RU51215U1

RU51215U1 - ROLL BEARING DIAGNOSTIC DEVICE

Info

Publication number: RU51215U1
Application number: RU2005129465/22U
Authority: RU
Inventors: Константин Валентинович Подмастерьев; Владислав Владимирович Мишин; Владимир Владимирович Марков
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2006-01-27

Abstract

Предлагаемая полезная модель решает задачу расширения области применения и повышения достоверности диагностирования подшипника качения, работающего при любом виде смазки (граничной, смешанной, жидкостной), с использованием электрического сопротивления подшипника в качестве диагностического параметра.The proposed utility model solves the problem of expanding the scope and increasing the reliability of diagnosing a rolling bearing operating with any type of lubricant (boundary, mixed, liquid), using the electrical resistance of the bearing as a diagnostic parameter.

Устройство диагностирования подшипника качения содержит два токосъемника, источник электрической энергии, дифференциальный усилитель, нормирующий усилитель и блок измерения диагностического параметра, где один из двух выводов источника электрической энергии соединен с первым токосъемником, выполненным с возможностью электрического контакта с внутренним кольцом диагностируемого подшипника, а инвертирующий вход дифференциального усилителя соединен со вторым токосъемником, выполненным с возможностью электрического контакта с наружным кольцом диагностируемого подшипника, вход нормирующего усилителя соединен с выходом дифференциального усилителя, а выход соединен со входом блока измерения диагностического параметра, неинвертирующий вход дифференциального усилителя связан с первым токосъемником, источник электрической энергии выполнен в виде источника стабильного электрического тока, второй вывод которого связан со вторым токосъемником, а блок измерения диагностического параметра состоит из последовательно соединенных устройства выборки-хранения, аналого-цифрового преобразователя, дешифратора и цифрового отсчетного устройства.The rolling bearing diagnostic device contains two current collectors, an electric energy source, a differential amplifier, a normalizing amplifier and a diagnostic parameter measurement unit, where one of the two terminals of the electric energy source is connected to the first current collector, which is capable of electrical contact with the inner ring of the bearing being diagnosed, and an inverting input the differential amplifier is connected to a second current collector, made with the possibility of electrical contact with nar with the diagnosed bearing ring, the input of the normalizing amplifier is connected to the output of the differential amplifier, and the output is connected to the input of the diagnostic parameter measuring unit, the non-inverting input of the differential amplifier is connected to the first current collector, the electric energy source is made in the form of a stable electric current source, the second output of which is connected to the second current collector, and the diagnostic parameter measurement unit consists of series-connected sampling-storage devices, analog -digital converter, decoder and digital reading device.

Предложенное устройство диагностирования подшипника качения выгодно отличается от прототипа более высокой достоверностью и широкой областью применения, охватывающей диагностирование подшипника качения или подшипникового узла в условиях граничной, смешанной или жидкостной смазки.The proposed device for diagnosing a rolling bearing compares favorably with the prototype in a higher reliability and wide scope, covering the diagnosis of a rolling bearing or bearing assembly under conditions of boundary, mixed or liquid lubrication.

Description

Полезная модель устройства относится к измерительной технике и может быть использована для диагностирования подшипника качения в узле.A useful model of the device relates to measuring technique and can be used to diagnose a rolling bearing in a node.

Известны устройства диагностирования подшипников качения включающие источник электрической энергии, токосъемники и блок измерения электрического диагностического параметра, например устройство [1].Known devices for diagnosing rolling bearings including an electric energy source, current collectors and a unit for measuring an electrical diagnostic parameter, for example, a device [1].

Наиболее близким к полезной модели по технической сущности является устройство диагностирования подшипника качения, содержащее два токосъемника, источник электрической энергии, дифференциальный усилитель и блок измерения диагностического параметра, где один из двух выводов источника электрической энергии соединен с первым токосъемником, выполненным с возможностью электрического контакта с внутренним кольцом диагностируемого подшипника, а инвертирующий вход дифференциального усилителя соединен со вторым токосъемником, выполненным с возможностью электрического контакта с наружным кольцом диагностируемого подшипника [2]. Данное устройство принято за прототип.Closest to the utility model in technical essence is a rolling bearing diagnostic device containing two current collectors, an electric energy source, a differential amplifier and a diagnostic parameter measuring unit, where one of the two terminals of the electric energy source is connected to the first current collector, which is capable of electrical contact with the internal the ring of the diagnosed bearing, and the inverting input of the differential amplifier is connected to the second current collector, made with the possibility of electrical contact with the outer ring of the diagnosed bearing [2]. This device is taken as a prototype.

В известном устройстве источник электрической энергии выполнен в виде источника стабилизированного опорного напряжения, а блок измерения диагностического параметра включает ряд преобразователей, обеспечивающих измерение диагностического параметра - нормированное интегральное время (НИВ) электрического микроконтактирования подшипнике при высокой стабильности значения электрического напряжения на подшипнике. Параметр НИВ численно равен отношению суммарной длительности импульсов сопротивления подшипника, соответствующих разрушениям смазочной пленки в зонах трения его деталей, ко времени измерения параметра. Известное устройство, за счет преобразования сопротивления диагностируемого подшипника в электрический сигнал, обеспечивает возможность диагностирования как отдельного подшипника, так и подшипника качения непосредственно в узле машины, оценивая его реальное техническое состояние.In the known device, the electric energy source is made in the form of a stabilized reference voltage source, and the diagnostic parameter measurement unit includes a number of transducers that provide a diagnostic parameter measurement — normalized integral time (NIV) of the electrical microcontact of the bearing with high stability of the voltage value of the bearing. The NIV parameter is numerically equal to the ratio of the total duration of the bearing resistance pulses corresponding to the destruction of the lubricating film in the friction zones of its parts by the time the parameter is measured. The known device, by converting the resistance of the diagnosed bearing into an electrical signal, makes it possible to diagnose both a single bearing and a rolling bearing directly in the machine assembly, evaluating its actual technical condition.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного, принятого за прототип устройства, относится то, что оценка состояния подшипника осуществляется по диагностическому параметру - нормированное интегральное время (НИВ) электрического микроконтактирования подшипнике, который является эффективным только при работе подшипника в условиях смешанной (полужидкостной) смазки. Независимо от состояния подшипника при его работе в условиях жидкостной смазки (характерны для высококачественных высокоскоростных опор) значение НИВ становится равным нулю, а в условиях граничной смазки (характерны для тихоходных опор) НИВ становится равным единице. В обоих случаях диагностирование подшипника по параметру НИВ становится неэффективным.For the reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the well-known device adopted as a prototype, the condition of the bearing is assessed by the diagnostic parameter - normalized integral time (NIV) of the electrical microcontact of the bearing, which is effective only when the bearing is operating under mixed conditions (semi-fluid) grease. Regardless of the state of the bearing, when operating under liquid lubrication conditions (typical for high-quality high-speed bearings), the NIV value becomes zero, and under boundary lubrication conditions (typical for low-speed bearings), the NIV becomes equal to unity. In both cases, the diagnosis of the bearing by the NIV parameter becomes ineffective.

Кроме того, параметр НИВ характеризует только длительность процессов микроконтактирования, фиксируя факт снижения электрического сопротивления подшипника ниже некоторого порогового значения, соответствующего разращению смазочной пленки. При этом не учитывается характер процессов, происходящих в зонах трения при отсутствии микроконтактирования и в момент микроконтактирования, что выражается в изменении мгновенных значений электрического сопротивления подшипника.In addition, the NIV parameter characterizes only the duration of the microcontacting processes, fixing the fact of a decrease in the electrical resistance of the bearing below a certain threshold value corresponding to the expansion of the lubricating film. In this case, the nature of the processes occurring in the friction zones in the absence of microcontacting and at the moment of microcontacting is not taken into account, which is expressed in a change in the instantaneous values of the electrical resistance of the bearing.

Таким образом, область применения принятого за прототип устройства и достоверность диагностирования ограничены.Thus, the scope of the device adopted for the prototype and the reliability of the diagnosis are limited.

Предлагаемая полезная модель решает задачу расширения области применения и повышения достоверности диагностирования. Технический результат - диагностирование подшипника качения, работающего при любом виде смазки (граничной, смешанной, жидкостной), с использованием электрического сопротивления подшипника в качестве диагностического параметра.The proposed utility model solves the problem of expanding the scope and increasing the reliability of diagnosis. The technical result is the diagnosis of a rolling bearing operating with any type of lubricant (boundary, mixed, liquid), using the electrical resistance of the bearing as a diagnostic parameter.

Это достигается тем, что устройство диагностирования подшипника качения, содержащее два токосъемника, источник электрической энергии, дифференциальный усилитель и блок измерения диагностического параметра, где один из двух выводов источника электрической энергии соединен с первым токосъемником, выполненным с возможностью электрического контакта с внутренним кольцом диагностируемого подшипника, а инвертирующий вход дифференциального усилителя соединен со вторым токосъемником, выполненным с возможностью электрического контакта с наружным кольцом диагностируемого подшипника, согласно полезной модели, дополнительно снабжено нормирующим усилителем, вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя, а выход This is achieved by the fact that the rolling bearing diagnostic device, comprising two current collectors, an electric energy source, a differential amplifier and a diagnostic parameter measurement unit, where one of the two terminals of the electric energy source is connected to the first current collector configured to make electrical contact with the inner ring of the diagnosed bearing, and the inverting input of the differential amplifier is connected to a second current collector, made with the possibility of electrical contact with according to a utility model, the outer ring of the diagnosed bearing is additionally equipped with a normalizing amplifier, the input of which is connected to the output of the differential amplifier, and the output

соединен со входом блока измерения диагностического параметра, неинвертирующий вход дифференциального усилителя связан с первым токосъемником, источник электрической энергии выполнен в виде источника стабильного электрического тока, второй вывод которого связан со вторым токосъемником, а блок измерения диагностического параметра состоит из последовательно соединенных устройства выборки-хранения, аналого-цифрового преобразователя, дешифратора и цифрового отсчетного устройства.connected to the input of the diagnostic parameter measurement unit, the non-inverting input of the differential amplifier is connected to the first current collector, the electric energy source is made as a stable electric current source, the second output of which is connected to the second current collector, and the diagnostic parameter measurement unit consists of sampling-storage devices connected in series, analog-to-digital converter, decoder and digital reading device.

Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фиг.1 представлена структурная схема устройства диагностирования подшипника качения.The essence of the utility model is illustrated in the drawing. Figure 1 presents the structural diagram of a device for diagnosing a rolling bearing.

Устройство диагностирования подшипника качения содержит токосъемники 1 и 2, выполненные с возможностью электрического контакта с кольцами установленного на валу 3 диагностируемого подшипника 4, источник электрической энергии 5, выполненный в виде источника стабильного электрического тока, дифференциальный усилитель 6, нормирующий усилитель 7 и блок измерения диагностического параметра 8, состоящий последовательно включенные устройство выборки-хранения 9, аналого-цифровой преобразователь 10, дешифратор 11 и цифровое отсчетное устройство 12.The rolling bearing diagnostic device comprises current collectors 1 and 2 made with the possibility of electrical contact with the rings of the diagnosed bearing 4 mounted on the shaft 3, an electric energy source 5 made in the form of a stable electric current source, a differential amplifier 6, a normalizing amplifier 7 and a diagnostic parameter measuring unit 8, consisting of sequentially connected sample-storage device 9, analog-to-digital converter 10, decoder 11 and digital readout device 12.

Один из выходов источника электрической энергии 5 соединен с первым токосъемником 1, выполненным с возможностью электрического контакта с внутренним кольцом диагностируемого подшипника 4, а второй выход источника электрической энергии 5 соединен со вторым токосъемником 2, выполненным с возможностью электрического контакта с наружным кольцом диагностируемого подшипника 4. Дифференциальный усилитель 6 неинвертирующим входом соединен с первым токосъемником 1, инвертивирующим входом - со вторым токосъемником 2, а выходом - со входом нормирующего усилителя 7, к выходу которого подключен вход блока измерения диагностического параметра 8.One of the outputs of the electric energy source 5 is connected to the first current collector 1, made with the possibility of electric contact with the inner ring of the diagnosed bearing 4, and the second output of the electric energy source 5 is connected with the second current collector 2, made with the possibility of electric contact with the outer ring of the diagnosed bearing 4. The differential amplifier 6 is connected by a non-inverting input to the first current collector 1, the inverting input to the second current collector 2, and the output to the normal input present amplifier 7, whose output is connected to input diagnostic parameter measuring unit 8.

Устройство работает следующим образом. При вращении внутреннего кольца диагностируемого подшипника 4 в результате воздействия комплекса его внутренних параметров и режимов эксплуатации электрическое сопротивление между внутренним и наружным кольцами непрерывно изменяется. Поэтому электрическое напряжение на подшипнике 4, равное произведению сопротивления подшипника и тока источника электрической энергии 5, также непрерывно изменяется. Источник электрической энергии 5 выполнен в виде источника стабильного электрического тока, поэтому при флуктуациях электрического сопротивления подшипника The device operates as follows. When the inner ring of the diagnosed bearing 4 rotates as a result of the complex of its internal parameters and operating conditions, the electrical resistance between the inner and outer rings is constantly changing. Therefore, the electrical voltage on the bearing 4, equal to the product of the resistance of the bearing and the current of the electric energy source 5, also continuously changes. The source of electrical energy 5 is made in the form of a source of stable electric current, therefore, with fluctuations in the electrical resistance of the bearing

4 значение тока через него поддерживается неизменным, а значение электрического напряжение на диагностируемом подшипнике 4 прямо пропорционально его электрическому сопротивлению.4, the value of the current through it is maintained unchanged, and the value of the electric voltage on the diagnosed bearing 4 is directly proportional to its electrical resistance.

Электрическое напряжение на диагностируемом подшипнике 4 усиливается дифференциальным усилителем 6 и поступает на вход нормирующего усилителя 7, который масштабирует это напряжение, приводя в соответствие диапазон его изменения с диапазоном изменения входного сигнала блока измерения диагностического параметра 8, определяемого диапазоном изменения входного сигнала аналого-цифрового преобразователя 10. Выходное напряжение нормирующего усилителя 7, пропорциональное электрическому сопротивлению подшипника 4, поступает на вход устройства выборки-хранения 9, которое сохраняет в течение заданного времени значение входного сигнала. Выходное напряжение устройства выборки-хранения 9 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 10, в котором происходит его преобразование в двоичный цифровой код, пропорциональный сопротивлению подшипника 4. Дешифратор 11 преобразует двоичный цифровой код, в десятичный код, который отображается на индикаторах цифрового отсчетного устройства 12. Десятичный цифровой код, отображаемый на индикаторах цифрового отсчетного устройства 12, соответствует электрическому сопротивлению подшипника 4.The electrical voltage on the diagnosed bearing 4 is amplified by a differential amplifier 6 and is fed to the input of a normalizing amplifier 7, which scales this voltage, bringing its range of change in line with the range of variation of the input signal of the diagnostic parameter 8 measuring unit, determined by the range of the input signal of the analog-to-digital converter 10 . The output voltage of the normalizing amplifier 7, proportional to the electrical resistance of the bearing 4, is fed to the input of the device and sampling-storage 9 that stores for a predetermined time input signal. The output voltage of the sample-storage device 9 is fed to the input of an analog-to-digital converter 10, in which it is converted into a binary digital code proportional to the resistance of the bearing 4. The decoder 11 converts the binary digital code into a decimal code, which is displayed on the indicators of the digital reading device 12 The decimal digital code displayed on the indicators of the digital reading device 12 corresponds to the electrical resistance of the bearing 4.

Измеряемое значение сопротивления определяется за установленный устройством выборки-хранения 9 интервал времени и комплексно характеризует состояние подшипника на протяжении всего этого интервала при любых условиях смазки в подшипнике.The measured resistance value is determined for the time interval set by the sampling-storage device 9 and comprehensively characterizes the state of the bearing throughout this entire interval under any lubrication conditions in the bearing.

Таким образом, предложенное устройство диагностирования подшипника качения выгодно отличается от прототипа более высокой достоверностью и широкой областью применения, охватывающей диагностирование подшипника качения или подшипникового узла в условиях граничной, смешанной или жидкостной смазки.Thus, the proposed device for diagnosing a rolling bearing compares favorably with the prototype with a higher reliability and wide scope, covering the diagnosis of a rolling bearing or bearing assembly in conditions of boundary, mixed or fluid lubrication.

Claims

A rolling bearing diagnostic device comprising two current collectors, an electric energy source, a differential amplifier and a diagnostic parameter measurement unit, where one of the two terminals of the electric energy source is connected to a first current collector configured to make electrical contact with the inner ring of the bearing being diagnosed, and an inverting input of the differential amplifier connected to the second current collector, made with the possibility of electrical contact with the outer ring of the diagnosis of the bearing, characterized in that, in order to expand the scope and increase the reliability of diagnosis by measuring the resistance of the bearing, it is equipped with a normalizing amplifier, the input of which is connected to the output of the differential amplifier, and the output is connected to the input of the measuring unit of the diagnostic parameter, non-inverting input of the differential amplifier connected to the first current collector, the electric energy source is made in the form of a stable electric current source, the second output of which It is connected with a second current collector, and the diagnostic parameter measurement unit consists of series-connected sampling-storage devices, an analog-to-digital converter, a decoder, and a digital reading device.