УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ СТУПИЧНОГО ПОДШИПНИКА

Полезная модель устройства относится к измерительной технике и может быть использована для диагностики состояния ступичных подшипников.
Из предшествующего уровня техники известно устройство диагностики состояния ступичного подшипника 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, отличающееся тем, что устройство 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 (см. патент РФ №85230, МПК G01M 13/04, опубл. 27.07.2009).
Реализуемое известным 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.
Недостатками при использовании известного, принятого за прототип устройства, являются: сложность формализации и дальнейшего использования результатов диагностики для принятия решения о состоянии подшипника по данным, полученным, от устройства. Также применение диагностирования, проводимого путем оценки взаимной корреляционной функции изменения электрических и вибрационных параметров, характеризующих процессы, протекающие в зоне трения работающего подшипника, не позволяет оценить локальные дефекты и состояние смазочного слоя.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в формализации и упрощении получения информации о техническом состоянии ступичного подшипника.
Данная задача достигается за счет того, что устройство диагностики состояния ступичного подшипника, характеризующееся тем, что содержит канал измерения электрического диагностического параметра, который подключается к внутреннему кольцу ступичного подшипника через токосъемник, который подключается к преобразователю сопротивление-напряжение, и канал измерения вибрационного диагностического параметра, который включает в себя последовательно соединенные вибропреобразователь и блок преобразования вибрационного сигнала, а диагностическое решение о состоянии подшипника определяется блоком, который собирает и подготавливает диагностическую информацию, которую передает на заранее обученную искусственную нейронную сеть, используемую для принятия решения о техническом состоянии ступичного подшипника.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является упрощение, автоматизация процесса диагностирования ступичного подшипника, повышение достоверности диагностирования за счет использования искусственной нейронной сети для анализа сигналов вибрационных и электрофлуктуационных процессов в трибосопряжении подшипника.
Устройство поясняется фиг.1, на которой изображена структурная схема устройства диагностики состояния ступичного подшипника.
Устройство, подключаемое с помощью токосъемников 1 к внешнему кольцу 2 и внутреннему кольцу 3 ступичного подшипника, состоит из двух параллельно функционирующих канала измерения вибрационного диагностического параметра 4 и канала измерения электрического диагностического параметра 5. Канал измерения вибрационного диагностического параметра состоит из последовательно соединенных вибропреобразователя 6 и блока преобразования вибросигнала 7. В свою очередь канал измерения электрического диагностического параметра состоит из токосъемников 1 и преобразователя сопротивление-напряжение 8. Каналы 4 и 5 подключены к блоку сбора и подготовки диагностической информации 9, который подключен к заранее обученной искусственной нейронной сети 10.
Устройство работает следующим образом. При воздействии комплекса внутренних параметров ступичного подшипника и режимов его эксплуатации в процессе вращения электрическое сопротивление между внутренним и наружным кольцами непрерывно изменяется. Преобразователь 8 сопротивления в напряжение, подключенный к ступичному подшипнику токосъемниками 1, преобразует флуктуации электрического сопротивления контролируемого подшипника в электрическое напряжение, которое поступает на вход блока сбора и подготовки диагностической информации 9.
Одновременно с помощью вибропреобразователя 6 амплитуда вибрации подшипника преобразуется в электрическое напряжение, которое преобразуется блоком 7, и поступает на вход блока сбора и подготовки диагностической информации 9.
Блок 9 производит вычисление следующих параметров сигналов двух каналов (электрического и вибрационного): максимальное значение амплитуды сигнала, среднее значение сигнала, дисперсия сигнала, стандартное отклонение, максимальное значение автокорреляционной функции. Эти параметры будут являться входными для многослойного персептрона 10 (нейронной сети).
Искусственная нейронная сеть 10 в составе диагностической системы выступает как структура обработки информации, хранения и логического вывода на ее основе. Ее свойства определяются архитектурой, совокупностью синаптических связей и функциями активации нейронов. Диагностическая нейросетевая модель должна обрабатывать большое количество входных параметров объекта диагностирования и факторов прогнозного фона, но также учитывать разнородную информацию о текущих и планируемых режимах функционирования и экспертную обучающую информацию. Обучение нейронной сети - процесс получения весов применительно к определенному типу ступичного подшипника. При обучении предлагается использовать математическую модель ступичного подшипника, изменения характеристик которого полностью контролируются.
Реализуемое предлагаемым устройством диагностирование производят путем анализа диагностических параметров, получаемых с каналов взаимного измерения электрического сопротивления трибосопряжения и вибрации ступичного подшипника, с применением заранее обученной искусственной нейронной сети и принятие решения о состоянии диагностируемого объекта решающим устройством.