Устройство для диагностики динамически нагруженных приводов

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ДИНАМИЧЕСКИ НАГРУЖЕННЫХ ПРИВОДОВ(71) Заявитель Институт надежности машин Национальной академии наук Беларуси(73) Патентообладатель Институт надежности машин Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Устройство для диагностики динамически нагруженных приводов с многоканальной системой выделения измерительной информации, каждый из каналов которой включает основной измерительный тракт контроля виброакустического сигнала, состоящий из последовательно соединенных первичного преобразователя вибрационного сигнала, регулируемого усилителя и аналого-цифрового преобразователя коммутатор,программируемый вычислитель, блок команд, индикатор и регистрирующее устройство, соответствующие входы которых связаны с первым, вторым, третьим и четвертым выходами программируемого вычислителя, отличающееся тем, Фиг. 1 631 что каждый канал выделения измерительной информации дополнительно содержит контроллер и два измерительных тракта для контроля виброакустического сигнала, аналогичных основному и установленных с возможностью совместного съема с ним измерительной информации в ортогональной системе координат, а также измерительный тракт для контроля угловой координаты, состоящий из последовательно соединенных датчика угловой координаты, регулируемого усилителя и аналого-цифрового преобразователя, причем второй вход каждого регулируемого усилителя связан с соответствующим выходом контроллера, выход и второй вход каждого из аналого-цифровых преобразователей связан с соответствующими входом и выходом контроллера и последний связан с коммутатором соответствующими входом и выходом, при этом устройство снабжено программируемым запоминающим блоком, входы и выходы которого связанны с соответствующими выходами и входами контроллера, программируемого вычислителя и коммутатора. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере один из каналов выделения информации содержит последовательно соединенные датчик частоты вращения, регулируемый усилитель, первый вход которого связан выходом датчика частоты вращения, второй вход и выход связаны с соответствующими выходом и входом программируемого запоминающего блока. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что по меньшей мере один из каналов выделения измерительной информации содержит последовательно соединенные датчик моментов, регулируемый усилитель,первый вход которого связан с выходом датчика моментов, аналого-цифровой преобразователь, первый вход которого связан с выходом регулируемого усилителя, и контроллер, первые вход и выход которого связаны с соответствующими вторым входом и выходом аналого-цифрового преобразователя, второй вход связан с соответствующим выходом коммутатора, третий выход связан с соответствующим входом программируемого запоминающего блока. Полезная модель относится к области измерительной техники, преимущественно к области диагностики передач зацеплением, в частности зубчатых и зубчато-ременных передач при их стендовых испытаниях. Известно устройство для вибродиагностики 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 оценки внутренней динамической нагруженности и технического состояния отдельных пар зубьев, так как в нем отсутствуют возможности многопараметрического комплексного анализа характеристик вибросигнала на подшипниковых узлах, угловой координаты и нагруженности выходного вала, зафиксированных одновременно при наиболее информативных скоростных и нагрузочных режимах работы передачи в реальном масштабе времени. Из известных аналогов наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является устройство для диагностики механизмов 2, содержащее по меньшей мере один канал выделения измерительной информации, состоящий 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 предназначено для диагностики механизмов циклического действия двигателей внутреннего сгорания. Его выполняют с числом каналов, равным числу цилиндров двигателя,причем все каналы фиксируют один и тот же тип сигнала (акустическую эмиссию) на общей шкале времени,что позволяет свести к минимуму влияние несогласованной работы цилиндров. Данное техническое решение весьма эффективно для диагностики двигателей внутреннего сгорания и оптимизации их рабочих режимов. Вместе с тем при необходимости одновременного многопараметрического контроля динамически нагруженных приводов на основе передач зацеплением оно оказывается недостаточно эффективным из-за ограниченных возможностей однотипных каналов и наличия в каждом канале только одного измерительного тракта,управляемого внешними устройствами. В ряде случаев это не позволяет осуществить эффективный многопараметрический комплексный анализ в реальном масштабе времени процессов, протекающих при взаимодействии отдельных пар зубьев передач зацеплением. Задачей полезной модели является расширение технических возможностей диагностики динамически нагруженных приводов на основе зубчатых и зубчато-ременных передач с целью оценки внутренней динамической нагруженности и технического состояния отдельных пар зубьев при их стендовых испытаниях пу 2 631 тем съема, фиксирования и многопараметрического комплексного анализа в реальном масштабе времени параметров функционирования. Для решения поставленной задачи в устройстве для диагностики динамически нагруженных приводов с многоканальной системой выделения измерительной информации, каждый из каналов которой включает основной измерительный тракт контроля виброакустического сигнала, состоящий из последовательно соединенных первичного преобразователя вибрационного сигнала, регулируемого усилителя и аналого-цифрового преобразователя коммутатор, программируемый вычислитель, блок команд, индикатор и регистрирующее устройство, соответствующие входы которых связаны с первым, вторым, третьим выходами программируемого вычислителя, согласно техническому решению каждый канал выделения измерительной информации дополнительно содержит контроллер и два измерительных тракта для контроля виброакустического сигнала,аналогичных основному и установленных с возможностью совместного съема с ним измерительной информации в ортогональной системе координат, а также измерительный тракт для контроля угловой координаты,состоящий из последовательно соединенных датчика угловой координаты, регулируемого усилителя и аналого-цифрового преобразователя, причем второй вход каждого регулируемого усилителя связан с соответствующим выходом контроллера, выход и второй вход каждого из аналого-цифровых преобразователей связан с соответствующими входом и выходом контроллера и последний связан с коммутатором соответствующими входом и выходом, при этом устройство снабжено программируемым запоминающим блоком, входы и выходы которого связаны с соответствующими выходами и входами контроллера, программируемого вычислителя и коммутатора. Целесообразно, чтобы в устройстве по меньшей мере один из каналов выделения информации содержал последовательно соединенные датчик частоты вращения, регулируемый усилитель, первый вход которого связан выходом датчика частоты вращения, второй вход и выход связаны с соответствующими выходом и входом программируемого запоминающего блока. Целесообразно также, чтобы по меньшей мере один из каналов выделения измерительной информации содержал последовательно соединенные датчик моментов, регулируемый усилитель, первый вход которого связан с выходом датчика моментов, аналого-цифровой преобразователь, первый вход которого связан с выходом регулируемого усилителя, и контроллер, первые вход и выход которого связаны с соответствующими вторым входом и выходом аналого-цифрового преобразователя, второй вход связан с соответствующим выходом коммутатора, третий выход связан с соответствующим входом программируемого запоминающего блока. Расширение технических возможностей диагностики механизмов динамически нагруженных приводов на основе зубчатых и зубчато-ременных передач достигается за счет следующего наличие четырех одновременно работающих и управляемых внутренним контроллером измерительных трактов в канале выделения измерительной информации (три канала для фиксирования вибрационного сигнала в ортогональных плоскостях и канала для определения угловой координаты), а также возможность комплексного фиксирования в реальном масштабе времени снимаемой с них информации позволяет при анализе высокоскоростных процессов взаимодействия отдельных пар зубьев динамически нагруженных приводов на основе зубчатых и зубчато-ременных передач выделить мгновенные составляющие амплитуды вибрационного сигнала и их расположение в пространстве и затем на основе предварительно установленных зависимостей между амплитудно-фазовыми параметрами вибрационного сигнала и нагруженностью зацепления или степенью его износа установить техническое состояние каждой из отдельных пар зубьев наличие средств контроля нагруженности выходного вала и частоты вращения входного вала при диагностировании многозвенной трансмиссии на основе зубчатых передач позволяет обеспечить высокую степень достоверности оценки реальной нагруженности отдельных пар зубьев и ее динамические составляющие. Вследствие этого существенно расширяются возможности идентификации виброакустических параметров с источниками их возникновения и диагностирования в целом. Все это позволяет осуществить эффективный многопараметрический комплексный анализ в реальном масштабе времени процессов динамического взаимодействия отдельных пар зубьев и на его основе с высокой степенью достоверности установить их нагруженность и действительное техническое состояние. На фиг. 1 показано устройство для диагностики передач зацеплением. На фиг. 2 - схема размещения первичных преобразователей вибрационного сигнала при диагностировании прямозубых передач. На фиг. 3 - схема размещения первичных преобразователей вибрационного сигнала при диагностировании косозубых передач. На фиг. 4. - схема измерительного тракта для контроля угловой координаты при неодинаковом числе зубьев ведущего и ведомого колес диагностируемой передачи. На фиг. 5. - схема программируемого запоминающего блока. Устройство состоит (фиг. 1) из каналов выделения измерительной информации 1, 2, 3, коммутатора 4,программируемого запоминающего блока 5, программируемого вычислителя 6, блока команд 7, индикатора 8 и регистрирующего устройства 9. 3 631 Канал выделения измерительной информации 1 включает три измерительных тракта контроля виброакустического сигнала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных первичного преобразователя вибрационного сигнала 10, регулируемого усилителя 11, первый вход которого связан с выходом первичного преобразователя виброакустического сигнала 10,аналого-цифрового преобразователя 12, первый вход которого связан с выходом регулируемого усилителя 11 измерительный тракт для контроля угловой координаты, состоящий из последовательно соединенных датчика угловой координаты 13, регулируемого усилителя 14, первый вход которого связан с выходом датчика угловой координаты 13, аналого-цифрового преобразователя 15, первый вход которого связан с выходом регулируемого усилителя 14 контроллер 16, первый, второй, третий и четвертый выходы которого связаны с ответными входами регулируемых усилителей 11, 14, первый, второй, третий и четвертый входы и пятый, его шестой, седьмой и восьмой выходы связаны с соответствующими выходами и входами аналого-цифровых преобразователей 12,15, пятый вход контроллера связан с первым выходом коммутатора 4. У каналов выделения информации первичные преобразователи вибрационного сигнала 10 измерительных трактов контроля виброакустического сигнала установлены на подшипниковых узлах диагностируемой передачи зацеплением (не показаны) с возможностью съема диагностической информации в ортогональных плоскостях (по координатам ,и , фиг. 2, 3) при диагностировании прямозубых передач зацеплением (фиг. 2) в радиальных плоскостях (по координатами ), размещенных под углом 90 друг к другу при диагностировании косозубых передач зацеплением (фиг. 3) в радиальных плоскостях (по координатами ) и осевой плоскости (координате ). Устройство для диагностики передач зацеплением имеет дополнительный канал 2 выделения измерительной информации о частоте вращения ведущего вала (не показан) диагностируемой передачи или трансмиссии. Он содержит последовательно соединенные датчик частоты вращения 17, регулируемый усилитель 18, первый вход которого связан выходом датчика частоты вращения 18, второй вход и выход связаны с соответствующими выходом и входом программируемого запоминающего блока 5. Канал 3 выделения информации о нагружающем моменте на выходном валу диагностируемой передачи содержит последовательно соединенные датчик моментов 19, регулируемый усилитель 20, первый вход которого связан выходом датчика моментов 19, аналого-цифровой преобразователь 21, первый вход которого связан с выходом регулируемого усилителя 20, и контроллер 22, первый вход и первый выход которого связан со вторым входом и вторым выходом аналого-цифрового преобразователя 21, второй вход связан со вторым выходом коммутатора 4, третий вход и второй выход связан с соответствующими входом и выходом программируемого запоминающего блока 5. Для диагностирования зацепления с неодинаковым числом зубьев ведущего и ведомого колес датчик угловой координаты 13 измерительного тракта для контроля угловой координаты (фиг. 4) выполнен из двух первичных преобразователей 24, устанавливаемых соответственно на валы с ведущим и ведомым зубчатыми колесами (не показаны) диагностируемой передачи. Датчики 24 имеют напряжения аналоговых выходов,пропорциональные угловой координате соответствующего вала. Выходы первичных преобразователей 24 соединены с входами двухканального усилителя с автоматизированной регулировкой усиления 14, выходы которого в свою очередь соединены с входом двухканального аналого-цифрового преобразователя 15 и отсюда передаются на контроллер 16. Программируемый запоминающий блок 5 (фиг. 5) состоит из четырех интерфейсных блоков 25, посредством которых между блоком 5 и коммутатором 4, программируемым вычислителем 6, контроллером 16 осуществляется обмен диагностической и управляющей информацией, модуля памяти 26, первый, второй,третий и четвертый входы и первый, второй, третий и четвертый выходы которого связаны с соответствующими первым выходом и первым входом каждого из интерфейсных блоков 25, и программируемый блок управления 27, первый, второй, третий и четвертый входы и первый, второй, третий и четвертый выходы которого связаны с соответствующими вторыми выходами и вторыми входами каждого из интерфейсных блоков 25. Устройство работает следующим образом. При испытаниях трансмиссии на основе передач зацеплением (не показана) посредством блока команд 7,управляемого программируемым вычислителем 6, и исполнительных устройств стенда, например балансирных машин (не показаны), создаются частоты вращения и нагружающие моменты, обеспечивающие получение и выделение из диагностических данных наиболее достоверной информации о характере взаимодействия отдельных пар зубьев зацепления. При этом с ведущего или ведомого вала каждой передачи зацеплением трансмиссии с помощью каналов выделения информации 1 снимают параметры вибраций и угловые координаты валов. В процессе съема диагностической информации с первичных преобразователей 10, установленных на подшипниковые опоры, и датчика угловой координаты 13, связанного с валом (при передаточном отношении зацепления, равном единице) или ведущим и ведомым валами (при передаточном отношении за 4 631 цепления, не равном единице) диагностируемой передачи, аналоговые сигналы поступают в регулируемые усилители 11, 14. Там они усиливаются до требуемого уровня (определение уровня усиления осуществляется с использованием программируемого вычислителя 6), преобразуются в цифровой вид аналого-цифровыми преобразователями 12, 15 и передаются на контроллер 16, а оттуда, через соответствующий интерфейсный блок 25, в модуль памяти 26 программируемого запоминающего блока 5, управляемого посредством встроенного программируемого блока управления 27. Одновременно с этим в модуль памяти 26 с дополнительных каналов 2 и 3 выделения измерительной информации поступают данные о частоте вращения ведущего вала и нагружающем моменте на выходном валу трансмиссии. Из программируемого запоминающего блока 5, связанного через соответствующие интерфейсные блоки 25 с коммутатором 4, программируемым вычислителем 6 и контроллером 16, по команде программируемого вычислителя 6 в него передается диагностическая информация, которая обрабатывается и анализируется. По результатам анализа при необходимости от программируемого вычислителя 6 через блок команд 7 изменяются режимы нагружения и частота вращения диагностируемого объекта, контроль которых осуществляется посредством коммутатора 4 и соответствующих каналов выделения информации 2 и 3. Через программируемый запоминающий блок 5, коммутатор 4 и контроллер 16 от программируемого вычислителя осуществляется управление регулируемыми усилителями 11, 14, 18 и 20 и установка наиболее рациональных коэффициентов усиления. С помощью контроллера 22 осуществляется управление процессом съема и предварительной обработки данных о нагружающем моменте (среднем значении, размахе и полигоне распределений колебаний) на выходном валу испытуемой трансмиссии. После комплексной обработки диагностической информации в программируемом вычислителе 6 она представляется в удобном для потребителя виде на индикаторе 8 и фиксируется в регистрирующем устройстве 9. В предлагаемом устройстве наличие четырех одновременно работающих и управляемых внутренним контроллером измерительных трактов в канале выделения измерительной информации позволяет зафиксировать в реальном масштабе времени угловые координаты и вибрационные характеристики, отражающие высокоскоростные процессы взаимодействия отдельных пар зубьев диагностируемых передач зацеплением. На основе полученных данных определяется действительная нагруженность и техническое состояние отдельных пар зубьев зацепления. Наличие средств контроля нагруженности выходного вала и частоты вращения входного вала при диагностировании многозвенной трансмиссии на основе зубчатых передач позволяет существенно расширить возможности идентификации виброакустических параметров с источниками их возникновения и диагностирования в целом, осуществить эффективный многопараметрический комплексный анализ в реальном масштабе времени процессов динамического взаимодействия отдельных пар зубьев и на его основе с высокой степенью достоверности установить их нагруженность и действительное техническое состояние. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.