся в виде исходных данных. При проведении диагностических исследований на механизмах различного функ- ционального назначения изменений треТаким образом, оценка дефектов элементов подшипникового узла проводится -в соответствии со следующими функциональными зависимостями (диск- риминантными функциями):

Д)

5

0

Le.M

весовые коэффициенты значения математического ожидания и эксцесса амплитудной огибающей на выходе каждого фильтра частотного анализа- тора при аппроксимации линейными или квадратичными зависимостями

функций 1/ и 1/2 ( 1 , 1 ) .

Устройство позволяет существенно повысить точность и достоверность диагностики технического состояния подшипниковых узлов механизмов, особенно в условиях эксплуатации без на-, рушения нормального функционирования

5 механизма на любой стадии его активного существования. Устройство дает возможность автоматизировать этап Обучение, в процессе которого резонансные частоты и полосы пропускания

0 фильтров частотного анализатора выбираются с учетом зависимости спект- ральных характеристик вибрации одновременно от дефектов изготовления, сборки и локальных дефектов с использованием эталонного механизма с ис- ходньм техническим состоянием подшипникового узла. Устройство позволяет как на этапе Обучение, так и при- проведении этапа Диагностика значиQ тельно сократить временные и материальные затраты, повысить универсальность устройства, так как заложенные в память микроэвм формулы для расчета диагностических параметров: мате5

бует только программное обеспечение микроэвм и перестраиваются резонансные частоты фильтров частотного анализатора.

Форм у л а изобретения 5

Устройство для диагностики узлов трения механизмов с вращакяцимися элементами, содержащее последовательно соединенные вибропреобразователь, согласующий усилитель, частотный анализатор, а также устройство отображения информации, отличающееся тем, что, с целью повьпиения

микроэвм, блоком управления, блоком промежуточной памяти, блоком цифро- аналоговых преобразователей, блоком масштабных усилителей, причем выход согласующего усилителя соединен с соответствующими сигнальными входами параллельных фильтров частотного анализатора, выходы фильтров соединены с соответствующими входами аналогового го мультиплексора, второй вход блока управления соединен с выходом микро- ЭВМ, информационный вход блока промежуточной памяти соединен с выходом блока вывода информации из микроЭВМ,

точности и достоверности диагностики 15 выходы блока масштабных усилителей

технического состояния механизмов с вращаюпщмися элементами, устройство снабжено последовательно соединенными аналоговым мультиплексором, блосоединены с соответствующими управля- кяцими входами параллельных фильтров частотного анализатора, адресньй вход аналогового мультиплексора сое- ком выделения огибающей, аналого-циф- 20 динен с адресным выходом блока управ- ровым преобразователем, блоком ввода ления, а вход устройства отображения цифровой информации в микроЭВМ, мик- информации подключен к соответствую- роЭВМ, блоком вывода информации из щему выходу микроЭВМ.

Редактор Н. Швыдкая

Составитель И. Баранов Техред В. Кадар

Заказ 1621/39 777 .Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий ri3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

1307272

10

микроэвм, блоком управления, блоком промежуточной памяти, блоком цифро- аналоговых преобразователей, блоком масштабных усилителей, причем выход согласующего усилителя соединен с соответствующими сигнальными входами параллельных фильтров частотного анализатора, выходы фильтров соединены с соответствующими входами аналогового мультиплексора, второй вход блока управления соединен с выходом микро- ЭВМ, информационный вход блока промежуточной памяти соединен с выходом блока вывода информации из микроЭВМ,

выходы блока масштабных усилителей

Корректор Л, Пилипенко

Изобретение относится к подшипниковой промьшленности .поможет быть использовано в машиностроении, прибо ростроении и других отраслях промышленности для диагностики узлов трения механизмов с вращающимися элементами, к которым в первую очередь относятся шарикоподшипниковые узлы, опоры сколья ения и т.п. Целью изобретения является повьщ1ение точности и достоверности диагностики технического состояния механизмов с вращающимися элементами. Поставленная цель достигается тем, что известное устройство снабжено аналоговым мультиплексором, блоком выделения огибающей, аналого-цифровым преобразователем, микроэвм, блоком управления и блоками промежуточной памяти, цифро- аналоговых преобразователей, масштабных усилителей. Оценка технического состояния подшипникового узла меха низма проводится с учетом взаимосвязи влияния локальных дефектов и дефектов изготовления и сборки элементов подшипникового узла, со спектральными характеристиками вибрации исспе7 дуемого механизма. 1 ил. с (Л ГхЭ