Устройство для диагностики передач зацеплением

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПЕРЕДАЧ ЗАЦЕПЛЕНИЕМ(71) Заявитель Институт надежности машин Национальной академии наук Беларуси(73) Патентообладатель Институт надежности машин Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Устройство для диагностики передач зацеплением, включающее канал выделения измерительной информации, состоящий из первичного преобразователя вибрационного сигнала, первого регулируемого усилителя и первого аналого-цифрового преобразователя, первый вход которого связан с выходом первого регулируемого усилителя, программируемый вычислитель, первые вход и выход которого связаны с каналом выделения измерительной информации, блок команд, индикатор и регистрирующее устройство, входы которых связаны с соответствующими первым, вторым и третьим выходами программируемого вычислителя,отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено регулируемым источником стабилизированного 630 постоянного тока, вход которого связан с выходом блока команд, а в канал выделения измерительной информации введены регулируемый фильтр низкой частоты, первый вход которого связан с выходом первичного преобразователя, выход - с первым входом регулируемого усилителя, вольтметр, вход которого связан с выходом источника постоянного тока, контроллер, второй регулируемый усилитель, первый вход которого соединен с выходом вольтметра, и второй аналого-цифровой преобразователь, первый вход которого связан с выходом второго регулируемого усилителя, при этом первые вход и выход контроллера связаны с соответствующими выходом и вторым входом первого аналого-цифрового преобразователя, вторые вход и выход контроллера связаны с соответствующими выходом и вторым входом второго аналого-цифрового преобразователя, первый и второй выходы контроллера связаны с соответствующими вторыми входами аналогоцифровых преобразователей, третий и четвертый выходы контроллера связаны с соответствующими вторыми входами первого и второго регулируемых усилителей, пятый выход контроллера связан со вторым входом регулируемого фильтра низкой частоты, а третий вход и шестой выход контроллера связаны с входом и четвертым выходом программируемого вычислителя. Полезная модель относится к области измерительной техники, преимущественно к области диагностики закрытых зубчатых передач зацеплением при их стендовых испытаниях. Известно устройство для вибродиагностики механизмов циклического действия 1, содержащее последовательно соединенные измерительный преобразователь, усилитель, анализатор спектра, полосовой селектор, блок обработки данных и индикатор. Существенным недостатком устройства являются ограниченные возможности идентификации частотного спектра колебаний, зафиксированных измерительным преобразователем на корпусе испытуемой передачи, с частотным спектром колебаний, генерируемых непосредственно в зубчатом зацеплении. Это обусловлено влиянием механической системы, содержащей валы и генерирующие собственные колебания подшипниковые узлы, на спектр и амплитудные значения вибрационного сигнала при его прохождении от зубчатого зацепления к установленному на корпусе первичному преобразователю вибраций в электрический сигнал. Искажения исходного сигнала значительно усложняют диагностирование дефектов на ранней стадии их возникновения и, в ряде случаев, приводят к ошибкам в оценке технического состояния диагностируемого объекта. Из известных аналогов наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является устройство для диагностики механизмов 2, содержащее канал выделения измерительной информации,состоящий из последовательно соединенных предварительного усилителя, регулируемого полосового фильтра, дополнительного регулируемого усилителя блок распознавания сигналов, индикатор, программируемый вычислитель, регистрирующее устройство и блок команд. Существенным недостатком устройства являются ограниченные возможности идентификации частотных спектров и амплитудных значений колебаний, генерируемых непосредственно в зубчатом зацеплении, с параметрами вибрационного сигнала, зафиксированного первичным преобразователем вибраций, установленным на корпусе диагностируемой передачи. Это не позволяет выявить дефекты на ранней стадии их возникновения, что приводит к ошибкам в оценке технического состояния диагностируемого объекта. Задачей полезной модели является выявление дефектов рабочих поверхностей зубьев на ранней стадии их появления. Для решения поставленной задачи устройство для диагностики передач зацеплением, включающее канал выделения измерительной информации, состоящий из первичного преобразователя вибрационного сигнала,первого регулируемого усилителя ипервого аналого-цифрового преобразователя, первый вход которого связан с выходом первого регулируемого усилителя, программируемый вычислитель, первые вход и выход которого связаны с каналом выделения измерительной информации, блок команд, индикатор и регистрирующее устройство, входы которых связаны с соответствующими первым, вторым и третьим выходами программируемого вычислителя, согласно техническому решению, дополнительно снабжено регулируемым источником стабилизированного постоянного тока, вход которого связан с выходом блока команд, а в канал выделения измерительной информации введены регулируемый фильтр низкой частоты, первый вход которого связан с выходом первичного преобразователя, выход - с первым входом регулируемого усилителя,вольтметр, вход которого связан с выходом источника постоянного тока, контроллер, второй регулируемый усилитель, первый вход которого соединен с выходом вольтметра, и второй аналого-цифровой преобразователь, первый вход которого связан с выходом второго регулируемого усилителя, при этом первые вход и выход контроллера связаны с соответствующими выходом и вторым входом первого аналого-цифрового пре 2 630 образователя, вторые вход и выход контроллера связаны с соответствующими выходом и вторым входом второго аналого-цифрового преобразователя, первый и второй выходы контроллера связаны с соответствующими вторыми входами аналого-цифровых преобразователей, третий и четвертый выходы контроллера связаны с соответствующими вторыми входами первого и второго регулируемых усилителей, пятый выход контролера связан со вторым входом регулируемого фильтра низкой частоты, третий вход и шестой выход контроллера связаны с входом и четвертым выходом программируемого вычислителя. Выявление дефектов рабочих поверхностей зубьев на ранней стадии их появления достигается за счет конструкционных особенностей устройства, обеспечивающих комплексный анализ колебаний толщин смазочных слоев между зацепляющимися зубьями, отражающих процессы их непосредственного взаимодействия, и вибрационных параметров, зафиксированных на корпусе диагностируемой передачи. При этом могут быть идентифицированы частотные спектры этих колебаний, включая наименее выраженные из них, и дефекты зубьев на ранней стадии их возникновения. К конструкционным особенностям предлагаемого устройства можно отнести наличие регулируемого источника стабилизированного постоянного тока, подсоединяемого к электрически изолированным валам диагностируемой передачи, позволяющего создать в смазочном слое, расположенном между взаимодействующими зубьями, тлеющий разряд (образуется электрическая цепь источник стабилизированного постоянного тока - валы диагностируемой передачи - зубчатые колеса - масляный слой между зацепляющимися зубьями), падение напряжения тлеющего разряда в котором отражает колебания толщины смазочного слоя, основными причинами возникновения которых являются колебания зубчатых колес, а также изменения в параметрах фрикционного контакта при взаимодействии рабочих поверхностей зубьев, связанные с зарождением на них и развитием дефектов наличие в канале выделения измерительной информации вольтметра, образующего с дополнительными регулируемым усилителем и аналого-цифровым преобразователем измерительный тракт контроля толщин смазочных слоев, позволяет посредством контроллера зафиксировать на программируемом вычислителе в цифровом виде информацию о его колебаниях, что в сочетании с данными о вибрациях на корпусе диагностируемой передачи позволяет осуществить комплексный анализ диагностируемых процессов и существенно повысить эффективность процесса диагностирования. Введение в канал выделения диагностической информации контроллера позволяет синхронизировать и оптимизировать процессы съема диагностической информации, обеспечив значительное повышение информативности и достоверности полученных данных. Наличие регулируемого фильтра низкой частоты в тракте контроля вибрационных параметров обеспечивает отделение от полезного сигнала низкочастотных, не несущих полезной информации составляющих, что также способствует повышению информативности и точности диагностирования на ранних стадиях возникновения дефектов. На фиг. 1 показано устройство для диагностики передач зацеплением. Устройство состоит из канала выделения измерительной информации 1, программируемого вычислителя 2, регистрирующего устройства 3,индикатора 4, блока команд 5 и регулируемого источника 6 стабилизированного постоянного тока. Канал 1 выделения измерительной информации включает первичный преобразователь вибрационного сигнала 7, вольтметр 8 с электрическим аналоговым выходом, регулируемые усилители 9, 10, регулируемый фильтр 11 низкой частоты, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 12, 13 и контроллер 14. Преобразователь вибрационного сигнала 7, регулируемый усилитель 9, первый вход которого связан с выходом преобразователя вибрационного сигнала 7, регулируемый фильтр 11 низкой частоты, первый вход которого связан с выходом регулируемого усилителя 9, и АЦП 12, первый вход которого связан с выходом регулируемого фильтра 11, образуют измерительный тракт контроля вибрационных параметров. Вольтметр 8, регулируемый усилитель 10, первый вход которого связан с выходом вольтметра 8, и АЦП 13, первый вход которого связан с выходом регулируемого усилителя 10, образуют измерительный тракт контроля толщин смазочных слоев. У регулируемого источника 6 стабилизированного постоянного тока вход связан с выходом блока 5 команд. Управление регулируемыми усилителями 9, 10, регулируемым фильтром 11 низкой частоты и АЦП 12,13 осуществляется контроллером 14. Первый и второй входы и первый и второй выходы контроллера 14 связаны с соответствующими выходами и вторыми входами АЦП 12, 13, третий и четвертый выходы контроллера 14 связаны с соответствующими вторыми входами регулируемых усилителей 9,10, пятый выход контроллера 14 связан со вторым входом регулируемого фильтра 11 низкой частоты, третий вход и шестой выход контроллера 14 связан с входом и четвертым выходом программируемого вычислителя 2. Диагностируемая передача состоит из зацепляющихся зубчатых колес 15, 16, установленных на соответствующие валы 17, 18 в корпусе 19, электродвигателя 20 и нагружателя 21. Устройство работает следующим образом. Перед диагностированием регулируемый источник 6 стабилизированного постоянного тока подсоединяется через токосъемники (не показаны) к электрически изолированным валам 17, 18 диагностируемой передачи, которая состоит из зацепляющихся зубчатых колес 15, 16. Параллельно к регулируемому источнику 6 3 630 подключается вольтметр 8. Первичный преобразователь 7 с аналоговым электрическим выходом устанавливается на корпус 19 диагностируемой передачи в зоне одного из ее подшипниковых узлов (не показан). Диагностируемая передача прирабатывается. После этого двигателем 20 устанавливаются требуемые частоты вращения и нагружателем 21 в зацеплении зубчатых колес 17, 18 создается тормозной момент. Производится съем диагностических данных, в процессе которого в канале 1 выделения измерительной информации вольтметром 8 измеряются текущие значения падений напряжений тлеющего разряда. При этом аналоговый электрический сигнал от вольтметра 8 поступает на регулируемый усилитель 10, уровень усиления которого регулируется ступенчато контроллером 14, управляемым программируемым вычислителем 2. Затем сигнал поступает в АЦП 13, где преобразуется в цифровой вид, и оттуда передается в контроллер 14 и на программируемый вычислитель 2, где запоминается и обрабатывается. Одновременно с этим от первичного преобразователя 7 аналоговый электрический сигнал, отражающий колебания корпуса 19, передается в регулируемый усилитель 9, управляемый программируемым вычислителем 2 через контроллер 14. Усиленный сигнал фильтруется регулируемым фильтром 11 низкой частоты, передается в АЦП 12, где преобразуется в цифровой вид. Преобразованный сигнал через контроллер 14 поступает в программируемый вычислитель 2, где запоминается и обрабатывается. Управление регулируемым усилителем 9, регулируемым фильтром 11 низкой частоты и АЦП 12, 13 осуществляется программируемым вычислителем 2 через контроллер 14. По мере проведения испытаний осуществляется периодический съем и обработка диагностической информации по приведенной выше схеме. При этом каждый последующий блок обработанных данных сравнивается с предшествующими и на основе анализа результатов сравнения определяется техническое состояние диагностируемой передачи. Использование предлагаемого технического решения позволяет осуществить комплексный анализ диагностических данных, включающих спектры колебания и зафиксированные в режиме осциллографа в реальном масштабе времени параметры вибраций и толщин смазочных слоев, отражающих процессы взаимодействия зубчатых колес непосредственно в зацеплении. Это обеспечивает значительное расширение технических возможностей выявления дефектов рабочих поверхностей зубьев на ранней стадии их появления, существенно повысив эффективность диагностирования передач зацеплением при их стендовых испытаниях. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.