SU1767377A1 - Устройство дл диагностики состо ни подшипника качени - Google Patents

Abstract

Использование: контроль состо ни  подшипников качени  машин и механизмов непрерывного действи . Сущность изобретени : датчик 1 вибрации,предварительный усилитель 2, фильтр 3, основной усилитель 4, регулирующий элемент 7, интегратор 6, детектор 5, индикатор 14, дифференциатор 8, квадратор 9, переключатель 10, компаратор 11с плавающим порогом, формирователь 12 импульсов и интегратор 13. 1-2-3-4-5-8-9-10-13-14, 5-6-7-4, 9-11- 12-10,4-7. 1 ил.

Description

Предлагаемое устройство относитс  к области машиностроени  и может быть использовано , вчастности дл  контрол  состо ни  подшипников качени  машин и механизмов непрерывного действи .

Известно устройство дл  диагностики состо ни  подшипников качени , содержащее датчик-акселерометр, последовательно соединенные полосовой фильтр, усилитель, первый амплитудный детектор, делитель, блок измерени  и второй амплитудный детектор , подключенный к выходу делител . Ко второму амплитудному детектору подключены соединенные последовательно первый сумматор, третий амплитудный детектор , второй сумматор, выход которого подключен ко входу Знаменетель делител , а также источник опорного напр жени , выходом подключенный ко вторым входам обоих сумматоров.

Устройство позвол ет диагностировать текущее состо ние подшипника качени  путем измерени  отношени  пикового уровн  ударных импульсов вибросигнала подшипника к минимальному уровню вибросигнала в паузе между ударными импульсами.

Данный параметр весьма чувствителен к повреждени м рабочих поверхностей подшипника , но в следствие нестандартности шумообразовани  в подшипниковом узле вибросигнал носит случайный характер. Причем теоретически в сигнале исправного подшипника, распределенном по закону Гаусса , могут встречатьс  выбросы бесконечной амплитуды. Практически величина соотношени  пикового уровн  ударного импульса к уровню сигнала в паузе (исправного подшипника) носит случайный характер и имеет среднее значение 3, дисперсию 5-6. При по влении повреждени  в подшипнике Средн   величина данного показател  возрастает до 100, но одновременно значительно возрастает дисперси , Следовательно, невозможно исключить существенные коле-ч о

4 СО

ч|

4

бани  показаний индикатора устройства, что требует дальнейшей статистической обработки результатов контрол  и существенно усложн ет процесс диагностики. Кроме того,в услови х производственного контрол  в процессе эксплуатации при повторных измерени х вследствие значительной нестабильности акустического контакта наблюдаютс  колебани  уровн  сигнала с датчика на 20-40 дБ, что приводит к выходу сигнала за границы динамического диапазона усилител , пиковых детекторов и делител  и, как следствие, возникают существенные погрешности в измерении указанного параметра, что существенно снижает точность контрол .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству  вл етс  устройство дл  контрол  состо ни  подшипников качени  в процессе эксплуатации . Устройство содержит датчик вибрации, соединенный с предварительным усилителем , который через фильтр соединен со входом основного усилител , выход которого через регулирующий элемент св зан со вторым входом основного усилител  и через последовательно соединенные усилитель- ограничитель, среднеквадратичный детектор и интегратор соединен со вторым входом регулирующего элемента, включенного в цепь отрицательной обратной св зи основного усилител , а также с индикатором через последовательно соединенные пиковый детектор и блок выборки-хранени , ко вторым входам которых подключены выходы тактового генератора.

В основу работы устройства положено измерение пикового уровн  высокочастотной составл ющей вибросигнала подшипника при нормированном уровне средне-выпр мленного значени  сигнала без учета ударных импульсов. Это соответствует измерению соотношени  пикотвого уровн  сигнала к средневыпр мленному значению шумовой составл ющей в период между ударными импульсами.

Данное устройство позвол ет путем измерени  указанного соотношени  однозначно определ ть наличие и величину дефектов рабочих поверхностей подшипника . Так,с по влением дефекта в подшипнике и по мере его развити  наблюдаетс  рост амплитуды ударных импульсов в общей картине вибросигнала, а нормирование сигнала по средне-выпр мленому значению шумовой составл ющей сигнала позвол ет исключить вли ние качества акустического контакта корпус механизма - датчик на измерение выбранного параметра диагностики .

Однако в случае контрол  подшипников качени  высокоскоростных машин при повреждении подшипника возникают ударные импульсы с малым периодом

повторени . При небольшой скважности ударных импульсов (равной 2-10) выделение средне-выпр мленного значени  шумовой составл ющей в общей картине вибросигнала, путем его ограничени  на

0 уровне, в 2-3 раза превышающем уровень шума, дальнейшее выпр мление и интегрирование становитс  невозможным. Следовательно , при уменьшении скважности ударных импульсов нормирование сигнала

5 будет происходить не по уровню шумовой составл ющей сигнала, а по общему средне- выпр мленному уровню сигнала. В этом случае показани  индикатора устройства будут в значительной мере зависеть от час0 тоты ударных импульсов. Аналогична  кар- тина наблюдаетс  при контроле подшипников низкоскоростных машин при наличии поверхностного усталостного шелушени  рабочих поверхностей подшипни5 ка качени , когда повреждение охватывает значительную площадь.

Следовательно, данное устройство не позвол ет с высокой достоверностью контролировать состо ние подшипников каче0 ни  машин и механизмов с высокими (более 1000 об/мин) скорост ми вращени , кроме того возможны значительные погрешности при контроле низкоскоростных машин с усталостными видами разрушени  подшипни5 ка.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности диагностировани  подшипников качени  широкого спектра машин и механизмов. Благодар  введению в устрой0 ство новых блоков и новых св зей предлагаемое устройство обладает более высокими техническими показател ми, чем прототип.

1.Измерением могут быть охвачены ма- 5 шины с частотой вращени  подшипника от

50 до 5000 об/мин (прототип от 50 до 600 об/мин).

2.Линейные размеры контролируемого подшипника не имеют значени  (прототип

0 измер ет подшипники с внешним диаметром не менее 100 мм).

3.Результаты измерени  не требуют дальнейшей обработки (прототип: результаты измерений требуют математической об5 работки).

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известное устройство, содержащее датчик вибрации, предварительный усилитель, фильтр, основной усилитель, включенные последовательно регулирующий элемент,

включенный в цепь отрицательной обратной св зи основного усилител , детектор, подключенный к выходу основного усилител , интегратор, включенный между детектором и регулирующим элементом, и индикатор, дополнительно введены дифференциатор , квадратор, переключатель, компаратор с плавающим порогом, формирователь импульсов и второй интегратор . Вход дифференциатора соединен с выходом детектора, выход дифференциатора через квадратор соединен с первым входом переключател . Вход компаратора с плавающим порогом подключен к выходу квадратора, а выход компаратора через формирователь импульсов соединен со вторым входом пере лючател . Выход переключател  через второй интегратор соединен с индикатором.

За вл емое техническое решение отличаетс  от прототипа тем, что известное устройство дополнительно снабжено дифференциатором сигнала, квадратором, переключателем, вторым интегратором, компаратором с плавающим порогом, формирователем импульсов и новыми св з ми в устройстве.

Введенные в устройство перечисленные выше новые блоки и новые св зи в устройстве позвол ют измер ть два параметра: среднеквадратичное значение колебаний огибающего нормированного вибросигнала подшипника и частоту (интенсивность ) ударных импульсов. Первый параметр  вл етс  соотношением среднеквадратичного значени  модул ционной составл ющей к средневыпр млен- ному значению несущей частоты. Он определ етс  размером и площадью дефекта на рабочей поверхности подшипника. На данный параметр не оказывает вли ние изменение уровн  и частотные искажени  сигнала вследствие погрешности монтажа датчика, изменение вращени  подшипника, его геометрические размеры и количество смазки. Применение в качестве критери  диагностики двух независимых параметров вибрации позвол ет повысить надежность диагностировани .

На фиг.1 представлена структурна  схема предлагаемого устройства; на фиг.2 и 3 - принципиальна  схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 вибрации , предварительный усилитель 2, фильтр 3, основной усилитель 4, детектор 5, первый интегратор 6, регулирующий элемент 7, дифференциатор 8, квадратор 9, переключатель 10, компаратор 11с плавающим порогом , формирователь 12 импульсов, второй интегратор 13 и индикатор 14.

Датчик вибрации 1, предварительный усилитель 2, фильтр 3, основной усилитель 4 и детектор 5 соединены последовательно. Вход первого интегратора 6 соединен с выходом детектора 5, а выход интегратора 6 соединен с первым входом регулирующего элемента 7. Второй вход регулирующего элемента 7 соединен с выходом основного усилител  4, а выход регулирующего эле0 мента 7 соединен со вторым входом основного усилител  4. Дифференциатор 8 и квадратор 9 включены последовательно, причем вход дифференциатора соединен с выходом детектора 5, а выход квадратора 9

5 соединен с первым входом переключател  10. Вход компаратора с плавающим порогом 11 соединен с выходом квадратора 9, а выход компаратора через формирователь импульсов 12 соединен со вторым входом

0 переключател  10. Индикатор 14 через второй интегратор 13 подключен к выходу переключател  10.

Устройство работает следующим образом .

5 Вибраци  подшипника преобразуетс  вибродатчиком 1 в электрический сигнал, поступает на вход усилител  2, где происходит предварительное усиление сигнала, и поступает на вход фильтра 3. В фильтре

0 происходит выделение сигналов в информационной полосе частот. Затем частотно-селектированный сигнал подаетс  на вход основного усилител  4, где происходит усиление сигнала, с выхода усилител  4 сигнал

5 поступает на вход детектора 5. Выпр мленный сигнал с выхода детектора 5 поступает на вход первого интегратора 6. С выхода интегратора сигнал, пропорциональный средне-выпр мленному уровню сигнала на

0 выходе усилител  4, подаетс  на управл ющий вход регулирующего элемента 7, включенного в цепь отрицательной обратной св зи усилител  4. Таким образом замыкаетс  цепь автоматической регулировки уси5 лени  (АРУ) основного усилител  и на его выходе поддерживаетс  посто нный уровень средне-выпр мленного значени  вибросигнала . С выхода детектора 5 сигнал поступает на вход дифференциатора 8, где

0 происходит выделение огибающей сигнала. Затем сигнал поступает на вход квадратора. В первом режиме измерени  выход квадратора через переключатель 10 подключен к выходу второго интегратора 13. В этом ре5 жиме показани  индикатора 14 пропорциональны среднеквадратичному значению колебаний нормированного вибросигнала. Данный параметр характеризует размеры повреждени  рабочих поверхностей подшипника и их площадь.

К выходу квадратора подключен компаратор с плавающим порогом 11. Порог компаратора определ етс  средним уровнем сигнала на входе, компаратор формирует выходной импульсный сигнал превышени  в случае, если мгновенное значение входного сигнала превышает свое среднее значение в 3-4 раза. Формирователь импульсов 12 служит дл  формировани  по сигналу превышени  компаратора импульса фикси- рованной длительности. При втором положении переключател  сигнал с формировател  импульсов поступает на вход второго интегратора 13. В этом режиме показани  индикатора пропорциональны частоте ударных импульсов в общем вибросигнале , превышающих средний уровень в 3-4 раза. Данный параметр св зан с числом повреждений и их местоположением.

Предлагаемое устройство может быть реализовано с использованием следующих элементов.

Датчик вибрации 1 представл ет собой пьезоэлектрический преобразователь, например типа Д-14 или аналогичный.

Предварительный усилитель 2 выполнен по схеме неинвертирующего усилител  на микросхеме К154УД1А. Коэффициент усилений вибросигнала 10-30 дБ.

ФильтрЗ выполнен по схеме Т-образно- го PC фильтра высоких частот, расчет параметров элементов фильтра производитс  по методике Чебышева, частота среза выбираетс  исход  из частотного спектра построени  сигналов. Так,дл  подшипниковых узлов электродвигателей частота среза составл ет 8 кГц.

Основной усилитель 4 выполнен по схеме двухкаскадного усилител  переменного тока на операционных усилител х К154УД1А. В цепи отрицательной обратной св зи обоих каскадов включаетс  регулирующий элемент. В качестве регулирующего элемента используетс  сопротивление сток-исток полевых транзисторов КП103ЕР, управл емое напр жением на затворах. Регулирующий элемент позвол ет измер ть коэффициент усилени  усилител  4 в диапазоне 20-60 дБ.

Детектор 5 выполнен по схеме двухполу- периодного выпр мител  на операционном усилителе К 154УД1А и трех диодах КД522.

Дифференциатор 8 выполнен на операционном усилителе К154УД1А.

Квадратор 9 выполнен на микросхеме К525ПС2.

Компаратор с плавающим порогом 11 выполнен на микросхеме К154УД1А. На инвертирующий вход микросхемы сигнал с квадратора 9 подаетс  через интегрирующую цепь с посто нной времени т 0,1-0,5 с, а на неинвертирующий - через регулируемый делитель.

Формирователь импульсов 12 выполнен по схеме одновибратора на двух элементах ИЛИ-НЕ микросхемы 176ЛЕ5.

Переключатель 10 выполнен на переключателе П2К.

Второй интегратор выполнен на микросхеме К154УД1А.

В качестве индикатора используетс  вольтметр посто нного тока на напр жение 10В, например типа М24.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  диагностики состо ни  подшипника качени , содержащее датчик вибрации, выход которого через последовательно соединенные предварительный усилитель и фильтр соединен с входом основного усилител , выход которого через детектор и интегратор соединен с одним из входов регулирующего элемента, другой вход которого соединен с выходом основного усилител , цепь отрицательной св зи которого соединена с выходом регулирующего элемента, и индикатор, о т- личающеес  тем, что, с целью повышени  надежности диагностировани , оно снабжено дифференциатором, квадратором , переключателем, компаратором с плавающим порогом, формирователем импульсов и вторым интегратором, причем вход дифференциатора соединен с выходом детектора, а выход дифференциатора через квадратор соединен с первым входом переключател  и входом компаратора с плавающим порогом, а выход которого через формирователь импульсов соединен с вторым входом переключател , выход которого через второй интегратор соединен с входом индикатора.

   Г

   Фиг. 2 Ma

   n

   и

   ei