СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ НАЛИЧИЯ ДЕФЕКТОВ УЗЛОВ И АГРЕГАТОВ АВТОМОБИЛЯ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF DEFECTS IDENTIFICATION IN VEHICLE ASSEMBLIES AND EQUIPMENT IN REAL TIME, AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области диагностики, в частности к вибродиагностике, и может быть использовано для выявления дефектов в узлах и агрегатах автомобиля. Способ, реализованный в устройстве, обеспечивает повышение достоверности определения наличия дефектов, а также обеспечивает его простоту.
В системах вибродиагностических систем, одной из основных задач является оценка наличия степени дефекта механизма, который является диагностическим показателем нарушений деятельности рабочей системы.
Известен способ, реализованный в устройстве [1], заключающийся в том, что силы трения, возбуждающие высокочастотную случайную вибрацию, стационарны только при отсутствии дефектов. В бездефектных узлах трения стационарна и случайная высокочастотная вибрация. Ее мощность постоянна во времени. При появлении дефектов, приводящих даже к частичному "продавливанию" смазки, изменяются периодически во времени силы трения или возникают удары, возбуждающие высокочастотную вибрацию. Также удары могут появиться, если смазка не очень хорошая и ее слой легко "рвется". В спектре огибающей высокочастотной вибрации можно наблюдать за развитием одновременно всех имеющихся дефектов по величинам превышения гармонических составляющих на определенных частотах над фоном. Имеется возможность прогнозировать состояние диагностируемого узла, т.к. каждый вид дефекта имеет свою скорость развития. При изменении вида дефекта частота модуляции изменяется. Чем больше степень развития дефекта, тем больше становится глубина модуляции. Следовательно, частота модуляции определяет вид дефекта, а глубина модуляции - степень его развития.
Недостаток - высокая стоимость, необходим анализатор спектра вибрации с функцией анализа спектра огибающей высокочастотной вибрации. Метод очень широко используется в среде профессионалов и стационарных системах контроля технического состояния оборудования.
Известен способ, реализованный в устройстве [2], и являющийся наиболее близким к предлагаемому способу (прототипом), является способ анализа дефекта по спектру вибросигнала.
Метод базируется на анализе спектра вибрации - выявлении периодичности (частоты) появления амплитудным виброанализатором и по частотному составу спектра, можно идентифицировать возникновение и развитие дефектов подшипника. Каждому дефекту на элементах подшипника (тела качения, внутреннее и наружное кольцо, сепаратор) соответствуют свои частоты, которые зависят от кинематики подшипника и скорости его вращения. Наличие той или иной частотной составляющей в спектре сигнала говорит о возникновении соответствующего дефекта, а амплитуда этой составляющей - о глубине дефекта.
Недостатки описанного способа:
- метод дорогостоящий, если виброанализатор использовать только для контроля подшипников;
- метод малочувствителен к зарождающимся и слабым дефектам в связи с тем, что подшипники в большинстве случаев являются маломощными источниками вибрации. Небольшой скол на шарике или дорожке не в состоянии заметно качнуть механизм, чтобы мы увидели эту частотную составляющую в спектре. И только при достаточно сильных дефектах амплитуды этих частотных составляющих начинают заметно выделяться в спектре.
Предлагаемый способ выявления дефектов узлов и агрегатов автомобиля в режиме реального времени позволяет устранить указанные недостатки прототипа.
2
Суть предлагаемого способа заключается в следующем. Виброакустический сигнал с корпуса двигателя, усиливают, фильтруют, дискретизируют по времени. Затем на каждом очередном шаге дискретизации определяют суммарное значение результатов нелинейных интегральных преобразований функцией y(x)=sin(x)*x следующих друг за другом N отсчетов виброакустического сигнала, сравнивают полученное значение с пороговым уровнем Δ, причем в случае превышения порогового уровня формируется сигнал о наличии дефекта.
Полученный вибросигнал с датчиков обрабатывают с использованием фильтра Виннера, чтобы исключить появление посторонних шумов и низкоамплитудных гармоник, являющихся побочными по отношению к основной гармонике. Далее формируют временное окно, которое перемещается по сигналу, в результате формируется результат нелинейных интегральных преобразований вибросигнала:
,
где s(t) - обработанный вибросигнал, Δt - шаг дискретизации, z(t) - результат нелинейных интегральных преобразований, i - номер отчета во временном окне.
Полученный результат сравнивается с заданным пороговым значением Δ, превышение которого свидетельствует о появлении дефекта (см. фиг.1).
Предложенный способ более прост и дешев в реализации и позволяет надежнее по сравнению с известным способом (прототипом), выявить наличие дефекта.
Сущность изобретения и возможный вариант реализации предложенного способа поясняется следующим графическим материалом:
- фиг.1 - графики входного сигнала и результат нелинейных интегральных преобразований с участками, содержащими дефект и без них;
- фиг.2 - функциональная схема устройства;
- фиг.3 - вариант реализации блока 5 определения суммарного значения отсчетов.
Для достижения технического результата, заключающегося в повышении достоверности выявления наличия дефектов и реализации предложенного способа в устройство, содержащее последовательно соединенные вибродатчик с усилителем, фильтр, блок дискретизации, генератором тактовых импульсов, блоком нелинейных интегральных преобразований, формирователем порогового уровня и компаратором, являющимся выходом схемы, причем выход блока дискретизации соединен с входом блока нелинейных интегральных преобразований, выход блока нелинейных интегральных преобразований соединен с входом блока суммарного значения отсчетов, выход блока суммарного значения соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом блока формирования пороговых уровней.
Устройство состоит (фиг.2) из фильтра 1, блока 2 дискретизации, генератора тактовых импульсов 3, блока 4 нелинейных интегральных преобразований, блока 5 определения суммарного значения отсчетов, блока 6 формирователя порогового уровня, блока 7 компаратора.
На вход фильтра 1, являющегося входом устройства, поступает вибросигнал. Выход фильтра 1 соединен с первым входом блока дискретизации 2, выход генератора тактовых импульсов 3 соединен с вторым входом блока 2 дискретизации, выход блока 2 дискретизации соединен с блоком 4 нелинейных интегральных преобразований, выход блока 4 нелинейных интегральных преобразований соединен с первым входом блока 5 определения суммарного значения отсчетов, второй вход блока 5 соединен с выходом блока 3 генератором тактовых импульсов, выход с блока 5 соединен с первым входом блока 7 компаратором, второй вход компаратор соединен с выходом блока 6 формирователем порогового уровня.
Реализовать данное устройство можно как в аналоговой, так и в цифровой форме. В качестве примера приведем реализацию устройства в цифровой форме.
2
2
Блок 4 нелинейных интегральных преобразований представляет собой соединение 3 блоков: двух блоков умножения и блок функции sin. Первый блок умножения реализует функцию x, второй блок умножения - произведения результата x на результат функции sin. Блок sin может быть выполнен по схеме груботочного функционального синусного преобразователя [3].
Блок 5 определения суммарной значения отсчетов может быть выполнен по схеме, содержащей сдвиговый регистр 8, мультиплексор 9, сумматор 10, делитель 11 и источник постоянного напряжения 11. Счетный вход (C) сдвигового регистра 8 является управляющим входом данного блока, а вход данные (D) этого регистра - информационным входом. Выход сдвигового регистра 8 подключен к входу данных (D) мультиплексора 9. Вход управления (A) мультиплексора 9 и второй вход делителя 11 подключены к выходу источника постоянного напряжения 11. Выход мультиплексора 9 соединен с входом сумматора 10, выход последнего подключен к первому входу делителя 11. Выход делителя 11 является выходом рассматриваемого блока.
Ниже приведено более подробное описание работы некоторых блоков устройства.
Блок 5 определения суммарного значения отсчетов работает следующим образом. Под действием тактовых импульсов, поступающих на управляющий вход, происходит запоминание и сдвиг регистром отсчетов сигнала, поступающих на информационный вход блока 5. Сдвиговый регистр может быть выполнен путем соединения схем сдвигающих регистров (например, К561ИР6), число которых равно разрядности сигнала. Со сдвигового регистра запомненные отсчеты через мультиплексор (реализованный, например, на микросхемах 1564КП15) поступают на сумматор. Управление мультиплексора осуществляется сигналом, поступающим с выхода источника постоянного напряжения (например микросхема 142ЕН1). Мультиплексор построен таким образом, что он пропускает число отсчетов, соответствующих сигналу на втором информационном входе. Сумматор может быть выполнен на основе микросхем, например, К561ИМ1, соединенных с выходами мультиплексора соответствующим образом. Выходной сигнал сумматора делителем (например, микросхема К561ИЕ8) делится на сигнал, поступающий с выхода источника постоянного напряжения и соответствующий значению N. Таким образом, на выходе блока 5 на каждом шаге дискретизации формируется суммарное значение отсчетов.
Блок 1 может быть реализован на микросхеме К174УН19, блок 2 - на микросхеме К1107ПВ1Б, блок 3 - на микросхеме КР531ГГ1 [4].
Технико-экономический эффект предложенного способа и устройства для его осуществления заключается в простом, недорогом и надежном способе выявления дефектов различных узлов и агрегатов автомобиля. Надежное выявление отклонений в работе деталей обеспечивает более качественную работу автомобиля и повышает его работоспособность.
Литература
1. Русов В.А. "Спектральная вибродиагностика", 1996 г.
2. Патент №2165605. Ушаков А.П.; Тварадзе С.В.; Грабовецкий А.А.; Рейбанд Ю.Я.; Альшевский А.Н.; Морошкин И.В. Способ диагностики технического состояния двигателя внутреннего сгорания и/или трансмиссии автомобиля и устройство для его осуществления, 2001.
3. Патент №2107944. Тарасов Ю.А., Манохин Г.А. Груботочный функциональный синусный преобразователь, 1998.
4. Перельман Б.Л., Шевелев В.И. Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги. Справочник, «НТЦ Микротех», 1998 г. - 376 с.