Способ измерения энергетической ширины спектральной составляющей вибрации машин
METHOD FOR MEASURING ENERGY WIDTH OF SPECTRAL COMPONENT OF MACHINE VIBRATION

Изобретение относится к диагностике дефектов роторных машин, в частности их кинематических пар, дефекты которых приводят к изменению ширины и формы спектральных составляющих, и может быть использовано при оценке технического состояния их зубчатых зацеплений.
Из уровня техники «Совершенствование методов вибродиагностики износа зубьев шестерен дифференциального редуктора турбовинтового двигателя» // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королева (национального исследовательского университета). Аэрокосмическая техника, технология и машиностроение. 2018. Т. 17, №3. С. 16-26. DOI: 10. 182872541-7533-2018-17-3-16-26. Авторы Авраменко А.А, Крючков А.Н., Плотников С.М., Сундуков А.Е., Сундуков Е.В., известен способ диагностики боковых поверхностей зубьев шестерен редуктора, по которому определяют величину износа по оценке ширины спектральной составляющей в ее нижней части в месте пересечения огибающей с общим вибрационным фоном.
Недостатком известного способа диагностики износа является невысокая чувствительность, связанная с тем, что износ приводит не только к увеличению ширины спектральной составляющей, но и изменению ее формы.
Самым близким по своей технической сущности является способ измерения энергетической ширины дискретной спектральной составляющей шума источника описанный в патенте №2245605 с приоритетом от 17.02.2003 г. включающий прием сигнала шума источника, измерение формы и ширины дискретной спектральной составляющей сигнала шума источника, отличающийся тем, что перед измерением формы и энергетической ширины дискретной спектральной составляющей сигнала шума источника формируют управляющий сигнал, зависящий от параметров относительного движения источника и приемника шума, а затем с использованием этого управляющего сигнала осуществляют преобразование временного масштаба принятого сигнала шума.
Недостатком данного способа является сложность его осуществления.
Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение и повышение чувствительности измерения энергетической ширины спектральной составляющей вибрации машин.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что способ измерения энергетической ширины спектральной составляющей вибрации машин включающий прием сигнала и его обработку, причем сигнал вибрации с вибропреобразователя обрабатывается до получения узкополосного спектра с шагом меньше ширины исследуемой спектральной составляющей до получения сглаженной формы ее огибающей, далее определяют ширину на двух заданных уровнях от ее максимума и рассчитывают их разницу, полученную величину сравнивают с предварительно установленной нормой и по результатам сравнения определяют состояние объекта. Принимают сигнал с вибропреобразователя, перед измерением ширины спектральной составляющей, определяют спектральную плотность мощности с шагом меньшим ее ширины при сглаженной форме, определяют ширину на двух уровнях от максимального значения и рассчитывают их разность. Расчет спектральной плотности мощности необходим для уменьшения влияния вибрационного фона на оценку ширины. Расчет разности позволяет учесть изменение формы спектральной составляющей. Заявленный технический результат обеспечивается за счет того, что измерение энергетической ширины спектральной составляющей производят по разнице ее ширины на двух уровнях относительно максимального значения, берут их разность и сравнивают с установленной нормой.
1
2
1
2
Способ применяется следующим образом. Сигнал вибрации с вибропреобразователя обрабатывается с целью получения спектральной плотности мощности с минимальном шагом при сглаженной ее форме и определяют ширину на двух заданных уровнях от максимума. Далее рассчитывают их разность. На фигуре 1 проиллюстрирован пример использования предлагаемого способа оценки изменения параметров спектральной составляющей при износе боковых поверхностей зубьев солнечной шестерни и сателлитов дифференциального редуктора одного из турбовинтовых двигателей. Была проанализирована спектральная составляющая зубцовой гармоники пересопряжения зубьев пары «солнечная шестерня - сателлиты» по 12 двигателям с разной степенью износа перед их ремонтом при работе двигателя на максимальном режиме. Ширина спектральной составляющей определялась в нижней ее части (Δ), в месте пересечения ее огибающей, справа и слева с общим вибрационным фоном и на уровне 0.5 (Δ) от максимального значения. Коэффициент парной линейной корреляции полученных данных r=0.92, уравнение аппроксимации - у=649.5х-9.920. По 18 турбовинтовым двигателям с дифференциальным редуктором после ремонта была получена статистика разности (Р=Δ-Δ) для отремонтированных редукторов. По полученным данным, в соответствии с ГОСТ Р ИСО 13373-2-2009 [1], рассчитано эталонное значение
p
где  S - соответственно среднее и среднеквадратическое значения.
p
p
э
Для рассматриваемого случая -  S=2.21 Гц. Приняв перед S среднее значение коэффициента (2.65) получим Р=13.36 Гц. Как видно из данных графика на фигуре 1, превышение установленной нормы отмечается для одного из двигателей с максимальным износом (0.036 мм), на котором выявлена трещина на рабочей лопатке компрессора, вызванная резонансными колебаниями, возбуждаемыми вибрацией, генерируемой повышенным износом. Источник [1] - Контроль состояния и диагностика машин. Вибрационный контроль состояния машин. Часть 2. Обработка, анализ и представление результатов измерения вибраций. ГОСТ Р ИСО 13373-2-2009. М.: Стандартинформ. 33 с.