Устройство для виброакустической диагностики роторных механизмов Советский патент 1993 года по МПК G01H17/00 

Изобретение относится к виброизмерительной технике и может быть использовано при риброакустической диагностике роторных механизмов, в частности зубчатых передач и подшипников качения.

Известны устройства для виброакустической диагностики механизмов, содержащие измерительный преобразователь, усилитель, блок фильтров блок вычисления уровня вибраций и блок индикации/связанные между собой последовательно.

Недостатком таких устройств является то, что они позволяют лишь качественно оценить техническое состояние механизмов без указания конкретного места наличия неисправностей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому я вляется устройство для виброакустической диагностики роторных механизмов, содержащее последовательно соединенные измерительный преобразователь вибраций, усилитель заряда, ключ, усилитель-аттенюатор, перестраиваемый полосовой фильтр, первый гребенчатый фильтр, первый блок отношения сигналов и блок индикации, ТвтО- рой гребенчатый фильтр, сигнальный вход которого соединен с усилителем аттенюатором, второй блок отношения сигналов, интегратор, следящий полосовой фильтр, умножитель частоты, входы которого соединены с измерительным преобразователем частоты вращения, связанным с валом роторного механизма, и блоком масштабирования, а выход - с управляющими входами первого и второго гребенчатых фильтров, перестраиваемого и следящего полосового фильтров.

Недостатком этого устройства является то, что оно не обеспечивает обнаружения дефектов механизмов на ранней стадии развития и не позволяет достичь необходимой глубины диагностирования, т.к. способно выявить только дефектный узел механизма, но не дефектную деталь.

Цель изобретения - диагностирование дефектов механизмов на ранней стадии их развития и увеличение глубины диагностирования.

Для достижения поставленной цели известное устройство для виброакустичёской диагностики роторных механизмов, содержащее последовательно соединенные измерительный преобразователь вибрации, усилитель заряда, ключ, усилитель-аттенюатор, перестраиваемый полосовой фильтр, первый гребенчатый фильтр, первый блок отношения сигналов и блок индикации, второй гребенчатый фильтр, сигнальный вход, которого соединен с усилителем аттенюатором, второй блок отношения сигналов, интегратор, следящий полосовой фильтр, умножитель частоты, входы которого соединены с измерительным преобразователем частоты вращения, связанным с валом роторного механизма, и блоком масштабирования, а выход - с управляющими входами первого и второго гребенчатых фильтров, перестраиваемого и следящего полосового

фильтров, снабжено амплитудным детектором, вход которого соединен с выходом перестраиваемого полосового фильтра, а выход - с входом интегратора и сигнальными входами первого гребенчатого фильтра и

следящего полосового фильтра, первым детектором среднего квадратического значения сигналов, вход которого соединен с выходом первого гребенчатого фильтра, а выход - с первым входом первого блока

5 отношения сигналов, второй вход которого соединен с выходом интегратора, согласующим усилителем, вход которого соединен с измерительным преобразователем угловых ускорений, а выход соединен со вторым вхо0 дом клина, вторым детектором среднего квадратического значения сигналов, вход которого соединен с выходом второго гребенчатого фильтра, а выход с первым входом второго блока отношения сигналов,

5 второй вход которого соединен с выходом третьего детектора среднего квадратического значения сигналов, а выход-с входом блока индикации, четвертым детектором среднего квадратического значения сигна0 лов, вход которого соединен с выходом перестраиваемого полосового фильтра, а выход - с третьим блоком отношения сигналов, второй вход которого соединен с выходом второго детектора среднего

5 квадратического значения сигналов, а выход соединен со входом блока индикации пятым детектором среднего квадратического значения сигналов, вход которого соединен с выходом следящего полосового

0 фильтра, а выход - со входом четвертого блока отношений сигналов, второй вход которого соединен с интегратором, а выход - . со входом блока индикации.

Указанные признаки отличают заяв5 ленное устройство от прототипа и обуславливают соответствие его критерию новизна.

Сравнение заявленного устройства не только с прототипом, но и с другими техниче0 скими решениями в данной области техники позволило выявить в нем признаки, отличающие устройство от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию существенные отличия.

5 На чертеже приведена блок-схема уст- ройства для виброакустичёской диагностики.

Устройство содержит последовательно соединенные измерительный преобразователь вибраций 1, усилитель заряда 2, ключ

3, усилитель-аттенюатор 4, перестраиваемый полосовой фильтр 5, амплитудный детектор б, первый гребенчатый фильтр 7, первый детектор 8 среднего квадратическо- rd значения сигналов, первый блок 9 отношения сигналов, блок 10 индикации, согласующий усилитель 11, вход которого соединен с измерительным преобразователе м угловых ускорений 12, а выход - с вторим входом ключа 3, второй гребенчатый фильтр .13, сигнальный вход которого соединен с усилителем-аттенюатором 4, второй детектор 14 среднего квадратического зна че-ния сигналов, вход которого соединен с внходом второго гребенчатого фильтра 13, второй блок 15 отношения сигналов, входы ксторого соединены с выходом второго детектора 14 и выходом третьего детектора 16 среднего квадратического значения сигнале в, а выход- с входом блока 10 индикации, четвертый детектор 17 среднего квадратического значения сигналов, вход которого ее единен с выходом перестраиваемого поле сового фильтра 5, третий блок 18 отношения сигналбв, входы которого соединены с выходами второго детектора 14 и четвертого детектора 17, а выход-с входом блока 10 индикации, интегратор 19, вход которого ее единен с выходом амплитудного детекторе б, а выход - с вторым входом первого б/ока 9 отношения сигналов, следящий поле совой фильтр 20, сигнальный вход которого соединен с выходом амплитудного детектора 6, пятый детектор 21 среднего кЕадратического значения сигналов, вход ксторого соединен с выходом следящего поле сового фильтра 20, четвертый блок 22 от-, не шения сигналов, первый вход которого соединен с выходом пятого детектора 21, второй - с выходом интегратора 19, а выход ее единен с входом блока 10 индикации, ум- не житель частоты 23, входы которого соединены с измерительным преобразователем 2 частоты вращения, связанным с валом роторного механизма, и блоком масштаби- рсвания 25, а выход-с управляющими вхо- дгми первого гребенчатого фильтра 7 и второго гребенчатого фильтра 13, перестраиваемого полосового фильтра.5 и следящего по лосового фильтра 20.

i Устройство работает следующим обра- зо м.

Виброакустический сигнал, генерируемый в процессе функционирования объекта диагностики, воспринимается измерительным преобразователем вибрации 1 и усиливается усилителем заряда 2. Этот сигнал при открытом ключе 3 поступает на усили- теЬь-аттенюатор 4, с выхода которого посту- па|ет на сигнальные входы перестраиваемого

полосового фильтра 5 и второго гребенчатого фильтра 13. на управляющие входы которых поступают сигналы с выхода умножителя частоты 23, на входы которого поступают сиг- 5 налы с измерительного преобразователя 24 частоты вращения входного вала диагностируемого объекта и блока 25 масштабирования.

Сигнал с выхода полосового фильтра 5,

0 настроенного на первую гармонику зубцо- вой частоты зацепления, поступает на амплитудный детектор 6, с выхода которого поступает на сигнальный вход первого гребенчатого фильтра 7, на управляющий вход

5 которого поступают сигналы с умножителя частоты 23. Сигналы с выхода умножителя следуют с частотой, равной частоте вращения того вала механизма, на которой закреплено диагностируемое зубчатое

0 колесо. Сигналы с выхода первого гребенчатого фильтра 7 представляют собой амплитудные значения гармоник частоты вращения вала, на котором закреплено диагностируемое зубчатое колесо исследуемо5 го зацепления. Этот сигнал поступает на первый детектор среднего квадратического значения сигналов 8, с выхода которого поступает на вход первого блока 9 отношений сигналов, на второй вход которого поступа0 ет сигнал с выхода интегратора 19. Этот сигнал представляет собой среднее значение сигнала амплитудной огибающей, поступающей на вход интегратора 19 с выхода амплитудного детектора 6. Сигнал с выхода

5 блока 9 отношений, представляющий собой безразмерную величину, возрастающую с увеличением степени выкрашиванйя зубьев диагностируемого колеса зацепления, поступает на блок 10 индикации.

0Сигналы с выхода второго гребенчато го фильтра 13 представляют собой амплитудные значения гармоник зубчатой частоты, Эти сигналы поступают на вход второго детектора 14, с выхода которого поступают на

5 первый; |хрдвтордго блока 15 отношения сигналов, на второй вход которого поступают сиг налыг третьего детектора 16, харак- теризуйЦие нормальные технические состояния зубчатых зацеплений. Сигнал с

0 выхода второго блока 15 отношений, представляющий собой безразмерную величину, возрастающую с увеличением степени износа зубчатых колес, поступает на вход блока 10 индикации.

5 Сигнал с выхода полосового фильтра 5, настроенного на первую гармонику зубцо- вой частоты зацепления, поступает в четвертый детектор 17, с выхода которого поступает на первый вход третьего блока 18 отношения сигналов, на второй вход которого поступают сигналы с выхода второго детектора 14. Сигнал с выхода блока 18 отношений, представляющий собой безразмерную величину, возрастающую с увеличением степени износа зубчатых колес, поступает на вход блока 10 индикации.

Сигнал, регистрируемый измерительным преобразователем угловых ускорений 12, усиливается в согласующем усилителе 11 и при открытом ключе 3 поступает на вход усилителя-аттенюатора 4. Этот сигнал поступает на сигнальные входы перестраиваемого полосового фильтра 5 и второго гребенчатого фильтра 13, на управляющие входы которых поступают сигналы с умно- жителя частоты 23. Сигналы с выхода умножителя частоты 23 имеют частоту, равную частоте вращения вала, на котором закреплено диагностируемое колесо исследуемого зубчатого зацепления. Сигналы с выхода гребенчатого фильтра 13 представляют собой амплитудные значения гармоник оборотной частоты вращения вала. Эти сигналы поступают на второй детектор 14, с выхода которого поступают на первый вход блока 15 отношения сигналов; на второй вход которого поступают сигналы с третьего детектора 16, характеризующие нормальное техническое состояние исследуемого зубчатого колеса. Сигнал с выхода второго блока 15 отношений, представляющий собой безразмерную величину, возрастающую с увеличением степени заедания зубьев диагностируемого зубчатого зацепления, поступает на вход блока 10 индикации.

Сигнал с выхода полосового фильтра 5, настроенного на первую гармонику оборотной частоты вращения вала, на котором закреплено диагностируемое зубчатое колесо исследуемого зацепления, поступает в чет- вертый детектор 17, с выхода которого поступает на первый вход третьего блока 18 отношений сигналов, на второй вход которого поступают сигналы с выхода второго детектора 14. Сигнал с выхода блока 18 от- ношений, представляющий собой безразмерную величину, возрастающую с увеличением заедания зубьев колтее диагностируемого зацёгМеМйя, пбступ&етне вход блока.10 индикации;

Сигнал с выхода амплитудного детектора б поступает на сигнальный вход следящего полосового фильтра 20. на управляющий вход которого поступает сигнал с умножителя частоты 23. Сигнал на выходе полосового фильтра 20 представляет собой амплитудные значения субгармоники (в частности, сепараторной частоты диагностируемого подшипника качения) частоты вращения вала. Этот сигнал поступает на пятый детектор 21, с выхода которого поступает на первый вход четвертого блока 22 отношения сигналов, на второй вход которого поступает сигнал с выхода интегратора 19. Сигнал с выхода блока 22 отношения, представляющий собой безразмерную величину, возрастаю- щуюсростомстепени износа диагностируемого подшипника, поступает на блок 10 индикации.

Достигаемая при использовании изобретения в отличие от прототипа возможность диагностирования дефектов, механизмов на ранней стадии развития обеспечивает предотвращение аварий, прогноз остаточного ресурса механизмов. Рациональный выбор измеряемых устройством параметров сигналов позволяет увеличить глубину диагностирования, эффективно выявлять опасные неисправности (не только износ зубьев колес, как в прототипе, но и заедание, выкрашивание и другие) вплоть до установления конкретной дефектной детали механизма, что способствует целенаправленному устранению дефектов, экономии времени, затрачиваемого на ремонт механизмов.

Эффективность использования устройства возрастает с учетом возможности его применения как на стадии эксплуатации механизмов, так и при их производстве и испытаниях. Возможность диагностирования не только зубчатых колес, как это заявлено в прототипе, но и подшипников качения позволяет проводить комплексную диагностику сложных роторных механизмов, например, таких как коробки передач, редукторы, трансмиссии сложных сельскохозяйственных, дорожных и других машин.

Использование: в виброизмерительной техн чке и при виброакустической диагностика роторных механизмов, в частности зубчатых передач и подшипников качения. Сущность: устройство содержит последовательно соединенные измерительный преобразователь вибраций, усилитель заряда, ключ, усилитель-аттенюатор, перестраиваемый полосовой фильтр, амплитудный детектор, первый гребенчатый фильтр, первый детектор среднего квадратического значения сигналов, первый блок отношения сиК нале в, блок индикации, согласующий усилитель, вход которого соединен с измерительным преобразователем угловых ускорении, а выход - с вторым входом ключа, второй гребенчатый фильтр, второй детектор с эеднего квадратического значения сигналов, второй блок отношения сигналов, входы которого соединены с выходами второго и третьего детекторов среднего квадратического значения сигналов, а выход - с входом блока индикации, четвертый детектор среднего квадратического значения сигналов, вход которого соединен с выходом перестраиваемого полосового фильтра 5, третий блок отношения сигналов, входы которого соединены с выходами второго и четвертого детекторов среднего квадратического значения сигналов, а выход - с входом блока индикации, интегратор, вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, а выход - с вторым входом первого блока отношения сигналов, следящий полосовой фильтр, сигнальный вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, пятый детектор среднего квадратическбго значения сигналов, вход которого соединен с выходом следящего полосового фильтра, четвертый блок отношения сигналов, первый вход которого соединен с выходом пятого детектора среднего квадратического значения сигналов, второй - с выходом интегратора, а выход соединен с входом блока индикации, умножитель частоты, входы которого соединены с измерительным преобразователем частоты вращения, связанным с валом роторного механизма, и блоком мае-, штабирования, а выход - с управляющими входами первого и второго гребенчатых фильтров, перестраиваемого полосового фильтра и следящего полосового фильтра. 1 ил. fe VI ю со N3 Os Ю

Формула изобретения

Устройство для биброакустической диагностики роторных механизмов, содержащее последовательно соединенные измерительный преобразователь вибрации, усилитель зарядаТ переключатель режимов,

усилитель и перестраиваемый полосовой фильтр, первый и второй гребенчатые фильтры, блок индикации интегратор, следящий полосовой фильтр, последовательно соединенные блок масштабирования и умножитель частоты, измерительный преобразователь частоты вращения, связываемый с валом роторного механизма, выход которого соединен с вторым входом умножителя частоты, сигнальный вход второго гребенчатого фильтра соединен с выходом усилителя, выход умножителя частоты соединен с управ- ля|ощими входами первого и второго гребенчатых фильтров, перестраиваемого полосового фильтра и следящего полосово- ильтра, отличаю ще вся тем, что,

;лью повышения информативности диаг-

го i сц

нос тики путём определения местоположения дефектов и степени их развития, а также путем диагностирования дефектов на ранней стадии их развития, оно снабжено блоком установки, амплитудным детектором, вхсд которого соединен с выходом перестраиваемого полосового фильтра, а выход .- с входом интегратора, последовательно соединенными преобразователем угловых ускорений и согласующим усилителем, вы

хо/ ре

слючателя, первым - четвертым зве ньями, каждое из которых состоит из последовательно соединенных детектора

которого соединен с вторым входом пе0

среднего квадратичного значения сигнала и блока отношения, выходы первого и второго детекторов среднего квадратичного значения сигнала соединены соответственно с выходами первого и второго гребенчатых фильтров, вторые входы первого и третьего блоков отношения соединены соответственно с выходом интегратора, вторым входом четвертого блока отношений и с выходом второго детектора среднего квадратичного значения сигнала, входы третьего и четвертого детекторов среднего квадратичного значения сигнала соединены соответственно с выходами перестраиваемого 5 полосового фильтра и следящего полосового фильтра, второй выход следящего полосового фильтра соединен с входом интегратора, выходом амплитудного детектора и входом первого гребенчатого фильтра, выход блока установки соединен с вторым входом второго блока отношения, первый - четвертый входы блока индикации соединены соответственно с выходами первого - четвертого блоков отношения.

0