Устройство контроля технического состояния механических объектов по вибрационным нагрузкам Советский патент 1992 года по МПК G01H17/00 

Ё

Изобретение относится к диагнйстиче- скому приборостроению и позволяет повысить точность оценки технического состояния объектов по условиям вибрации. Цель изобретения - повышение точности контроля технического состояния объекта при возникновении в нем несимметричных вибрационных циклов. Повышение точности обеспечивается с помощью дополнительно введенных в устройство контроля дискриминатора разнополярных амплитуд и формирователя короткого импульса. 1 э. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к диагностическому приборостроению, может использоваться для контроля технического состояния механических объектов, подвергающихся вибрационным нагрузкам, в частности при рэзбалансировках вращающихся частей,например у турбомашин, и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 920393.

В основном изобретении по авт. св. № 920393 описано устройство, содержащее последовательно соединенные датчику вибрационных нагрузок, накопитель и индикатор, а также включенные между датчиком вибрационных нагрузок и входами накопителя каналы фиксации уровня вибрационных нагрузок, расположенные в порядке возрастания фиксируемого уровня вибрационных нагрузок, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных входного спускового блока, триггера и эле мента совпадения, тактовый спусковой

блок, вход которого соединен с входами входных спусковых блоков, а инверсный его выход-с дополнительным входом каждого элемента совпадения, и элемент ИЛИ, каждый вход которого соединен с выходом элемента совпадения каждого канала, выход его соединен с инверсными входами триггеров, а накопитель выполнен в виде двоичного счетчика, ячейки младших разрядов которого соединены входами с выходами соответствующих каналов фиксации уровня вибрационных нагрузок, выход каждого триггера, за исключением первого канала фиксации уровня вибрационных нагрузок, соединен с инверсным входом элемента совпадения предыдущего канала фиксации уровня вибрационных нагрузок.

Недостатком данного устройства является снижение точности контроля в случаях,

когда вибрации имеют несимметричный характер. Действительно, устройство реагирует на пиковые значения вибраций одной

ч4 О СО Ю Ч)

ю

1ККПФ1К .1. l (п i : ,п : ,. ; ;i . ; i ТС ЛЫ ую) M IIO. iTi f , ;nO M4i . I i.i только мри (,1 мм,л i I -Mit , .i , - :.: : ПП.чОВОе ; l /;MO-i .: . 11 с ; i . И i ,1 р,ч- C1И n.r.pjr 1C i p.i I...., ;и p -i (.. ;г.м .i r,.j r.iy значении:. ; pi i;-: н:м Ч(. и по.чпршкл п. В ni u o...:., - Н(.р; чня i lO.-. обьоктоп, не; ip i-:p вялом Мс пчнн, n 1 г:рти- каяыюй ппоггп .л и ., пссгмг.-ч: рим-ii in характер, что и обус юв шпао пм -.ночную

llOrpClUHOCIh .(. МфПЯ Я И3-.0 ПОЯВМенИЯ J

оиОрационпых циклах посго чшой составляющей (сп., например, в тгчмо грозного напряжения цимм n кн П. Ulr.p;:r.T v .ia- яость мяталясп . M.: L1:H ;i r or., 1953, с. 87 00)

ЦОЛЬ II ЗрГ р ЛГ: ivi - lion lii. Чи иЩсги ко:п r.ub i. i ;e ,:i:: :.i..; :ii о (.ос.тг-. ич я объекта при пог.чикнппонии n ном нст.имм- мстричиых риГ|рациопн..1х микяуп.

Указанная цоль достигаотсл тем. чю ус- гро.ил::п дискрлшмнаюром раз- псполяряых амппитуд и ормиргс короткого импульса, при эгом перш.т хо/ч дискриминатора разнопояярных амппитуд соединен с входом тактового спускогзого G/юко, его второй оход соединен с РЫХОДОМ тактовою спускового блока через формиро- ticiic/ib короткого иг-чт/г.ьоа, з его гыход соединен с допо/ыи гея .ными пходами входных )ых ь/iOKOD каналов фиксации уровня г.1и(. рацчонных нагрузок.

Дискриминатор рознопол. фных амплитуд содержит дп-ч детектора, три компаратора, задатчик, диа интегратора, четыре ключа, триггер и сумматор, при эгом нходы пероого, второго дегектопогз и первый пход третьего компаратора объединепь( и образуют ticpoLHTi вход дискриминатора, выход первого детектора соединен спорном входом первого компаратора и через коммутирующую цепь третьего ключа - с входом пероого ишеграюра, .ьчиунтирочаино о ксг мутиру- ющой цепью первого ключа, ыход второго детектора соединен с пераым входом второго компаратора киммутируюш.ую цепь четвертого ключа -- с входом У юрою интегратора, зашунтпрованпого коммуифующои цепью второго ключа, первый и торой входы сумматора сое; ннсны с итормми вхо;;оми соответствующих пер-К ГО И . .US r Tp 4TOроп и выходами cooineicTKyjouvix первого и второго интеграторов, в ч/оды первою и второго компараторов соединены соотгмл-CTfiCIIHO С УПРОЩАЮЩИМИ ;:ОДа1- Н TpOIL-erO

и четверки о кг;,о 1ей. ni /.од з; п;пчпка соединен с вторым вводим третье; о комплрато- р-з, выход которого соединен с прямым входом тряптера, управляющие входы иер.. Ч О И i i . ;р;.- г К П;; ЧО1, 1 r.(.i(/).4UjMM (.: 1м; - . ipllili-pa, I HiiOpCHI.M Г.ХСД

. ; i : ,: О . i r:i hi op. -1 ,.o,i,)M дпскрп- i ч-;|,1ь,р.ч (I:J;;IIOIIQ;I .. jitu ix iM i. i; ;у;1. :-,ixo;;ti i -1 i :;. ; , ; :.IM (гч i iii.o, r.y iM i i opa.

I .-: i j- ПР ii y;..rpo . ii;i i о гг.HI роя;1 / искP HM. ri.. :p.1 рГП. И .ПОТЛрНЫХ ОЛ1ПЛН1УД i;oa j neT плодит, корректною в усюпкп n ;(./: ч i.. ix спусковых Ологоа |; пнаяов фиксл0 ц;;, yi. ь иПрацп опных нагрузок пгш появлении з контролируемом сигнале посточн.чой составляющей и гсм самым более |;р ; шл,но оценивать техническое состояние механического объекта. Одним из

5 пыпая.ений коррекшровки уславок может служить модифпцпровлииос условие ГудмаИг |

Or

ffo

о.

пр

где оу пределы усталости при симметричном д кле; (Jo - сродное значение папряхенмя (пгстояпн.:) соегавлчющая); (/пр - предел

прочности материала.

Применение в устройстое контроля бы- гл родсйстByiouturo дискриминатора разно- полярных амплитуд по предложенной схеме и формирователя короткого импульса гюзгаоляет осугиестлять дифференцированную коррекцию дли каждого вибрационного колебания, что наиболее важно при случайном характере вибрации.

Устройство контроля технического состояния механических объектов по вибрационным нагрузкам (фиг. 1) содержит датчик 1 вибрационных нагрузок, накопитель 2; индикатор 3, каналы 1 фиксацииуроонявибрационных нагрузок, входной спусковой блок

5, триггер 6, элемент 7 совпадений, тактовый спусковой блок 0, элемент ИЛИ 9, ячейки 10 накопителя, кнопку 11 сброса информации, дискриминатор 12 разнопо- лярных амплитуд, формирователь 13 короткого импульса.

Дискриминатор разнополярных амплитуд (фиг. 2) содержит первый 4 и второй 15 детекторы, первый 16 второй 17 и третий 18 компараторы, задагчик 19, первый 20 и вгорой 21 иптегрзюры, первый 22, второй 23, третий 24 и четвертый 25 ключи, триггер 2G и сумматор 27.

Устройство содержит датчик I вибраци- оипь х нагрузок, последовательно соедини иные накопи ; ель 2, индикатор 3, включенные между датчиком 1 вибрационных нагрузок и входами накопителя 2, каналы 41, 42, ..., -in фиксации уровня вибрзционних нагрузок, расположенными в порядке возрастания фиксируемого уровня вибрационных HOI рузок, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных сходного спускового блока 5, триггера 6 и элемента 7 г.опладсния, тактовый спусковой блок И, вход которого соединен с входами входных спусковых блоков 5, а инверсный выход - с дополнительным входом каждого элемента 7 совпадения, элемент ИЛИ 9, каждый вход которого соединен с выходом элемента 7 совпадения каждого канала, выход его соединен с инверсными входами триггеров 6, причем накопитель 2 выполнен о виде двоичного счетчика, ячейки 10ь Юг, ...10п младших разрядов которого соединены входами с выходами соответствующих каналов 4i. 42. .... 4„ фиксации уровня вибрационных нагрузок, выход каждого триггера 6, за исключением триггера первого канала 4i фиксации уровня вибрационных нагрузок, соединен с инверсным входом элемента совпадения предыдущего канала фиксации уровня вибрационных нагрузок, и кнопку 11 сброса информации. Устройство содержит также формирователь 13 короткого имлульса, вход которого соединен с выходом тактового спускового блока 0, и дискриминатор 12 разнополярных амплитуд, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами датчика 1 вибрационных нагрузок и выходом формирователя 13 короткого импульса.

Дискриминатор 12 раэнополярных амплитуд представляет собой блок, формирующий на выходе аналоговый сигнал UB. пропорциональный разности иковых значений (амплитуд) переменного напряжения, т.е. UB U+ I-IU-I , где U+ и U- - пиковое значение соответственно положительной и отрицательной полуволны (амплитуды) переменного напряжения. Таким образом, значение UB примерно характеризует постоянную составляющую контролируемого сигнала. Учитывая случайный характер вибрации, предложена схема быстродействующего дискриминатора, выдающего требуемое значение величины UB IU+I - IU-I в конце (с последней четверти) каждого периода вибрационного колебания. Для этого дискриминатор 12 разнополярных амплитуд содержит два разнополярных детектора 14, 15, три компаратора (нуль-органа) 10-18, задатчик 19, два интегратора (накопителя аналоговой информации) 20, 21, четыре электронных ключа 22-25. триггер 2G и сумматор 27 аналоговых сигналов. Входы обоих детекторов 14, 15 и первый вход третьего компаратора 18 соединены между собой и

образуют первый иход дискриминатора. Первый 20 и второй 21 интеграторы jaiuyn- тированы соответственно выходными цепями первого 22 и второго 23 ключей, 5 управляющие входи которых соединены с инверсным выходом триггера 26. Выход первого детектора 14 соединен с первым сходом первого компаратора 16 и через выходную (коммутирующую) цепь третьего

0 ключа 24 с входом первого интегратора 20, а выход второго детектора 15 соединен с первым входом второго компаратора 17 и через выходную (коммутирующую) цепь четвертого ключа 25 с входом второго интегра5 тора 21. Второй вход первого компаратора 1G соединен с выходом первого интегратора 20 и первым входом сумматора 27. Выход первого компаратора 16 соединен с управляющим входом третьего ключа. Второй

0 вход второго компаратора 17 соединен с выходом второго интегратора 21 и вторым входом сумматора 27, выход которого является выходом дискриминатора Инверсный вход триггера 26 является вторым входом

5 дискриминатора 12. а прямой вход триггера 26 соединен с выходом третьего компаратора 18, второй вход которого соединен с за- датчиком.

Ключи 22-25 на фиг. 2 показаны в виде

0 блока, обозначенного одним транзистором. Наиболее целесообразным для этих ключей является использование электронных коммутаторов, например, микросхем восьми- электронного коммутатора типа 543 КНЗ.

5Детекторы 14, 15 выполняются в виде прецизионных выпрямителей, лучше на базе операционных усилителей, например, на базе микросхем 553 УД2 с диодами в цепи обратной связи. Изменяя полярность вклю0 чения диода, добиваются изменения реагирования детектора на положительную или отрицательную полуволну переменного напряжения.

Компараторы 16-18 представляют со5 бой электронные усилители, выдающие на выходе дискретный логический сигнал при превышении значения одного аналогового сигнала AI значения другого аналогоного сигнала А2, т.е. при условии AI А.

0Задатчик 19 в простейшем случае выполняется в виде регулируемого потенциометра.

Интеграторы 20. 21 представляют ссбой фиксаторы величины аналогового сигнала

5 на входе и выполняются в виде о опционных усилителей с гибкой отрицательной обратной связью.

Формирователь короткого импульс.) 13 может быть выполнен по различным схемам. Формирователь может быть выполнен

на транзисторном усилителе и дпух инверторах. Один инвертор включен на входе усилителя, а второй на ее выходе. При этом между входным инвертором и входом усилителя для обеспечения короткого импульса включен конденсатор.

В качестве датчика 1 вибрационных нагрузок могут быть использованы любые промышленные датчики вибрации, выдающие сигнал, пропорциональный виброскорости контролируемого узла. Общее количество п ячеек 10 накопителя 2 должно соответствовать максимальному числу N регистрируемых циклов. Например, при млн. .

Устройство работает следующим образом.

В отсутствие вибрационных нагрузок перед началом эксплуатации механическог о объекта накопитель 2 устанавливается в нулевое положение нажатием кнопки 11 сброса информации, все входные спусковые блоки 5 и тактовый спусковой блок 8 заперты, на выходе триггеров 6 присутствует логический нуль. Триггер 26 дискриминатора рэзнополярных амплитуд 12 (фиг. 2) также находится в отключенном состоянии. Логическая единица, выдаваемая триггером 26 с инверсного выхода на вход ключей 22, 23. вызывает их срабатывание, в результате чего интеграторы 20, 21 оказываются за- шунтироваиными и напряжение UB. выдаваемое с выхода в дискриминатора 12 (с выхода сумматора 27) на дополнительные входы входных спусковых блоков 5, равно нулю, так как IU+l-IU-lmJB-llM-IU-l-0.

Напряжение на выходе сумматора 27 в конце каждого периода вибрационного колебания равно нулю (), а при поступле- нии на вход дискриминатора 12 рэзнополярных амплитуд симметрично переменному напряжению. Это объясняется следующим. Схема устройства построена так. что она реагирует на пиковые значения напряжений одной полярности (например положительной). Поэтому в начале контролируется отрицательная полуполна напряжения, а затем положительная.

Рассмотрим более подробно работу дискриминатора 12 разнополярных амплитуд. При поступлении на его первый вход а (фиг. 2) отрицательной полуволны переменного напряжения UBX срабатывает третий компаратор 18: на его выходе появляется единичный логический сигнал, который включает триггер 26. На инверсном выходе триггера 26 логический сигнал становится равным нулю, в результате чего отключают- ся первый 22 и второй 23 электронные ключи, обеспечивая возможность накопления информации интеграторами 20, 21. Синхронно со срабатыванием третье о комгыра- тора 18 начинает детектирование сигнала первый детектор 14, вызывая срабатывание первого компаратора 16 и соответственно

срабатывание третьего ключа 24. По мере роста уровни сигнала на выходе детектора 14 растет уровень сигнала U- и на выходе первого интегратора 20. Этот процесс продолжается до момента, определяемого пи0 ковым значением отрицательной полуволны переменного напряжения UBX на первом входе а дискриминатора 12, после чего первый компаратор 16. третий ключ 24 отключаются и первый интегратор 20 перехо5 дит в режим хранения аналоговой информации о значении отрицательной амплитуды U. Посла того как входное напряжение UBX изменит полярность на положительную, начнет выдавать аналого0 вый сигнал второй детектор 15. С появлением положительной полуволны срабатывает второй компаратор 17 и соответственно четвертый ключ 25, подключающий вход второго интегратора 21 к второму детектору 15. В

5 течение всей третьей четверти периода переменного напряжения UBX второй интегратор 21 отслеживает рост напряжения U+ положительной полуволны, после чего он также переходит в режим хранения инфор0 мации. Одновременно с накоплением поступающей информации и хранением ее в интеграторах в сумматоре 13 осуществляется операция математического вычитания UB IU+I -I U-l . В первую и вторуючетвер5 ти периода напряжения UBX выходной сигнал UB определяется напряжением отрицательной полуволны U-, поскольку . Этот сигнал UB, подаваемый на дополнительные входы входных спусковых блоков 5 каналов

0 4 фиксации уровня вибрационных нагрузок, приводит только к загрублению (увеличению уставок) этих блокоо и не приводит их к ложному срабатыванию. В третью четверть периода напряжения UBX начинается алгеб5 раическое сложение сигналов и результирующий сигнал UB уменьшается, в результате чего уставки входных спусковых блоков 5 уменьшаются, доходя до требуемого откорректированного уровня о момент пикового

0 значения переменного напряжения UBX. Если постоянная составляющая во входном сигнале UBX отсутствует, то напряжение корректировки равняется нулю, т.е. . Если же пиковое значение IU+I положительной

5 полуволны входного напряжения UBX no абсолютной величине больше пикового значения U- отрицательной полуволны входного напряжения UBX, то напряжение корректировки положительно и оно приводит к пони- жениюуставок входных спусковых блоков 5.

D . OHI..C каждого периода вибрационного колебания на второй вход б дискриминатора разнополярных амплитуд от тактового спускового блока 8 через формирователь 13 короткого импульса поступает логическая единица, переключающая триггер 26 в исходное состояние. В результате срабатывают первый 22 и второй 23 ключи, шунтируя первый и второй интеграторы, чем осуществляется быстрый разряд их конденсаторов и соответственно стирание накопленной информации. Таким образом, со следующего периода процесс накопления и сравнения информации на нет повторяться, как описано выше.

Рассмотрим работу устройства контроля в целом.

При симметричных вибрационных нагрузках контролируемого объекта с уровнем ниже минимального фиксируемого уровня периодически открывается только тактовый блок 8, но информация в накопитель 2 не проходит, так как элементы 7 совпадения заперты напряжениями с выхода триггеров б. При вибрационных нагрузках о диапазоне периодически открываются, помимо тактового спускового блока 8, входные спусковые блоки 5 первого или нескольких первых каналов фиксации уровня вибрационных нагрузок,.соответствующих меньшим фиксируемым уровням, в результате чего срабатывают триггеры б тех же каналов, а на их выходе появляется логическая единица. По окончании очередной положительной полуволны вибрационной нагрузки тактовый спусковой блок 8 закрывается, запрещающий сигнал, поступающий с его инверсного выхода на дополнительные входы элементов 7 совпадения, исчезает, но выходной сигнал триггера 6 проходит через элемент 7 совпадения только в последний из указанных выше каналов, так как о каждый из остальных элементов 7 совпадения закрыт по инверсному входу сигналом триггера следующего канала. С выхода открытого элемента 7 совпадения сигнал поступает одновременно на вход соответствующей ячейки младших разрядов накопителя 2 и на один из сходов элемента ИЛИ 9, выходной сигнал которого переводит все триггеры 6 в начальное состояние, после чего устройство готово к регистрации новой положительной полуволны вибрационной нагрузки.

Таким образом, в накопителе 2 регистрируется абсолютное число импульсов с уровнем вибрационных нагрузок в интервале VI-VG (например, импульсы с уровнем V2), а каждый импульс в интервале Va-V - в виде двух импульсов, в интервале - в виде четырех импульсов и т.д. Одно и то же

число, регистрируемой индикт юром 3. характеризует одну и ту же степень износа материала машины, независимо от изменений вибрационных нагрузок п процессе сче- 5 та.

Если контролируемая датчиком 1 вибрация содержит постоянную составляющую, то дискриминатор 12 разнополярных амплитуд на дополнительные входы входных

0 спусковых блоков 5 подает аналоговые сигналы, изменяющие уровень их срабатывания. В результате этого действие устройства определяется характеристикой о- f(N). Введение в устройство контроля диск5 риминатора разнополярных амплитуд обеспечивает коррекцию порога срабатывания входных спусковых блоков, что позволяет более правильно производить оценку количественного износа вибрирующего механи0 ческого обьекта при наличии в колебаниях постоянных составляющих, возникающих, например, под действием сил земного притяжения.

Формула изобретения

5 1. Устройство контроля технического состояния механических объектов по вибрационным нагрузкам по авт. св. Ns 920393, отличающееся тем, что. с целью повышения точности, оно снабжено дискримина0 тором разнополярных амплитуд и формирователем короткого импульса, при этом первый входдискриминатора разнополярных амплитуд соединен с входом тактового спускового блока, его второй вход

5 соединен с выходом тактового спускового блока через формирователь короткого импульса, а его выход соединен с дополнительными входами входных спусковых блоков каналов фиксации уровня вибрационныхна0 грузок.

5 входом второго компаратора и через коммутирующую цепь четвертого ключа -с входом второго интегратора, зашунтированного коммутирующей цепью второго ключа, первый и второй входы сумматора соединены с вторыми входами соответствующих перпого

и isioporo компзратороп и выходами соответствующих мерного и пторого интеграторов, выходы пер йог о и второго компараторов соединены соответственно с управляющими входами третьего и четвертого ключей, выход зэдатчика соединен с вторым входом третьего коммутатора, выход которою соединен с прямим входом триггера, управляющие пходы первого и йюрого ключей соединены с инверсным выходом триггера, инверсный вход которого является вторым входом дискриминатора разноплярных амплитуд, выход которого является выходом сумматора.

Ш.1

Риг.2.