Способ безразборной диагностики изменений технического состояния судовых рулевых устройств в результате воздействия ледовых нагрузок и устройство для его реализации

1. Способ безразборной диагностики изменений технического состояния судовых рулевых устройств в результате воздействия ледовых нагрузок, заключающийся в измерении при нахождении судна на плаву в условиях ледового плавания и на чистой воде фактических значений диагностических параметров, характеризующих сопутствующие перекладке руля и воздействию ледовых нагрузок процессы, и последующей обработкой данных измерений, отличающийся тем, что в качестве параметров для оценки технического состояния руля наряду с зазором в радиальном трибосопряжении и целостностью обшивки пера руля принята величина зазора в горизонтальном трибосопряжении радиально-осевого подшипника, а в качестве диагностических параметров в дополнение к амплитуде горизонтальных перемещений головки баллера приняты амплитудно-частотно-временные характеристики динамических деформаций наружного корпуса радиально-осевого подшипника; виброперемещений, виброскорости и виброускорения горизонтальных и вертикальных колебаний головки баллера; динамических изменений крутящего момента и осевого усилия на шейке баллера, получаемые за счет синхронных измерений в трехосной системе координат, сопряженной с базовой системой координат судна, от общей точки отсчета в единой шкале времени;
обработку первичных данных измерений (значений виброускорений, выходного напряжения тензосенсоров) осуществляют последовательно в двух режимах: в режиме on-line и в режиме постобработки;
в режиме on-line осуществляют преобразование значениях виброускорения путем первичного логарифмирования в значения виброскорости и вторичного логарифмирования в значения виброперемещения с формированием соответствующих осциллограмм виброускорения, виброскорости и виброперемещения как функций времени; осуществляют выделение диапазона основного тона и отделения шумовых компонент, быстро меняющихся и медленно меняющихся составляющихся путем использования метода узкополосного спектрального анализа (преобразование Фурье) и метода кепстрального анализа узкополосного спектра; осуществляют преобразование значений выходного напряжения тензосенсоров в значения относительной деформации; осуществляют выявление трендов пиковых амплитудных значений;
в режиме постобработки осуществляют выделение абсолютных значений параметров вибрации горизонтальных и вертикальных колебаний головки баллера путем наложения (сопоставления) данных измерений параметров общей вибрации корпуса судна в зоне фундамента рулевого устройства и данных измерений параметров вибрации в зоне головки баллера; осуществляют последовательный спектральный анализ абсолютных значений параметров колебаний головки баллера путем построения 3D-спектрограмм (в виде трехмерного представления частотно-временного сигнала) и каскадов 3D-спекторов с формированием «спектральной истории» и построением ее среднестатистических границ; выявление низкочастотных и высокочастотных областей 3D-спектрограмм и смещений огибающей вибрации; осуществляют построения амплитудно-временных 2D- и 3D-осциллаграмм (фигур Лисажу); абсолютные данные виброизмерений параметров горизонтальных и вертикальных колебаний головки баллера сопоставляют с данными тензометрических измерений деформаций наружного корпуса радиально-осевого подшипника;
осуществляют выявление, идентификацию и топографию отклонений (нарушений) в техническом состоянии руля путем сопоставления текущих данных фактических измерений диагностических параметров, получаемых по результатам постобработки, со среднестатистическими границами «спектральной истории» конкретного рулевого устройства конкретного судна, формируемой в процессе эксплуатации при различных типах и режимах маневрирования судна в различных видах ледовых условий, а также с исходными ориентировочными данными результатов предварительного виртуального имитационного динамического моделирования.
2. Устройство для реализации способа безразборной диагностики изменений технического состояния судовых рулевых устройств в результате воздействия ледовых нагрузок по п. 1, содержащее комплекс датчиков измерений, комплекс аппаратно-программных средств управления процессом измерений, сбора и обработки данных измерений, отличающееся тем, что в используемые в качестве первичных средств измерений в составе устройства двухкомпонентный акселерометр, устанавливаемый на головке баллера, заменен на два трехкомпонентных пьезоакселерометра, устанавливаемых на головку баллера и в зоне фундамента рулевого устройства; тензорезистивный сенсор измерения деформаций скручивания шейки баллера заменен двумя полномостовыми тензорезистивными сенсорами с ориентацией решетки под 45° измерения крутящего момента и с ориентацией решетки под 90° осевого усилия на шейке баллера; в качестве первичных средств измерений в состав устройства введены двенадцать полномостовых тензорезистивных сенсоров с ориентацией решетки под 90° измерения деформаций растяжения/сжатия, устанавливаемых по окружности на вертикальной плоскости наружного корпуса подшипника, и двенадцать полномостовых тензорезистивных сенсоров с ориентацией решетки под 90° измерения деформаций растяжения/сжания, устанавливаемых по окружности на горизонтальной плоскости наружного корпуса подшипника.
3. Устройство для реализации способа по п. 2, отличающееся тем, что в состав устройства введен электронный многоканальный блок управления, сбора и первичной обработки данных измерений включающий: восемь модулей ввода/вывода, обеспечивающих: формирование и подачу на сенсоры сигналов возбуждения; прием, фильтрацию и АЦП-преобразование аналоговых сигналов, поступающих от сенсоров; контроллер реального времени со встроенным программным обеспечением, задающий режим процесса измерений (диапазоны сигналов возбуждения, диапазоны частот дискредитации и точности, диапазоны полос и фильтрации, диапазоны усиления, временные режимы для каждого вида измерений, режимы синхронизации всех видов измерений), а также прием данных измерений от датчиков и их передачу на сервер; программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС) как программируемый микропроцессор, обеспечивающая реализацию логического алгоритма управления процессом измерений согласно устанавливаемого регламента, включая порядок двухстороннего обмена данными между модулями ввода/вывода и контроллером.
4. Устройство для реализации способа по п. 2, отличающееся тем, что в состав устройства введены: сервер; рабочее место оператора, состоящего в свою очередь из системного блока компьютера со встроенным программным обеспечением, монитора и клавиатуры; трех клиентских рабочих постов, состоящих в свою очередь из системного блока компьютера со встроенным программным обеспечением и монитора, установленных в специализированных помещениях судна и соединенных судовой локальной сетью Ethernet передачи данных измерений и сигналов управления.