УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

Полезная модель устройства относится к измерительной технике и может быть использована для диагностирования подшипников качения в узлах.
Известно устройство диагностирования подшипников качения, содержащее токосъемник, соединенный через вал подшипникового узла с внутренним кольцом контролируемого подшипника, последовательно соединенные вибропреобразователь, усилитель и фильтр, в котором диагностирование подшипника осуществляется по величине совпадающих во времени импульсов, пропорциональных электрическому сигналу, снимаемому с подшипника, и его вибрации [1].
Наиболее близкой к полезной модели по технической сущности является устройство для диагностики подшипников, содержащее канал формирования электрического диагностического параметра, канал формирования вибрационного диагностического параметра, устройство задания информационной частоты и устройство задания несущей частоты [2]. Данное устройство принято за прототип.
В известном устройстве канал формирования электрического диагностического параметра включает токосъемник, соединенный через вал подшипникового узла с внутренним кольцом контролируемого подшипника, источник стабилизированного электрического тока, один из двух выводов которого соединен через корпус подшипникового узла с наружным кольцом контролируемого подшипника, преобразователь сопротивления в напряжение, первый вход которого соединен со вторым выводом источника стабилизированного электрического тока, а второй вход соединен с токосъемником, нормирующий усилитель, вход которого последовательно соединен с выходом преобразователя сопротивления в напряжение, первый узкополосный фильтр, вход которого последовательно соединен с выходом нормирующего усилителя, а управляющий вход подключен к устройству задания информационной частоты. Канал формирования вибрационного диагностического параметра включает последовательно соединенные вибропреобразователь, усилитель и второй узкополосный фильтр, управляющий вход которого подключен к устройству задания информационной частоты.
Кроме того, канал формирования электрического диагностического параметра включает третий узкополосный фильтр, вход которого параллельно соединен с выходом нормирующего усилителя, а управляющий вход подключен к устройству задания несущей частоты, первый квадратичный детектор, вход которого последовательно соединен с выходом первого узкополосного фильтра, второй квадратичный детектор, вход которого последовательно соединен с выходом третьего узкополосного фильтра, первый преобразователь отношений, первый вход которого последовательно соединен с выходом первого квадратичного детектора, а второй вход последовательно соединен с выходом второго квадратичного детектора. Канал формирования вибрационного диагностического параметра включает также четвертый узкополосный фильтр, вход которого параллельно соединен с выходом усилителя, а управляющий вход подключен к устройству задания несущей частоты, третий квадратичный детектор, вход которого последовательно соединен с выходом второго узкополосного фильтра, четвертый квадратичный детектор, вход которого последовательно соединен с выходом четвертого узкополосного фильтра, второй преобразователь отношений, первый вход которого последовательно соединен с выходом третьего квадратичного детектора, а второй вход последовательно соединен с выходом четвертого квадратичного детектора.
В известном устройстве электрическим диагностическим параметром является отношение среднеквадратического значения гармонической составляющей сопротивления подшипника на информационной частоте к среднеквадратическому значению гармонической составляющей сопротивления подшипника на несущей частоте. Вибрационным диагностическим параметром является отношение среднеквадратического значения гармонической составляющей амплитуды вибрации на информационной частоте к среднеквадратическому значению гармонической составляющей амплитуды вибрации на несущей частоте.
Известное устройство путем измерения указанных диагностических параметров позволяет оценить значение различных соответствующих информационным частотам макроотклонений дорожек качения колец контролируемого подшипника.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного, принятого за прототип устройства, относится следующее. Выделение информации о техническом состоянии дорожек качения колец подшипника проводится по каждому измерительному каналу раздельно. При этом отдельно определяется электрический параметр и вибрационный параметр. Каждый из этих параметров характеризует различные по физический сущности процессы и явления, происходящие в зонах трения работающего подшипника. При этом электрический параметр характеризует флуктуации толщины смазочной пленки и ее разрушения, а вибрационный - характер механических взаимодействий деталей при работе подшипника. На каждый из параметров наряду с влиянием контролируемых характеристик подшипника оказывают влияние прочие параметры, не связанные с контролируемыми параметрами, а связанные с условиями и режимами работы подшипника, свойствами смазочных материалов, влиянием других деталей узла и т.п.
Таким образом, достоверность диагностирования при использовании известного устройства, принятого за прототип, ограничена.
Предлагаемая полезная модель решает задачу повышения достоверности диагностирования
Технический результат - комплексирование оценки состояния подшипника при его диагностировании за счет совместного использования информации об электрических и вибрационных процессах в зонах трения работающего подшипника.
Это достигается тем, что известное устройство диагностирования подшипников качения, содержащее канал формирования электрического диагностического параметра, канал формирования вибрационного диагностического параметра и устройство задания информационной частоты, в котором канал формирования электрического диагностического параметра включает токосъемник, соединенный через вал подшипникового узла с внутренним кольцом контролируемого подшипника, источник стабилизированного электрического тока, один из двух выводов которого соединен через корпус подшипникового узла с наружным кольцом контролируемого подшипника, преобразователь сопротивления в напряжение, первый вход которого соединен со вторым выводом источника стабилизированного электрического тока, а второй вход соединен с токосъемником, нормирующий усилитель, вход которого последовательно соединен с выходом преобразователя сопротивления в напряжение, первый узкополосный фильтр, вход которого последовательно соединен с выходом нормирующего усилителя, управляющий вход подключен к устройству задания информационной частоты, а канал формирования вибрационного диагностического параметра включает последовательно соединенные вибропреобразователь, усилитель и второй узкополосный фильтр, управляющий вход которого подключен к устройству задания информационной частоты, согласно полезной модели дополнительно снабжено блоком задержки, аналоговым перемножителем и интегратором, причем блок задержки входом последовательно подключен к выходу второго узкополосного фильтра, выходом подключен к первому входу аналогового перемножителя, ко второму входу которого последовательно подключен выход первого узкополосного фильтра, а интегратор входом последовательно подключен к выходу аналогового перемножителя.
Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фиг.1 представлена структурная схема устройства диагностирования подшипников качения.
Устройство диагностирования подшипника качения 1, установленного на валу 2 и в корпусе 3 узла содержит канал формирования электрического диагностического параметра 4, канал формирования вибрационного диагностического параметра 5 и устройство 6 задания информационной частоты.
Канал формирования электрического диагностического параметра 4 включает токосъемник 7, соединенный через вал 2 подшипникового узла с внутреннем кольцом контролируемого подшипника 1, источник 8 стабилизированного электрического тока, один из двух выводов которого соединен через корпус подшипникового узла с наружным кольцом контролируемого подшипника 1, преобразователь 9 сопротивления в напряжение, первый вход которого соединен со вторым выводом источника 8 стабилизированного электрического тока, а второй вход соединен с токосъемником 7, нормирующий усилитель 10, вход которого последовательно соединен с выходом преобразователя 9 сопротивления в напряжение, первый узкополосный фильтр 11, вход которого последовательно соединен с выходом нормирующего усилителя 10, а управляющий вход подключен к устройству 6 задания информационной частоты.
Канал формирования вибрационного диагностического параметра включает последовательно соединенные вибропреобразователь 12, усилитель 13 и второй узкополосный фильтр 14, управляющий вход которого подключен к устройству задания информационной частоты 6.
Устройство содержит также блок 15 задержки, аналоговый перемножитель 16, и интегратор 17, при этом блок 15 задержки входом последовательно подключен к выходу второго узкополосного фильтра 14, выходом подключен к первому входу аналогового перемножителя 16, ко второму входу которого последовательно подключен выход первого узкополосного фильтра 11, а интегратор 17 входом последовательно подключен к выходу аналогового перемножителя 15.
Устройство работает следующим образом. С помощью вала 2 вращают внутреннее кольцо контролируемого подшипника 1. При воздействии комплекса внутренних параметров подшипника и режимов его эксплуатации в процессе вращения электрическое сопротивление между внутренним и наружным кольцами непрерывно изменяется. Поэтому электрическое напряжение на контролируемом подшипнике 1, равное произведению сопротивления подшипника и тока источника 8, также непрерывно изменяется. Значение тока источника 8 поддерживается стабильным, поэтому электрическое напряжение на контролируемом подшипнике 1 пропорционально его электрическому сопротивлению. Преобразователь 9 сопротивления в напряжение преобразует флуктуации электрического сопротивления контролируемого подшипника 1 в электрическое напряжение, которое масштабируется в нормирующем усилителе 10 в соответствии с диапазонами изменения входных сигналов последующих блоков и поступает на вход первого узкополосного фильтра 11. Первый узкополосный фильтр 11 выделяет из выходного напряжения нормирующего усилителя 10 составляющую, частота которой соответствует информационной частоте, задаваемой устройством 6 задания информационной частоты.
Таким образом, сигнал на выходе первого узкополосного фильтра 11 пропорционален спектральной составляющей на заданной информационной частоте флуктуирующего при работе подшипника электрического сопротивления и несет, согласно данным [3], объективную информацию о значении соответствующего данной информационной частоте вида макроотклонения дорожек качения подшипника.
Одновременно с помощью вибропреобразователя 12 амплитуда вибрации подшипника 1 преобразуется в электрическое напряжение, которое усиливается усилителем 12, выходное напряжение которого поступает на вход второго узкополосного фильтра 14. Второй узкополосный фильтр 14 выделяет из выходного напряжения усилителя 13 составляющую, частота которой соответствует информационной частоте, заданной устройством 6 задания информационной частоты.
Таким образом, сигнал на выходе второго узкополосного фильтра 14 пропорционален спектральной составляющей на заданной информационной частоте виброперемещения деталей работающего подшипника и несет, согласно данным [4], объективную информацию о значении соответствующего данной информационной частоте вида макроотклонения дорожек качения подшипника
Выходное напряжение фильтра 14 поступает на блок 15 задержки и затем на первый вход аналогового перемножителя 16, на второй вход которого поступает выходное напряжение первого узкополосного фильтра 11. Поступающие на входы аналогового перемножителя 16 сигналы перемножаются и затем интегрируются интегратором 17.
В результате указанных преобразований на выходе интегратора 17 формируется электрический сигнал, пропорциональный значению взаимной корреляционной функции сигналов с выхода первого узкополосного фильтра 11 и второго узкополосного фильтра 14.
Предложенное устройство выгодно отличается от известного устройства, принятого за прототип. Известно, что источниками исследуемой при диагностировании вибрации может быть как дефектный участок поверхности контролируемого объекта, так и другие детали узла. В то же время флуктуации толщины смазочной пленки в зонах трения деталей работающего подшипника и ее разрушения, приводящие к флуктуациям электрического сопротивления, могут быть обусловлены как попаданием туда дефектного участка, так и другими причинами, не связанными с возникновением вибрации. Таким образом, применение каждого из измерительных каналов в отдельности имеет ограниченную достоверность.
Реализуемое предлагаемым устройством комплексное диагностирование проводится путем оценки взаимной корреляционной функции изменения электрических и вибрационных параметров, характеризующих принципиально различные по физической природе процессы, протекающие в зонах трения работающего подшипника. Данная функция определяется, в основном, только общими факторами, влияющими как на флуктуацию электрического сопротивления подшипника, так и на его вибрацию, а такими факторами являются характеристики макроотклонений рабочих поверхностей деталей подшипника
Таким образом, предложенное устройство позволяет существенно повысить достоверность диагностирования.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР №1231419, МКИ G01М 13/04. Устройство для диагностики подшипников электрических машин [Текст] / Г.Ф.Карпов, опубл. 30.06.89, Бюл. №24.
2. Пат.73 479 Российская Федерация, МПК G01M 13/04. Устройство диагностирования подшипников качения [Текст] / Подмастерьев К.В., Мишин В.В., Пахолкин Е.В., Марков В.В., Семенов В.В., Викторов А.И., Сидоров A.M., Моисеев П.П., Кузьмичев Д.А., Фокин Н.Н.; заявитель и патентообладатель Орловсий государственный технический университет. - №2008101170/22; заявл. 09.01.08; опубл. 20.05.08. - 2 с.: ил.
3. Марков В.В., Контроль подшипников качения по парамертам электрического сопротивления [Текст] / В.В.Марков, В.В.Мишин // Кон-троль. Диагностика - 2004. - №9. - С.30-41.
4. Приборные шариковые подшипники. Справочник [Текст] / Под. ред. К.Н.Явленского и др. - М.: Машиностроение, 1981. - 351 с.