УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

Полезная модель устройства относится к измерительной технике и может быть использована для диагностирования 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 и областей применения устройства для диагностирования подшипников качения при повышении достоверности диагностирования. Повышение достоверности достигается за свет совместного измерения
электрических и вибрационных диагностических параметров, с использованием в качестве электрического диагностического параметра спектральной характеристики функции электрического сопротивления подшипника.
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 тока, один из двух выводов которого соединен через корпус подшипникового узла с наружным кольцом контролируемого подшипника, преобразователем сопротивления в напряжение, первый вход которого последовательно соединен со вторым выводом источника стабилизированного электрического тока, а второй вход соединен с токосъемником, нормирующим усилителем, вход которого последовательно соединен с выходом преобразователя сопротивления в напряжение, первым узкополосным фильтром, вход которого последовательно соединен с выходом нормирующего усилителя, первым квадратичным детектором, вход которого последовательно соединен с выходом первого узкополосного фильтра, вторым узкополосным фильтром, вход которого параллельно соединен с выходом нормирующего усилителя, вторым квадратичным детектором, вход которого последовательно соединен с выходом второго 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 последовательно соединен с выходом фильтра, третьим узкополосным фильтром, вход которого параллельно соединен с выходом усилителя, четвертым квадратичным детектором, вход которого последовательно соединен с выходом третьего узкополосного фильтра, вторым преобразователем отношений, первый вход которого последовательно соединен с выходом третьего квадратичного детектора, а второй вход последовательно соединен с выходом четвертого квадратичного детектора, устройством задания информационной частоты, один вывод которого соединен с управляющим входом первого узкополосного фильтра, а второй вывод соединен с управляющим входом фильтра, и устройством задания несущей частоты, один вывод которого соединен с управляющим входом
второго узкополосного фильтра, а второй вывод соединен с управляющим входом третьего узкополосного фильтра, при этом измеряемой спектральной характеристикой функции электрического сопротивления подшипника является параметр - отношение среднеквадратического значения гармонической составляющей напряжения, пропорционального сопротивлению подшипника, на информационной частоте к среднеквадратическому значению гармонической составляющей напряжения, пропорционального сопротивлению подшипника, на несущей частоте, а измеряемой спектральной характеристикой вибрации является параметр - отношение среднеквадратического значения гармонической составляющей напряжения, пропорционального амплитуде вибрации, на информационной частоте к среднеквадратическому значению гармонической составляющей напряжения, пропорционального амплитуде вибрации, на несущей частоте.
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 тока 7, преобразователь сопротивления в напряжение 8, нормирующий усилитель 9, первый узкополосный фильтр 10, первый квадратичный детектор 11, второй узкополосный фильтр 12, второй квадратичный детектор 13, первый преобразователь отношений 14, третий квадратичный детектор 15, третий узкополосный фильтр 16, четвертый квадратичный детектор 17, второй преобразователь отношений 18, устройство задания информационной частоты 19 и устройство задания несущей частоты 20.
Токосъемник 1 соединяет через вал 2 подшипникового узла внутреннее кольцо контролируемого подшипника 3 со вторым входом преобразователя сопротивления в напряжение 8, первый вход которого соединен с одним из двух выводов источника стабилизированного тока 7, второй вывод которого соединен через корпус подшипникового узла с наружным кольцом контролируемого подшипника 3. Выход преобразователя сопротивления в напряжение 8 последовательно соединен с входом нормирующего усилителя 9, выход которого последовательно соединен с входом первого узкополосного фильтра 10. Выход первого узкополосного фильтра 10 последовательно соединен с входом первого квадратичного детектора 11. С
выходом нормирующего усилителя 9 параллельно соединен вход второго узкополосного фильтра 12, выход которого последовательно соединен с входом второго квадратичного детектора 13. Выход первого квадратичного детектора 11 последовательно соединен с первым входом первого преобразователя отношений 14, второй вход которого последовательно соединен с выходом второго квадратичного детектора 13.
Вибропреобразователь 4 последовательно соединен с усилителем 5, фильтром 6 и третьим квадратичным детектором 15, соединенными последовательно. Выход усилителя 5 параллельно соединен с входом третьего узкополосного фильтра 16, выход которого последовательно соединен с входом четвертого квадратичного детектора 17. Выход третьего квадратичного детектора 15 последовательно соединен с первым входом второго преобразователя отношений 18, второй вход которого последовательно соединен с выходом четвертого квадратичного детектора 17. Управляющие входы фильтра 6 и первого узкополосного фильтра 10 соединены с выходами устройства задания информационной частоты 19, которое позволяет управлять полосой пропускания фильтра 6 и первого узкополосного фильтра 10 с целью измерения спектральных характеристик функции электрического сопротивления подшипника и вибрации на одинаковой информационной частоте. Управляющие входы второго узкополосного фильтра 12 и третьего узкополосного фильтра 16 соединены с выходами устройства задания несущей частоты 20, которое позволяет управлять полосой пропускания второго узкополосного фильтра 12 и третьего узкополосного фильтра 16 с целью измерения спектральных характеристик функции электрического сопротивления подшипника и вибрации на одинаковой несущей частоте.
Устройство работает следующим образом. С помощью вала 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 электрическое сопротивление между внутренним и наружным кольцами непрерывно изменяется. Поэтому электрическое напряжение на контролируемом подшипнике 3, равное произведению сопротивления подшипника и тока источника 7, также непрерывно изменяется. Значение тока источника 7 поддерживается стабильным, поэтому электрическое напряжение на контролируемом подшипнике 3 прямо пропорционально его электрическому сопротивлению, измерение которого производится косвенным
методом. Электрическое сопротивление подшипника 3 позволяет оценивать его техническое состояние.
Преобразователь сопротивления в напряжение 8 преобразует флуктуации электрического сопротивления контролируемого подшипника 3 в электрическое напряжение, которое масштабируется в нормирующем усилителе 9 в соответствии с диапазонами изменения входных сигналов последующих блоков. Выходное напряжение нормирующего усилителя 9 поступает на вход первого узкополосного фильтра 10, соединенного с ним последовательно. Первый узкополосный фильтр 10 выделяет из выходного напряжения нормирующего усилителя 9 составляющую, частота которой соответствует информационной частоте, заданной оператором с помощью устройства задания информационной частоты 19. Выходное напряжение первого узкополосного фильтра 10 поступает на вход первого квадратичного детектора 11, который формирует на выходе сигнал, пропорциональный среднеквадратическому значению гармонической составляющей напряжения, пропорционального сопротивлению подшипника, на информационной частоте.
Одновременно выходное напряжение нормирующего усилителя 9 поступает на вход второго узкополосного фильтра 12, соединенного с выходом нормирующего усилителя 9 параллельно. Второй узкополосный фильтр 12 выделяет из выходного напряжения нормирующего усилителя 9 составляющую, частота которой соответствует несущей частоте, заданной оператором с помощью устройства задания несущей частоты 20. Выходное напряжение второго узкополосного фильтра 12 поступает на вход второго квадратичного детектора 13, который формирует на выходе сигнал, пропорциональный среднеквадратическому значению гармонической составляющей напряжения, пропорционального сопротивлению подшипника, на несущей частоте.
С выходов детекторов 11 и 13 сигналы поступают на входы первого преобразователя отношений 14, формирующего сигнал, пропорциональный электрическому диагностическому параметру - отношение среднеквадратического значения гармонической составляющей напряжения, пропорционального сопротивлению подшипника, на информационной частоте к среднеквадратическому значению гармонической составляющей напряжения, пропорционального сопротивлению подшипника, на несущей частоте.
Одновременно с помощью вибропреобразователя 4 амплитуда вибрации подшипника 3 преобразуется в электрическое напряжение, которое усиливается усилителем 5. Выходное напряжение усилителя 5 поступает на вход фильтра 6, соединенного с усилителем 5 последовательно. Фильтр 6 выделяет из выходного напряжения усилителя 5 составляющую, частота которой соответствует информационной частоте, заданной оператором с помощью устройства задания информационной частоты 19. Выходное напряжение фильтра 6 поступает на вход третьего квадратичного детектора 15, который формирует на выходе сигнал, пропорциональный среднеквадратическому значению гармонической составляющей напряжения, пропорционального амплитуде вибрации, на информационной частоте. Одновременно выходное напряжение усилителя 5 поступает на вход третьего узкополосного фильтра 16, вход которого соединен с выходом усилителя 5 параллельно. Третий узкополосный фильтр 16 выделяет из выходного напряжения усилителя 5 составляющую, частота которой соответствует несущей частоте, заданной оператором с помощью устройства задания несущей частоты 20. Выходное напряжение третьего узкополосного фильтра 16 поступает на вход четвертого квадратичного детектора 17, который формирует на выходе сигнал, пропорциональный среднеквадратическому значению гармонической составляющей напряжения, пропорционального амплитуде вибрации, на несущей частоте.
С выходов детекторов 15 и 17 сигналы поступают на входы второго преобразователя отношений 18, формирующего сигнал, пропорциональный вибрационному диагностическому параметру - отношение среднеквадратического значения гармонической составляющей напряжения, пропорционального амплитуде вибрации, на информационной частоте к среднеквадратическому значению гармонической составляющей напряжения, пропорционального амплитуде вибрации, на несущей частоте.
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 электрического сопротивления подшипника, 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. Третьим выгодным отличием предложенного устройства диагностирования подшипников качения от прототипа является расширение области применения, которое заключается в возможности использования предложенного устройства для диагностирования подшипников качения, работающих в условиях граничной, смешанной или жидкостной смазки, что достигается использованием в качестве электрического диагностического параметра спектральной характеристики функции электрического сопротивления контролируемого подшипника.
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.