Устройство для виброакустической диагностики передач зацеплением

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИБРОАКУСТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ПЕРЕДАЧ ЗАЦЕПЛЕНИЕМ(71) Заявитель Институт надежности машин Национальной академии наук Беларуси(73) Патентообладатель Институт надежности машин Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для диагностики динамически нагруженных приводов, имеющее два канала выделения измерительной информации, каждый из которых состоит из последовательно соединенных первичного преобразователя, регулируемого усилителя, регулируемого полосового фильтра и аналого-цифрового преобразователя программируемый вычислитель, индикатор, вход которого связан с первым выходом программируемого вычислителя, регистрирующее устройство, вход которого связан со вторым выходом программируемого вычислителя и блок команд, вход которого связан с третьим выходом программируемого вычислителя, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено регулируемым генератором частоты,третьим регулируемым усилителем и индентором с электроприводом, при этом первый вход программируемого 632 вычислителя связан с выходом аналого-цифрового преобразователя первого канала выделения измерительной информации, второй вход программируемого вычислителя связан с выходом аналого-цифрового преобразователя второго канала выделения измерительной информации, вход регулируемого генератора частоты связан с первым выходом блока команд, первый вход третьего регулируемого усилителя связан с выходом регулируемого генератора частоты, а его второй вход связан со вторым выходом блока команд, электропривод индентора связан с выходом третьего регулируемого усилителя, четвертый, пятый и шестой выходы программируемого вычислителя соответственно связаны со вторыми входами регулируемого усилителя, регулируемого полосового фильтра и аналого-цифрового преобразователя первого канала выделения измерительной информации, седьмой, восьмой и девятый выходы программируемого вычислителя соответственно связаны со вторыми входами регулируемого усилителя, регулируемого полосового фильтра и аналогоцифрового преобразователя второго канала выделения измерительной информации, а индентор установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения для взаимодействия с диагностируемым объектом и в качестве измерительного преобразователя первого канала выделения измерительной информации служит пьезоэлектрический преобразователь, а в качестве измерительного преобразователя второго канала выделения измерительной информации служит измерительный микрофон, установленный в звукоизолирующем конусообразном кожухе со стороны его меньшего основания, открытом со стороны большего основания и имеющем угол конусности 4080. Полезная модель относится к области измерительной техники, преимущественно к области диагностики передач зацеплением при стендовых испытаниях. Известно устройство для виброакустической диагностики механизмов циклического действия 1, содержащее последовательно соединенные вибропреобразователь, усилитель, блок распознавания сигналов,включающий блок коммутации, блок полосовых фильтров, блок пороговых элементов, блок индикации и синхрогенератор, а также регулируемый полосовой фильтр и блок формирования импульсов. Существенным недостатком этого устройства являются ограниченные возможности выявления питтинговых разрушений зубьев на ранней стадии их возникновения. Как показали исследования ИНДМАШ НАН Беларуси, в начальный период появления питтинговых лунок в месте их возникновения происходит разрушение масляных пленок, что приводит к различному изменению акустических и вибрационных параметров,генерируемых зубчатой передачей. Из известных аналогов наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является устройство для виброакустической диагностики 2, содержащее каналы выделения измерительной информации, состоящие из последовательно соединенных предварительного усилителя, регулируемого полосового фильтра, дополнительного усилителя с автоматической регулировкой усиления и блока распознавания сигналов, блок формирования импульса, коммутатор, индикатор, программируемый вычислитель, регистрирующее устройство и блок команд. Это многоканальное устройство ориентировано на диагностику механизмов циклического действия на основе анализа их акустических характеристик. Его существенным недостатком являются ограниченные возможности выявления питтинговых разрушений зубьев на ранней стадии их возникновения, так как конструкционное исполнение устройства не позволяет осуществить комплексный анализ акустических и вибрационных параметров функционирования диагностического объекта и на его основе идентифицировать их изменение с возникновением и развитием питтинговых лунок на отдельных зубьях диагностируемой передачи. Задачей полезной модели является выявление питтинговых разрушений зубьев на ранней стадии их возникновения и оценка интенсивности их развития на зубчатом колесе. Для решения поставленной задачи устройство для диагностики динамически нагруженных приводов,имеющее два канала выделения измерительной информации, каждый из которых состоит из последовательно соединенных первичного преобразователя, регулируемого усилителя, регулируемого полосового фильтра и аналого-цифрового преобразователя программируемый вычислитель, индикатор, вход которого связан с первым выходом программируемого вычислителя, регистрирующее устройство, вход которого связан со вторым выходом программируемого вычислителя и блок команд, вход которого связан с третьим выходом программируемого вычислителя, согласно техническому решению, дополнительно снабжено регулируемым генератором частоты, третьим регулируемым усилителем и индентором с электроприводом, при этом первый вход программируемого вычислителя связан с выходом аналого-цифрового преобразователя первого канала выделения измерительной информации, второй вход программируемого вычислителя связан с выходом аналого-цифрового преобразователя второго канала выделения измерительной информации, вход регу 2 632 лируемого генератора частоты связан с первым выходом блока команд, первый вход третьего регулируемого усилителя связан с выходом регулируемого генератора частоты, а его второй вход связан со вторым выходом блока команд, электропривод индентора связан с выходом третьего регулируемого усилителя, четвертый, пятый и шестой выходы программируемого вычислителя соответственно связаны со вторыми входами регулируемого усилителя, регулируемого полосового фильтра и аналого-цифрового преобразователя первого канала выделения измерительной информации, седьмой, восьмой и девятый выходы программируемого вычислителя соответственно связаны со вторыми входами регулируемого усилителя, регулируемого полосового фильтра и аналого-цифрового преобразователя второго канала выделения измерительной информации,а индентор установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения для взаимодействия с диагностируемым объектом и в качестве измерительного преобразователя первого канала выделения измерительной информации служит пьезоэлектрический преобразователь, а в качестве измерительного преобразователя второго канала выделения измерительной информации служит измерительный микрофон,установленный в звукоизолирующем конусообразном кожухе со стороны его меньшего основания, открытом со стороны большего основания и имеющем угол конусности 40 80 . Выявление питтинговых разрушений зубьев на ранней стадии их возникновения и оценка интенсивности их развития на зубчатом колесе достигается за счет следующего при взаимодействии зубьев диагностируемой передачи возникновение питтинговых лунок приводит к разрушению масляной пленки в этой зоне, в результате чего изменяются параметры шумов и вибраций, причем эти изменения количественно и качественно различны, что позволяет на основе анализа этих различий определить начальный момент и зафиксировать процесс развития контактного разрушения рабочих поверхностей зубьев наличие последовательно соединенных регулируемого генератора частоты, третьего регулируемого усилителя и индентора с электроприводом позволяет тарировать систему диагностирования, возбуждая в ней путем ударного взаимодействия индентора с диском зубчатого колеса механические и звуковые колебания,фиксируемые первым и вторым каналом выделения измерительной информации и обрабатываемые программируемым вычислителем с построением соответствующих тарировочных зависимостей и их фиксации для последующего использования при диагностировании в программируемом вычислителе. Все это позволяет осуществить эффективный комплексный анализ зафиксированных в реальном масштабе времени акустических и вибрационных параметров, генерируемых отдельными парами зубьев, и выявить наличие на их рабочих поверхностях питтинговых лунок, зафиксировать момент их появления и установить закономерности развития на диагностируемых зубчатых колесах. На фиг. 1 показано устройство для виброакустической диагностики передач зацеплением. На фиг. 2 - схема размещения измерительного микрофона в звукоизолирующем кожухе. На фиг. 3 - схема взаимодействия индентора с диском одного из зубчатых колес диагностируемой передачи. Устройство состоит (фиг. 1) из каналов 1, 2 выделения измерительной информации, программируемого вычислителя 3, индикатора 4, блока команд 5, регистрирующего устройства 6, регулируемого генератора частоты 7, третьего регулируемого усилителя 8 и индентора 9 с электроприводом (не показан). Вход индикатора 4 связан с первым выходом программируемого вычислителя 3, вход регистрирующего устройства 6 связан со вторым выходом программируемого вычислителя 3 и вход блока команд 5 связан с третьим выходом программируемого вычислителя 3. Вход регулируемого генератора частоты 7 связан с первым выходом блока команд 5, первый вход третьего регулируемого усилителя 8 связан с выходом регулируемого генератора частоты 7, а его второй вход связан со вторым выходом блока команд 5, электропривод индентора 9 связан с выходом третьего регулируемого усилителя 8. Канал 1 выделения измерительной информации включает пьезоэлектрический преобразователь 10, регулируемый усилитель 11, регулируемый полосовой фильтр 12 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 13, выход которого связан с первым входом программируемого вычислителя 3. Первый вход регулируемого усилителя 11 связан с выходом пьезоэлектрического преобразователя 10, его второй вход связан с четвертым выходом программируемого вычислителя 3. Первый вход регулируемого полосового фильтра 12 связан с выходом регулируемого усилителя 11, а его второй вход связан с пятым выходом программируемого вычислителя 3. Первый вход АЦП 13 связан с выходом регулируемого полосового фильтра 12, а его второй вход связан с шестым выходом программируемого вычислителя 3. Канал 2 выделения измерительной информации включает измерительный микрофон 14, регулируемый усилитель 15, регулируемый полосовой фильтр 16 и АЦП 17, выход которого связан со вторым входом программируемого вычислителя 3. Первый вход регулируемого усилителя 15 связан выходом измерительного микрофона 14, его второй вход связан с седьмым выходом программируемого вычислителя 3. Первый вход регулируемого полосового фильтра 16 связан с выходом регулируемого усилителя 15, а его второй вход связан с восьмым выходом программируемого вычислителя 3. Первый вход АЦП 17 связан с выходом регули 3 632 руемого полосового фильтра 16, а его второй вход связан с девятым выходом программируемого вычислителя 3. Для наиболее эффективного управления каналами 1, 2 программируемый вычислитель 3 снабжен встроенным контроллером (не показан). Измерительный микрофон 14 установлен со стороны меньшего основания звукоизолирующего конусообразного кожуха 18 (фиг. 2), открытого со стороны большего основания и имеющего угол конусности 40 80 . Угол конусности звукоизолирующего конусообразного кожуха 18 определен экспериментальным путем при углах конусности менее 40 и более 80 резко возрастают искажения спектра анализируемого сигнала,что приводит к существенному снижению точности диагностирования. Диагностируемая передача состоит из зацепляющихся зубчатых колес 19, 20, установленных на валы 21,22 в корпусе 23 в подшипниковых узлах (не показаны). Вращение диагностируемых зубчатых колес 19, 20 осуществляется посредством электропривода 24 с регулируемой частотой вращения, нагружение - порошковым тормозом 25. Индентор 9 установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения (фиг. 3) и взаимодействия с диагностируемым объектом (зубчатым колесом 20). Устройство работает следующим образом. Перед диагностированием от блока команд 5 через регулируемый генератор частоты 7 и третий регулируемый усилитель 8, управляемый блоком команд 5, индентором 9, совершающим посредством электропривода поступательно-возвратные движения, возбуждаются в диске одного из зубчатых колес 19, 20 механические и звуковые колебания, фиксируемые 1 и 2 каналами выделения измерительной информации и обрабатываемые программируемым вычислителем 3 с созданием соответствующих тарировочных зависимостей для последующего использования при диагностировании. В процессе диагностирования зубчатые колеса 19, 20 приводятся во вращение электроприводом 24 и нагружаются порошковым тормозом 25. Звукоизолирующий кожух 18 с измерительным микрофоном 14 большим открытым основанием прикладывается к корпусу 23. Осуществляется съем диагностической информации. При этом посредством пьезоэлектрического преобразователя 10 канала 1 выделения измерительной информации фиксируются колебания подшипниковых опор, генерируемые диагностируемыми зубчатыми колесами 19, 20. Аналоговый электрический сигнал с пьезоэлектрического преобразователя 10 усиливается регулируемым усилителем 11, управляемым программируемым вычислителем 3, фильтруется регулируемым полосовым фильтром 12 и преобразуется в цифровой вид АЦП 13. Управление параметрами фильтрации регулируемого полосового фильтра 12 и частотой дискретизации аналогового сигнала АЦП 13 осуществляется программируемым вычислителем 3, куда в цифровом виде с АЦП 13 поступает обработанный сигнал и фиксируется с привязкой к реальному масштабу времени. В канале 2 выделения измерительной информации с измерительного микрофона 14 через регулируемый усилитель 15 и регулируемый полосовой фильтр 16 усиленный и отфильтрованный аналоговый сигнал поступает в АЦП 17, где преобразуется в цифровой вид и передается в программируемый вычислитель 3, где фиксируется с привязкой к реальному масштабу времени. Управление регулируемым усилителем 15, регулируемым полосовым фильтром 16 и АЦП 17, осуществляется программируемым вычислителем 3. Полученные данные комплексно анализируются с использованием предварительно полученных тарировочных зависимостей программируемым вычислителем 3, фиксируются регистрирующим устройством 6 и представляются в удобном для потребителя виде на индикаторе 4. Использование предлагаемого устройства позволяет осуществить эффективный комплексный анализ зафиксированных в реальном масштабе времени акустических и вибрационных параметров, генерируемых отдельными парами зубьев, и выявить наличие на их рабочих поверхностях питтинговых лунок, зафиксировать момент их появления и установить закономерности их развития на диагностируемых зубчатых колесах. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.