DE4017449A1

DE4017449A1 - Machine mechanical property diagnosis method - analysing state parameters of vibration signals to defect roller braking deflects

Info

Publication number: DE4017449A1
Application number: DE19904017449
Authority: DE
Inventors: Alexander Dr Ing Lettka
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-06-05
Filing date: 1990-05-30
Publication date: 1990-12-06

Abstract

The diagnosis of the mechanical properties of machines involves the use of the vibration signals of rotating parts and/or of the whole machine as the diagnostic signal. The analogue signal is digitised, filtered by a high pass filter and the min. height of all pulses is determined. The pulse density, height, width, sepn. and edge gradient distributions are determined. The mechanical properties of the roller bearings in the machine are determined from the deviation of these state parameters from their standard values. USE/ADVANTAGE - For rapid, reliable diagnosis of roller bearing defects in machines with rotating parts.

Description

Technical field

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose der mechani schen Eigenschaften von Maschinen, die rotierende Bauteile auf weisen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs.The invention relates to a method for diagnosing the mechani properties of machines that have rotating components point, with the features of the preamble of the claim.

Eine optimale Ausnutzung von Produktionsanlagen führt dazu, daß dort vorhandene Maschinen, insbesondere die Wälzlager, sehr stark belastet werden, und als Folge hiervon treten häufiger Schäden und Maschinenausfälle auf. Der Zustand dieser Maschinen (z.B. Pumpen, Kompressoren, Turbinen, Elektromotoren, Ventila toren und Werkzeugmaschinen) muß daher unabhängig von deren Leistung, Größe und Einsatzart routinemäßig gemessen werden, wobei der zeitliche Trend interessant ist und eventuell mit Grenzwerten verglichen wird.Optimal utilization of production plants leads to the fact that machines there, especially the roller bearings, very much become heavily loaded, and as a result, occur more frequently Damage and machine failures. The condition of these machines (e.g. pumps, compressors, turbines, electric motors, ventila gates and machine tools) must therefore be independent of their Performance, size and type of use are routinely measured, the time trend is interesting and possibly with Limits are compared.

State of the art

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (DE-OS 33 14 005) wird die für den Zustand der Maschinen aussagekräftige Maschinen diagnose durch Trend- und Grenzwertüberwachung der Maschinen schwingungen gelöst. Dieses Verfahren basiert im wesentlichen auf Grenzwertüberwachung von verschiedenen Kenngrößen, die aus der detektierten Maschinenschwingung gewonnen werden.In a known method of this type (DE-OS 33 14 005) the machines that are meaningful for the condition of the machines Diagnosis through trend and limit value monitoring of the machines vibrations solved. This process is essentially based on limit value monitoring of various parameters that come from of the detected machine vibration.

Presentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schnelle und zu verlässige Methode anzugeben, aus detektierten Schwingungs bildern Wälzlagerdefekte zu diagnostizieren. The invention has for its object a quick and reliable method to specify, from detected vibration diagnose rolling bearing defects.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist ein Verfahren die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs auf.A method has the features to achieve this object the label of the claim.

Für die Beurteilung des Zustandes der wälzgelagerten Maschinen/ Aggregate werden erfindungsgemäß am Gehäuse eines zu untersu chenden Wälzlagers Schwingungssignale gemessen. Die analogen Zeitsignale werden dabei in A/D-Wandlern digitalisiert, im Hochpaßfilter gefiltert und können danach mit Hilfe eines Analyseverfahrens, beispielsweise in einem Personalcomputer, bearbeitet werden. Dieses Verfahren besteht im wesentlichen aus fünf Schritten, die verschiedene Signalbeschreibungsmerk male ermitteln, und zwar Impulsdichteverteilung, Impulshöhen verteilung, Impulsbreitenverteilung, Impulsabstandsverteilung und Flankenverteilung, aus denen der Zustand des Wälzlager verschleißes beurteilt werden kann. Dieses Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise sowohl eine qualitative wie auch eine quantitative Beurteilung des Verschleißes der wälzgelagerten Anlagen. Mit den hieraus ermittelten Zustandsgrößen werden auch Hinweise zur Ortung von Emissionsquellen der Störungen ermittelt.For assessing the condition of the roller-bearing machines / According to the invention, units are to be examined on the housing of one vibration bearing measured. The analog ones Time signals are digitized in A / D converters, in Filtered high pass filter and can then with the help of a Analysis method, for example in a personal computer, to be edited. This procedure essentially exists five steps, the different signal descriptor determine male, namely pulse density distribution, pulse heights distribution, pulse width distribution, pulse spacing distribution and flank distribution, from which the condition of the rolling bearing wear can be assessed. This procedure enables advantageously both a qualitative and a quantitative assessment of the wear of the roller bearings Investments. With the state variables determined from this also information on the location of emission sources of the disturbances determined.

Brief description of the drawing

Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert, wobeiThe invention is explained with reference to the figures, wherein

Fig. 1 einen Signalverlauf der detektierten Schwingungs signale, Fig. 1 signals a waveform of the detected vibration,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels zur Aufnahme und Auswertung der Schwingungssignale und Fig. 2 is a block diagram of an embodiment for recording and evaluating the vibration signals and

Fig. 3 einen weiteren detaillierten Signalverlauf eines Schwingungssignals zeigen. Fig. 3 show a further detailed waveform of a vibration signal.

Best way to carry out the invention

Bei dem Signalverlauf im linken Teil der Fig. 1 ist ein Schwingungssignal über der Zeit t dargestellt. Das analoge Signal stellt die Beschleunigung dar. Es sind hierbei Stoß impulse SI zu erkennen, die periodisch jeweils bei einer Um drehung auftreten; die kleineren Impulse S stellen die normalen Ablaufsignale eines Wälzlagers W, das im rechten Teil der Fi gur 1 dargestellt ist, dar. Hier ist ein Ausschnitt eines Wälz lagers mit den beiden Lagerschalen LS und der Kugel K darge stellt. Bei dem Blockschaltbild nach der Fig. 2 ist links ein Schwin gungsaufnehmer SA, der an dem zu untersuchenden Wälzlager ange bracht ist, dargestellt. Das detektierte Schwingungssignal SS wird einem A/D-Wandler AD und einem digitalen Filter DF zuge führt. Der A/D-Wandler AD und das digitale Filter DF können hierbei Bestandteil eines Personalcomputers PC sein, der mit einem entsprechenden Programm IDA gesteuert wird. Weiterhin kann der Personalcomputer periphere Ausgabeeinheiten PA, wie beispielsweise Monitor oder Plotter, aufweisen. Anhand der Fig. 3 wird die Analyse des detektierten Signals erläutert. Hierbei werden zunächst die Höhen H ₁, H₂, H₃, Hmin des Beschleunigungssignals x(t) ausgewertet. Weiterhin werden die Impulsbreiten B₁, B₂, B₃ und der Impulsabstand A₁,A₂ er mittelt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zunächst durch ein Hochpaßfilter (z.B. 5 kHz) die niederfrequenten Teile ausgefiltert und sodann die Absolutwerte gebildet. In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Minimalhöhe Hmin nach der Gleichung (1) bestimmt:An oscillation signal over time t is shown in the signal curve in the left part of FIG. 1 . The analog signal represents the acceleration. Here, shock impulses SI can be seen, which occur periodically each time around one rotation; the smaller pulses S represent the normal sequence signals of a rolling bearing W, which is shown in the right part of the fi gur 1 , here is a section of a rolling bearing with the two bearing shells LS and the ball K represents Darge. In the block diagram of FIG. 2, a vibration transducer SA is shown on the left, which is brought to the rolling bearing to be examined, is shown. The detected vibration signal SS is fed to an A / D converter AD and a digital filter DF. The A / D converter AD and the digital filter DF can be part of a personal computer PC that is controlled with a corresponding program IDA. Furthermore, the personal computer can have peripheral output units PA, such as a monitor or plotter. The analysis of the detected signal is explained with reference to FIG. 3. The heights H ₁ , H ₂ , H ₃ , Hmin of the acceleration signal x (t) are first evaluated. Furthermore, the pulse widths B ₁ , B ₂ , B ₃ and the pulse spacing A ₁ , A _{2 are} averaged. In the method according to the invention, the low-frequency parts are first filtered out by a high-pass filter (for example 5 kHz) and then the absolute values are formed. In a further process step, the minimum height Hmin is determined according to equation (1):

wobei Hmax die maximale Höhe aller Impulse darstellt.where Hmax represents the maximum height of all impulses.

Die Impulsdichteverteilung wird nach der Gleichung (2) ermit telt:The pulse density distribution is determined according to equation (2) telt:

wobei D die Anzahl der Impulse im jeweiligen Analysezeitinter vall, TAU das Analysezeitintervall (TAU = 10 T) und T die Ab tastperiode sowie TT die Anzahl der Analysezeitintervalle dar stellen. where D is the number of pulses in the respective analysis time interval vall, TAU the analysis time interval (TAU = 10 T) and T the Ab sampling period and TT represent the number of analysis time intervals put.

Anhand der Gleichung (3) wird die Impulshöhenverteilung ermittelt:Using the equation (3) the pulse height distribution determined:

wobei H die Impulshöhe des jeweiligen Impulses, HSUM die auf addierten Impulshöhen und K die Anzahl der Impulse darstellen.where H is the pulse height of the respective pulse, HSUM the added pulse heights and K represent the number of pulses.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird nach der Gleichung (4) die Impulsbreitenverteilung ermittelt:In a further process step, according to equation (4) the pulse width distribution is determined:

wobei B die Impulsbreite des jeweiligen Impulses und BSUM die aufaddierte Summe aller Impulsbreiten darstellt.where B is the pulse width of the respective pulse and BSUM the sum of all pulse widths.

Anhand der Gleichung (5) wird die Impulsabstandsverteilung er mittelt:The equation (5) is used to calculate the pulse spacing averages:

bei der A den Impulsabstand zwischen jeweils zwei Impulsen und ASUM die aufaddierte Summe aller Impulsabstände darstellen.at the A the pulse interval between two pulses and ASUM represent the sum total of all pulse intervals.

An der Gleichung (6) wird die Flankenanstiegsverteilung ermit telt:The slope increase distribution is determined using equation (6) telt:

wobei F den Flankenanstieg des jeweiligen Impulses, errechnet aus Impulshöhe, dividiert durch Impulsbreite, und FSUM die Summe aller Flankenanstiege darstellt.where F is the slope increase of the respective pulse from pulse height divided by pulse width, and FSUM the Represents the sum of all edge increases.

Das dargestellte Verfahren liefert durch eine Analyse der Häufigkeit des Auftretens, der Höhe, der Dauer und des Abstan des sowie des Flankenanstiegs der Impulse hervorragende Aus sagemöglichkeiten über den Zustand des Wälzlagers, an dem der Impulsverlauf detektiert wurde. Eventuelle Abweichungen dieses Impulsverlaufes von einem vorgegebenen Normalzustand können somit leicht ermittelt und in einer Überwachungseinrichtung angezeigt werden.The method presented provides an analysis of the Frequency of occurrence, height, duration and distance of the and the flank rise of the impulses excellent Possibilities to say about the condition of the rolling bearing on which the Pulse curve was detected. Any deviations from this Pulse course from a predetermined normal state can thus easily determined and in a monitoring device are displayed.

Industrial applicability

Die Erfindung ist vor allem bei der Überwachung und Diagnose von Maschinen mit wälzgelagerten, rotierenden Teilen in Pro duktionsanlagen anwendbar.The invention is particularly useful in monitoring and diagnosis of machines with rolling-bearing, rotating parts in Pro production systems applicable.

Claims

Methods for diagnosing the mechanical properties of machines that have rotating components

- When the vibrations of the rotating components and / or the entire machine are detected as a detection signal (S), characterized by the following measures:
- The detection signal is digitized as an analog time signal,
- filtered through a high pass filter,
- the minimum height of all impulses is determined,
- The pulse density distribution, the pulse height distribution, the pulse width distribution, the pulse spacing distribution and the edge rise distribution are determined, and
- The mechanical properties of the rolling bearings of the machine are determined from the deviation of these state variables from specified standard values.