Устройство диагностирования подшипников качения
Полезная модель предназначена для диагностирования подшипников качения смонтированных в узлах машин. Предлагаемая полезная модель решает задачу расширения технических возможностей устройства для диагностирования подшипников качения и повышения достоверности диагностирования. Повышение достоверности достигается за счет совместного измерения электрических и вибрационных диагностических параметров с использованием в качестве электрического диагностического признака электрической проводимости в подшипнике, числовой оценкой которого является параметр НИВ. Устройство диагностирования подшипников качения содержит токосъемник, соединенный через вал подшипникового узла с внутренним кольцом контролируемого подшипника, последовательно соединенные вибропреобразователь, усилитель и фильтр, источник стабилизированного электрического напряжения, один из двух выводов которого соединен через корпус подшипникового узла с наружным кольцом контролируемого подшипника, формирователь импульсов, первый вход которого последовательно соединен со вторым выводом источника стабилизированного электрического напряжения, а второй вход соединен с токосъемником, временной селектор, первый вход которого последовательно соединен с выходом формирователя импульсов, генератор импульсов опорной частоты, выход которого последовательно соединен с вторым входом временного селектора, последовательно соединенные счетчик, цифроаналоговый преобразователь и первый квадратичный детектор, узкополосный фильтр, вход которого параллельно соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, второй квадратичный детектор, вход которого последовательно соединен с выходом узкополосного фильтра, первый преобразователь отношений, первый вход которого последовательно соединен с выходом первого квадратичного детектора, а второй вход последовательно соединен с выходом второго квадратичного детектора, третий квадратичный детектор, вход которого параллельно соединен с выходом усилителя, четвертый квадратичный детектор, вход которого последовательно соединен с выходом фильтра, второй преобразователь отношений, первый вход которого последовательно соединен с выходом третьего квадратичного детектора, а второй вход последовательно соединен с выходом четвертого квадратичного
детектора, и устройство задания информационной частоты, один вывод которого соединен с управляющим входом фильтра, а другой вывод соединен с управляющим входом узкополосного фильтра, при этом измеряемой спектральной характеристикой параметра НИВ является параметр - отношение среднеквадратического значения гармонической составляющей напряжения, пропорционального параметру НИВ, на информационной частоте к среднеквадратическому значению всей переменной составляющей напряжения, пропорционального параметру НИВ, а измеряемой спектральной характеристикой вибрации является параметр - отношение среднеквадратического значения гармонической составляющей напряжения, пропорционального амплитуде вибрации, на информационной частоте к среднеквадратическому значению всей переменной составляющей напряжения, пропорционального амплитуде вибрации. Предложенное устройство диагностирования подшипников качения выгодно отличается от прототипа более широкими техническими возможностями, которые заключаются в определении вида и оценке значения макроотклонений дорожек качения колец контролируемого подшипника. Вторым выгодным отличием предложенного устройства диагностирования подшипников качения от прототипа является использование в качестве электрического диагностического признака электрическая проводимость в подшипнике, который является более помехозащищенным по сравнению с электрическими микроразрядами в смазочной пленке контролируемого подшипника, а также совместное измерение электрического и вибрационного диагностических параметров, что повышает достоверность диагностирования. 1 п., 1 ил.
Полезная модель устройства относится к измерительной технике и может быть использована для диагностирования состояния подшипника качения в узле.
Известно устройство диагностирования подшипников качения, содержащее преобразователь сопротивления подшипника в электрический сигнал, пропорциональный параметру - нормированное интегральное время (НИВ) электрического микроконтактирования в подшипнике [1]. Известное устройство позволяет проводить измерение спектральных характеристик параметра НИВ и по их значениям определять вид и оценивать значение макроотклонений дорожек качения колец контролируемого подшипника.
Наиболее близкой к полезной модели по технической сущности является устройство для диагностики подшипников электрических машин, которое подключается к установленному на валу контролируемому подшипнику с помощью токосъемника и вибропреобразователя; при этом диагностирование подшипника осуществляется по величине совпадающих во времени импульсов, пропорциональных электрическому сигналу, снимаемому с подшипника и его вибрации [2]. Данное устройство принято за прототип.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного, принятого. за прототип устройства, относится следующее. Известное устройство, за счет преобразования электрических микроразрядов, возникающих при разрушениях смазочной пленки в зонах трения контролируемого подшипника, и вибрации подшипника в импульсы электрического напряжения, позволяет определять техническое состояние подшипников, собранных в узлах электрических машин. При этом выделение информации о техническом состоянии рабочих поверхностей подшипника, например, дорожек качения колец, не представляется возможным. Таким образом, технические возможности принятого за прототип устройства ограничены.
Предлагаемая полезная модель решает задачу расширения технических возможностей устройства для диагностирования подшипников качения и повышения достоверности диагностирования. Повышение достоверности
достигается за счет совместного измерения электрических и вибрационных диагностических параметров с использованием в качестве электрического диагностического признака электрической проводимости в подшипнике, числовой оценкой которого является параметр НИВ.
Это достигается тем, что известное устройство для диагностики подшипников качения, содержащее токосъемник, соединенный через вал подшипникового узла с внутренним кольцом контролируемого подшипника, последовательно соединенные вибропреобразователь, усилитель и фильтр, согласно полезной модели, оно снабжено источником стабилизированного электрического напряжения, один из двух выводов которого соединен через корпус подшипникового узла с наружным кольцом контролируемого подшипника, формирователем импульсов, первый вход которого последовательно соединен со вторым выводом источника стабилизированного электрического напряжения, а второй вход соединен с токосъемником, временным селектором, первый вход которого последовательно соединен с выходом формирователя импульсов, генератором импульсов опорной частоты, выход которого последовательно соединен с вторым входом временного селектора, последовательно соединенными счетчиком, цифроаналоговым преобразователем и первым квадратичным детектором, узкополосным фильтром, вход которого параллельно соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, вторым квадратичным детектором, вход которого последовательно соединен с выходом узкополосного фильтра, первым преобразователем отношений, первый вход которого последовательно соединен с выходом первого квадратичного детектора, а второй вход последовательно соединен с выходом второго квадратичного детектора, третьим квадратичным детектором, вход которого параллельно соединен с выходом усилителя, четвертым квадратичным детектором, вход которого последовательно соединен с выходом фильтра, вторым преобразователем отношений, первый вход которого последовательно соединен с выходом третьего квадратичного детектора, а второй вход последовательно соединен с выходом четвертого квадратичного детектора, и устройством задания информационной частоты, один вывод которого соединен с управляющим входом фильтра, а другой вывод соединен с управляющим входом узкополосного фильтра, при этом измеряемой спектральной характеристикой параметра НИВ является параметр - отношение среднеквадратического значения гармонической составляющей напряжения, пропорционального параметру НИВ, на
информационной частоте к среднеквадратическому значению всей переменной составляющей напряжения, пропорционального параметру НИВ, а измеряемой спектральной характеристикой вибрации является параметр - отношение среднеквадратического значения гармонической составляющей напряжения, пропорционального амплитуде вибрации, на информационной частоте к среднеквадратическому значению всей переменной составляющей напряжения, пропорционального амплитуде вибрации.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема устройства диагностирования подшипников качения.
Устройство диагностирования подшипников качения содержит токосъемник 1, подключенный через вал 2 подшипникового узла к внутреннему кольцу контролируемого подшипника 3, вибропреобразователь 4, усилитель 5, фильтр 6, источник стабилизированного электрического напряжения 7, формирователь импульсов 8, временной селектор 9, генератор импульсов опорной частоты 10, счетчик 11, цифроаналоговый преобразователь 12, первый квадратичный детектор 13, узкополосный фильтр 14, второй квадратичный детектор 15, первый преобразователь отношений 16, третий квадратичный детектор 17, четвертый квадратичный детектор 18, второй преобразователь отношений 19 и устройство задания информационной частоты 20.
Токосъемник 1 соединяет через вал 2 подшипникового узла внутреннее кольцо контролируемого подшипника 3 со вторым входом формирователя импульсов 8, первый вход которого соединен с одним из двух выводов источника стабилизированного напряжения 7, второй вывод которого соединен через корпус подшипникового узла с наружным кольцом контролируемого подшипника 3. Выход формирователя импульсов 8 последовательно соединен с первым входом временного селектора 9, второй вход которого последовательно соединен с выходом генератора импульсов опорной частоты 10. Выход временного селектора 9 последовательно соединен с входом счетчика 11, выход счетчика 11 последовательно соединен с входом цифроаналогового преобразователя 12, выход цифроаналогового преобразователя 12 последовательно соединен с входом первого квадратичного детектора 13. С выходом цифроаналогового преобразователя 12 параллельно соединен узкополосный фильтр 14, выход которого последовательно соединен с входом второго квадратичного детектора 15, выход которого последовательно соединен с вторым входом первого
преобразователя отношений 16, первый вход которого последовательно соединен с выходом первого квадратичного детектора 13.
Вибропреобразователь 4 последовательно соединен с усилителем 5, фильтром 6 и четвертым квадратичным детектором 18, соединенными последовательно. Выход усилителя 5 параллельно соединен с входом третьего квадратичного детектора 17, выход которого последовательно соединен с первым входом второго преобразователя отношений 19, второй вход которого последовательно соединен с выходом четвертого квадратичного детектора 18. Управляющие входы фильтра 6 и узкополосного фильтра 14 соединены с выходами устройства задания информационной частоты 20, которое позволяет управлять полосой пропускания фильтра 6 и узкополосного фильтра 14 с целью измерения спектральных характеристик параметра НИВ и вибрации на одинаковой информационной частоте.
Устройство работает следующим образом. С валом 2 вращают внутреннее кольцо контролируемого подшипника 3. При вращении внутреннего кольца контролируемого подшипника 3 в результате воздействия комплекса внутренних параметров подшипника и режимов его эксплуатации электрическая проводимость между внутренним и наружным кольцами непрерывно изменяется. Поэтому сила тока в электрической цепи, образованной блоками 1, 2, 3, 7 и 8, непрерывно изменяется прямо пропорционально электрической проводимости контролируемого подшипника 3. Формирователь импульсов 8 преобразует флуктуации электрической проводимости контролируемого подшипника 3 в прямоугольные импульсы электрического напряжения постоянной амплитуды, у которых нулевой уровень соответствует наличию смазочной пленки в зонах трения подшипника, а единичный уровень - разрыву смазочной пленки в зонах трения. Далее прямоугольные импульсы напряжения поступают на первый вход временного селектора 9, в котором они заполняются высокочастотными импульсами опорной частоты, подаваемыми на второй вход временного селектора 9 от генератора импульсов опорной частоты 10. Счетчик 11 производит подсчет импульсов опорной частоты, прошедших через временной селектор 9 за время измерения параметра НИВ, а цифроаналоговый преобразователь 12 преобразует их в непрерывный сигнал, электрическое напряжение которого прямо пропорционально значению параметра HИB.
Выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 12 поступает на первый квадратичный детектор 13, формирующий на выходе сигнал,
пропорциональный среднеквадратическому значению всей переменной составляющей напряжения, пропорционального параметру НИВ. Одновременно выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 12 поступает на вход узкополосного фильтра 14, соединенного с ним параллельно. Узкополосный фильтр 14 выделяет из выходного напряжения цифроаналогового преобразователя 12 составляющую, частота которой соответствует информационной частоте, заданной оператором с помощью устройства задания информационной частоты 20. Выходное напряжение узкополосного фильтра 14 поступает на вход второго квадратичного детектора 15, который формирует на выходе сигнал, пропорциональный среднеквадратическому значению гармонической составляющей напряжения, пропорционального параметру НИВ, на информационной частоте. С выходов детекторов 13 и 15 сигналы поступают на входы первого преобразователя отношений 16, формирующего сигнал, пропорциональный электрическому диагностическому параметру - отношение среднеквадратического значения гармонической составляющей напряжения, пропорционального параметру НИВ, на информационной частоте к среднеквадратическому значению всей переменной составляющей напряжения, пропорционального параметру НИВ.
Одновременно с помощью вибропреобразователя 4 амплитуда вибрации подшипника 3 преобразуется в электрическое напряжение, которое усиливается усилителем 5. Выходное напряжение усилителя 5 поступает на третий квадратичный детектор 17, формирующий на выходе сигнал, пропорциональный среднеквадратическому значению всей переменной составляющей напряжения, пропорционального амплитуде вибрации контролируемого подшипника 3.
Одновременно выходное напряжение усилителя 5 поступает на вход фильтра 6, соединенного с ним параллельно. Фильтр 6 выделяет из выходного напряжения усилителя 5 составляющую, частота которой соответствует информационной частоте, заданной оператором с помощью устройства задания информационной частоты 20. Выходное напряжение фильтра 6 поступает на вход четвертого квадратичного детектора 18, который формирует на выходе сигнал, пропорциональный среднеквадратическому значению гармонической составляющей напряжения, пропорционального амплитуде вибрации, на информационной частоте.
С выходов детекторов 17 и 18 сигналы поступают на входы второго преобразователя отношений 19, формирующего сигнал, пропорциональный вибрационному диагностическому параметру - отношение
среднеквадратического значения гармонической составляющей напряжения, пропорционального амплитуде вибрации, на информационной частоте к среднеквадратическому значению всей переменной составляющей напряжения, пропорционального амплитуде вибрации.
Таким образом, предложенное устройство диагностирования подшипников качения выгодно отличается от прототипа более широкими техническими возможностями, которые заключаются в определении вида и оценке значения макроотклонений дорожек качения колец контролируемого подшипника. Вторым выгодным отличием предложенного устройства диагностирования подшипников качения от прототипа является использование в качестве электрического диагностического признака электрической проводимости в подшипнике, который является более помехозащищенным по сравнению с электрическими микроразрядами в смазочной пленке контролируемого подшипника, а также совместное измерение электрического и вибрационного диагностических параметров, что повышает достоверность диагностирования.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Подмастерьев К.В. Электропараметрические методы комплексного диагностирования опор качения [Текст]. - М.: Машиностроение-1, 2001. - С.277-279.
2. Авторское свидетельство СССР №1231419, МКИ G01M 13/04. Устройство для диагностики подшипников электрических машин [Текст] / Г.Ф.Карпов, опубл. 30.06.89, Бюл. №24. - прототип.
Устройство диагностирования подшипников качения, содержащее токосъемник, соединенный через вал подшипникового узла с внутренним кольцом контролируемого подшипника, последовательно соединенные вибропреобразователь, усилитель и фильтр, отличающееся тем, что оно снабжено источником стабилизированного электрического напряжения, один из двух выводов которого соединен через корпус подшипникового узла с наружным кольцом контролируемого подшипника, формирователем импульсов, первый вход которого последовательно соединен со вторым выводом источника стабилизированного электрического напряжения, а второй вход соединен с токосъемником, временным селектором, первый вход которого последовательно соединен с выходом формирователя импульсов, генератором импульсов опорной частоты, выход которого последовательно соединен со вторым входом временного селектора, последовательно соединенными с счетчиком, цифроаналоговым преобразователем и первым квадратичным детектором, узкополосным фильтром, вход которого параллельно соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, вторым квадратичным детектором, вход которого последовательно соединен с выходом узкополосного фильтра, первым преобразователем отношений, первый вход которого последовательно соединен с выходом первого квадратичного детектора, а второй вход последовательно соединен с выходом второго квадратичного детектора, третьим квадратичным детектором, вход которого параллельно соединен с выходом усилителя, четвертым квадратичным детектором, вход которого последовательно соединен с выходом фильтра, вторым преобразователем отношений, первый вход которого последовательно соединен с выходом третьего квадратичного детектора, а второй вход последовательно соединен с выходом четвертого квадратичного детектора, и устройством задания информационной частоты, один вывод которого соединен с управляющим входом фильтра, а другой вывод соединен с управляющим входом узкополосного фильтра, при этом измеряемой спектральной характеристикой параметра НИВ является параметр - отношение среднеквадратического значения гармонической составляющей напряжения, пропорционального параметру НИВ, на информационной частоте к среднеквадратическому значению всей переменной составляющей напряжения, пропорционального параметру НИВ, а измеряемой спектральной характеристикой вибрации является параметр - отношение среднеквадратического значения гармонической составляющей напряжения, пропорционального амплитуде вибрации, на информационной частоте к среднеквадратическому значению всей переменной составляющей напряжения, пропорционального амплитуде вибрации.
