Устройство для диагностики подшипников качения

(51)5 6 01 М 13/04 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Инженерный центр информационно-посреднических и конструкторско-технологических услуг при Госснабе СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 941867, кл. 6 01 М 13/04, 1981.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ(56) Использование: в области машиностроения, в частности в устройствах для диагностики подшипников качения. Сущность изобретения: устройство обеспечивает проведение контроля группы подшипников путем непрерывного автоматического опроса состояния точек контроля и возбуждение целенаправленной миграции смазки в полости подшипника, Для этого в качестве датчиков 1 используются пьезоэлектрические защитные шайбы подшипников качения, а устройство содержит коммутатор 2, усилитель 3, фильтр 4, компаратор 5, детектор 6, преобразователь 7 аналог-код, блок 8 памяти, блок 9 сопряжения с ЭВМ 10, генератор 11 переменного сигнала, блок 12 управления и блок 13 индикации, 1 з.п. ф-лы, 5 ил.Изобретение относится к подшипниковой промышленности и может быть преимущественно использовано для диагностики подшипников качения.Известно устройство для диагностики подшипников качения, содержащее последовательно соединенные датчик акустических сигналов, усилитель, фильтр, компаратор, стробирующую схему, интегрирующий частотомер и классификатор выходного сигнала.Недостатком известного устройства является низкая точность диагностики из-за влияния помех.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату являются преобразователи, блок индикации, компаратор и последовательно соединенные усилитель, фильтр и детектор, при этом вход компаратора подключен к выходу фильтра,Однако, известное устройство пассивно констатирует факт превышения шумового порога без активного воздействия на его снижение, контроль производится только на детали, непосредственно прилегающей к подшипнику, т,е. невозможен контроль подшипников, установленных в глубине корпуса, а перед контролем щупом необходимо удалять прокладки, лакокрасочные покрытия и т.п., т,к. они искажают общую картину шумов.Кроме того, недостатком устройства является невозможность проведения автоматического контроля группы подшипников качения путем непрерывного автоматического опроса состояния точек контроля и отсутствие возможности возбуждения целенаправленной миграции смазки в полости подшипника.Цель изобретения - повышение производительности и расширение функциональных возможностей устройства.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для диагностики подшипников качения, содержащее датчики, блок индикации, детектор и последовательно соединенные усилитель, фильтр и компаратор, один вход которого подключен к выходу фильтра, а другой к детектору, введены коммутатор, преобразователь аналог- код,блок памяти, блок сопряжения с электронной вычислительной машиной, генератор гармонического сигнала и блок управления, при этом выходы пьезоэлектрических преобразователей соединены с информационными входами коммутатора, выход которого подключен к входу усилителя, а управляющие входы разрешения - к группе выходов блока управления, первый выход которого соединен с установочным входом преобра 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 зователя аналог - код, а второй выход с управляющим входом разрешения преобразователя аналог- код, информационный вход которого соединен с выходом детектора, а выход - с информационным входом блока памяти, управляющий вход записи которого соединен с третьим выходом блока управления, адресный вход - с четвертым выходом блока управления, первый информационный выход блока памяти соединен с блоком индикации, а второй информационный выход - с первым входом блока сопряжения, первый выход которого подключен к второму информационному входу блока индикации, второй и третий выходы блока сопряжения соединены с первым и вторым входами блока управления, а второй вход - с пятым выходом блока управления, третий вход которого соединен с сигнальным выходом генератора переменного сигнала, вход которого соединен с четвертым выходом блока сопряжения, а выход - с объединенными входами датчиков.Кроме того, цель достигается тем, что в устройстве для диагностики подшипников качения блок управления содержит генератор тактовых импульсов, формирователь временного интервала, формирователь сигнала" Сброс", формирователь сигнала "Запись", элемент ИЛИ - НЕ, делитель на три, делитель на четыре, три триггера, два элемента ИЛИ, дешифратор, счетчик, наборный коммутатор и переключатель, при этом выход генератора тактовых импульсов подключен к входу формирователя временного интервала и к первым входам формирователя сигнала "Сброс" и формирователя сигнала "Запись", выход формирователя временного интервала соединен с вторыми входами формирователей сигнала "Сброс" и сигнала "Запись", с синхронизирующим входом первого триггера и с первым входом элемента ИЛИ - НЕ, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и со счетным входом делителя на три, выход которого соединен со счетным входом делителя на четыре, выход старшего разряда которого соединен с синхронизирующим входом второго триггера, нулевой выход которого соединен с единичным входом первого триггера, единичный выход которого соединен с третьим входом формирователя сигнала "Запись", нулевой выход соединен с вторым входом элемента ИЛИ - Н Е и с синхронизирующим входом третьего триггера, выход второго элемента ИЛИ подключен к нулевому входу второго триггера, выходпервого элемента ИЛИ соединен со счетным входом счетчика, выходы разрядов которого соединены с первой группой вхо50 55 дов переключателя, с информационными входами дешифратора, выход которого подключен к установочному входу счетчика, выходы наборного коммутатора соединены с второй группой входов переключателя, при этом выходы разрядов делителя на четыре являются группой выходов блока управления, выход формирователя сигнала "Сброс" является первым выходом блока, выход формирователя временного интервала - вторым выходом блока, выход формирователя сигнала "Запись" - третьим выходом блока, выход переключателя является четвертым выходом блока, выход третьего триггера - пятым выходом блока, вход первого элемента ИЛИ является первым входом блока, входы второго элемента ИЛИ соответственно вторым и третьим входами блока управления.Кроме того, цель достигается тем, что датчики выполнены в виде пьезоэлектрических защитных шайб подшипников качения,На фиг.1 представлена схема устройства, выполненного согласно данному изобретению; на фиг.2 - схема блока управления; на фиг,3 - схема блока сопряжения с электронной вычислительной машиной; на фиг,4 - схема коммутатора; на фиг.5 - схема и реобразователя аналог - код.Устройство (фиг,1) содержит тестируемые подшипники качения с датчиками 1, которые могут быть выполнены в виде пьезоэлектрических защитных шайб подшил- ников качения или в виде пьезоэлектрических колец, прикрепленных к торцовой поверхности подшипников, коммутатор 2, усилитель 3, фильтр 4, компаратор 5, детектор 6, преобразователь 7 аналог - код, блок 8 памяти, блок 9 сопряжения, Э ВМ 10, генератор 11 переменного сигнала, блок 12 управления и блок 13 индикации. Блок 12 управления (фиг.2) содержит генератор 14 тактовых импульсов, формирователь 15 временных интервалов, формирователь 16 сигнала "Сброс", формирователь 17 сигнала "Запись", элемент ИЛИ - Н Е 18, делитель 19 на три, делитель 20 на четыре, триггеры 21 - 23, элемент ИЛИ 24 и 25, дешифратор 26, счетчик 27, наборный коммутатор 28, переключатель 29.Блок сопряжения (фиг.3) содержит дешифратор 30 адреса, элемент ИЛИ 31, элемент 32 задержки, узел 33 усиления, узлы 34-39 согласования,Коммутатор 2 (фиг.4) содержит кнопочные переключатели 40 и 41, триггер 42, группу ключевых устройств 43 и переключатель 44 режимов.Преобразователь 7 аналог - код (фиг,5) содержит умножитель и счетчик 46. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Устройство работает следующим образом.При появлении в подшипнике дефекта в подшипниковом узле возникают вибрации с частотой, кратной частоте вращения подшипника. Эти вибрации вызывают резонансные колебания датчиков 1, выполненных в виде пьезоэлектрических защитных шайб подшипников качения, Датчики 1 преобразовывают механические колебания в электрические высокочастотные импульсы, которые через коммутатор 2 поступают на усилитель 3, где его мощность повышается до уровня, необходимого для работы фильтра 4. После фильтра 4 сигнал поступает на вход компаратора 5, причем на его выходе образуются импульсы, длительность которых соответствует времени превышения уровня сигнала над эталонным уровнем, который задается с выхода детектора 6 и по величине пропорционален среднему уровню сигнала с временем осреднения, выбираемым в зависимости от требуемого быстродействия устройства. Выходной импульс с компаратора 5 запускает и реобразователь 7.Преобразователь 7 реализует операцию аналого-цифрового преобразования сигналов частотно-временной группы и формирует результат в виде параллельно двоичного кода. С преобразователя 7 импульс записи подается на информационный вход блока 8 памяти и записывается в соответствующей ячейке по адресу, установленному на адресных входах. Информация из блока 8 памяти считывается в блок 9 сопряжения в двоичном коде, а в блок 11 индикации - в двоична-десятичном. Блок 13 индикации конструктивно выполнен в виде двух индикаторных панелей, одна из которых(пассивное устройство) предназначена для отображения в десятичном коде содержимого выбранной ячейки памяти, вторая (активное устройство) - для отображения в двоичном коде комментария дефекта подшипников, поступающего из ЭВМ 10. Блок 12 управления выполнен как автомат с жесткой логикой. При этом триггер 21 предназначен для управления триггером 22, который обеспечивает синхронизацию импульсной последовательности генератора 14 с сигналами запуска блока 12. Пуск последнего производится путем сброса триггера 21 сигналом от тактового генератора 14. Триггер 23 информирует ЭВМ 10 о готовности блока 8 памяти к выполнению операции ввода информации. Блок 9 сопряжения обеспечивает согласование блоков устройства с ЭВМ 10. В качестве ЭВМ может применяться мини -ЭВМ типа "Электроника 100/16 И".Работа устройства состоит в последовательности диагностики каждого отдельного подшипника качения из числа имеющихся в узле (машине) и в активном воздействии на процесс миграции смазки в подшипниковом узле. Циклический опрос датчиков 1 обеспечивается блоком 12 управления путем подачи на управляющие входы коммута-. тора 2 соответствующей последовательности управляющих сигналов, По команде блока 12 срабатывает переключатель 44 режимов коммутатора 2, устанавливая один из кнопочных переключателей 40 и соответствующий триггер 42 в единичное состояние и разрешая, тем самым, прохождение информационных импульсов с соответствующего датчика 1 через элемент И 43.Устройство работает в режимах "Ввод", "Обнуление", "Анализ" и "Повторить". В режиме "Ввод" информация о характере импульсов с выхода компаратора 5, ее весовых коэффициентах и номере подшипника, к которому она относится, вводится в блок 8 памяти, Выводимая из ЭВМ 10 информация состоит из кодов управления и кодов индикации.По окончании анализа состояния блока 8 памяти ЭВМ 10 преобразует сумму накопленных импульсов в величину дефекта, которая отображается в блоке 13 индикации.На первом этапе выполняется опрос регистра состояния ввода, Под регистром ввода в ЭВМ подразумевается блок 8 памяти, под регистром состояния ввода в ЭВМ - триггер 23 блока 12 управления, под регистром вывода из ЭВМ - те элементы устройства, которые используют выводимую из ЭВМ информацию, а именно узел 33 усиления блока 9, блок 13 индикации и элемент ИЛИ 25 блока 12.Элемент 32 задержки блока 9 предназначен для обеспечения требуемых временных соотношений между сигналами данных и сигналами синхронизации в канале ЭВМ.Узел 33 усиления включает в себя два усилителя сигналов генератора 11,На первом шаге выполняется опрос регистра состояния ввода, т.е. триггера 23, ЭВМ 10 выполняет процедуру ввода сигнала с выхода триггера 23 блока 12 управления, При этом ЭВМ 10 выставляет на адрес регистра состояние ввода и выдает сигнал синхронизации активного устройства. Сформулированный на выходе дешифратора 30 адреса блока 9 сигнал подключает выход триггера 23 к узлу 37 согласования, управляя им. Кроме того, сигнал с дешифратора 30, пройдя через элемент ИЛИ 31, элемент 32 зедержки и узел 38, поступает навыход синхронизации пассивного устройства. Получив этот сигнал ЭВМ 10 снимает5 адрес и сигнал для активного устройства ианализирует состояние триггера 23. Если оннаходится в нулевом состоянии (не установлен), то ЭВМ переходит к обслуживаниюдругих устройств. После обслуживания дру 10 гих устройств ЭВМ 10 возвращается к первому шагу работы с данным устройством. Вслучае, если триггер 23 в единичном состоянии (установлен), что говорит о повышенном уровне шумов в подшипнике,15 начинается следующий этап функционирования.На втором этапе осуществляется вводинформации. ЭВМ 10 выполняет процедуруввода одного кодового слова из блока 8 па 20 мяти, адресуясь к нему как к регистру ввода.Сформулированный на выходе дешифрато-.ра 30 сигнал подключает выход блока 9 сопряжения к ЭВМ 10, управляя узлом 34согласования. Кроме того, сигнал с первого25 выхода дешифратора 30, сбрасывает триггер 23, снимая тем самым сигнал готовностиустройства, и через элемент ИЛИ 24, на другой вход которого поступает сигнал низкогоуровня, действует на счетный вход счетчика30 27. Код с выхода разрядов счетчика 27, поступая на адресные входы блока 8 памятичерез переключатель 29, который перед началом работы был поставлен в первое положение, и четвертый выход блока 1235 управления, определяет ячейку, из которойпассивная информация вводится в ЭВМ 10.Ввод заканчивается снятием Э ВМ 10 сигналов синхронизации активного устройства овеличине дефекта в подшипнике и адреса40 регистра ввода по сигналу синхронизациипассивного устройства, что приводит к снятию сигнала на выходе дешифратора 30 исрабатыванию счетчика 27 блока 12. Такимобразом, для передачи в ЭВМ двенадцати45 кодовых слов устройство должно описанный шаг работы выполнять двенадцать раз,При первом выполнении этого шага счетчик27 содержит код "0", а при завершении код"1", тогда как при двенадцатикратном вы 50 полнении второго шага он содержит код"11", а в момент завершения - код "12".Данный код является дешифратором 26, который срабатывает и устанавливает счетчик27 в нулевое состояние,55 Обработка введенной в ЭВМ 10 информации состоит из операций усреднения замеров выходных сигналов датчиков 1 иопераций предварительной обработкисредних значений по алгоритму, причемоперации усреднения предшествует про20 блок 12 управления и в блок 13 индикации. Кроме того, код управления, входящий в состав этого информационного слова и определяющий команду управления "Анализ", 25 передается блоком 9 в генератор 11. Команда "Повторить", также входящая в состав 30 55 верка замеров выходного сигнала каждого из датчиков, которая состоит в сравнении замеров между собой. Целью такой проверки является поиск недостоверных, резко отличающихся замеров, при обнаружении которых ЭВМ 10, генерируя команду "Повторить" переводит систему в режим повторного формирователя замеров на данном шаге,Выводимая из ЭВМ информация состоит из кодов управления "Ввод", "Обнуление", "Анализ"., "Повторить" и кодов индикации состояния в блоке 13 индикации ЭВМ 10 выполняет процедуру вывода, адресуясь к регистру вывода из Э ВМ, Сформированный на выходе дешифратора 30 сигнал, выданный через элемент ИЛИ 31, задержки 32 и узел 38 согласования блока 9 сопряжения также поступит на управляющий вход узла 39 согласования, В результате информация с ЭВМ 10 через узел 30 поступает в информационного слова, передается в блок12 управления по цепи от узла 30 согласования блока 9 на вход элемента ИЛИ 25 блока12. Блоки устройства работают автономно от ЭВМ под управлением блока 12 управления. При этом в исходном состоянии делитель 19, триггеры 22 и 23, счетчики 27 установлены в нуль, а триггер 21 - в единицу. Из последовательности импульсов с выхода генератора 14 тактовых импульсов формирователь 15 формирует последовательность импульсов, длительность которых составляет 1/М, где М - коэффициент умножения 45. Данные импульсы управляют работой формирователей сигналов "Сброс" и "Запись". Временные интервалы и сигналы "Сброс" непрерывно генерируются блоком 12 управления с момента включения устройства и управляют работой преобразователя .7.Нулевой уровень с выхода триггера 21 запрещает выработку сигналов "Запись" формирователем 17, а единичный уровень закрывает элемент ИЛИ - НЕ 18. После выдачи ЭВМ 10 через узел 39 и усилитель 33 сигнала включения генератора 11, что приводит к возбуждению механических колебаний пьезоэлементов и тем самым к - миграции смазки в полости подшипника. После этого ЭВМ отрабатывает повторно цикл "Анализ" и "Повторить", Если в результате этого шумы в подшипнике оказываются 5 10 15 40 45 50 ниже установленного компаратором 5 уровня, система переходит к контролю следующего подшипника. Если же это не так триггер 23 переходит в единичное состояние), ЭВМ выдает информацию о дефекте подшипника на блок индикации, а система переходит к опросу следующего тестируемого места.Требуемый уровень миграции смазки устанавливается при программировании ЭВМ до установки ее в устройство. При записи информации о требуемом уровне в память ЭВМ могут быть занесены данные как об амплитуде, так и о длительности воздействия генератора 11 на пьезоэлементы, эти параметры зависят от типоразмера подшипника, частоты вращения, наличия вибрации всего узла, марки смазки и т.д, и могут изменяться в связи, с этим. Применение ЭВМ позволяет оперативно варьировать этими параметрами,Команда "Повторить" поступает на вход элемента ИЛИ 25, выходным сигналом которого сбрасывается триггер 21, устанавливается в единицу триггер 22, который снимает запрещающие уровни с формирователя 17 сигнала "Запись" и элемента ИЛИ - НЕ 18. Одновременно с тем начинается преобразование замера с датчиков 1 первого подшиг, - ника качения, выход которого подключе;: коммутатором 2 через цепочку усилитель 3 - фильтр 4 - компаратор 5 к информационному входу преобразователя 7, Сформированный к концу измерительного интервала результат контроля записывается в нулевую ячейку блока 8 памяти по сигналу "Запись". После этого счетчик 46 устанавливается в нулевое состояние сигналом "Сброс". По срезу импульса с выхода элемента ИЛИ - НЕ 18 срабатывает счетчик 27, на вход которого импульс поступает через элемент ИЛИ 24, на другом входе которого стоит разрешающий низкий уровень. Содержимое счетчика 27 увеличивается на единицу, и код на выходных разрядах определяет очередную ячейку в блоке 8 памяти, куда записывается новое значение результата, сформулированное в преобразователе 7,Делитель 19 обеспечивает деление на три импульсов с выхода элемента ИЛИ - НЕ 18. Таким образом, состояние делителя 20 изменяется при завершении кодирования каждого третьего замера очередного подшипника, что обеспечивает последовательное подключение посредством управления коммутатором 2 к входу преобразователя 7 датчиков 1 контролируемых подшипников,В момент окончания кодирования замера с четвертого датчика, делитель 20 устанавливается в нулевое состояние. Попереходу уровня на выходе его старшего разряда устанавливается в единицу триггер 21, который останавливает блок 12. При этом выход триггера 21 связан с входом триггера 22, который устанавливается в нулевое состояние по фронту временного интервала, что приводит к установке запрещающих уровней на входах формирователя 17 сигнала "Запись" и элемента ИЛИ - НЕ 18, Устанавливается в единичное состояние триггер 23, который срабатывает по перепаду уровня на выходе триггера 22. По срезу импульса с выхода элемента ИЛИ - НЕ 18 через элемент ИЛИ 24 счетчик 27 срабатывает в двенадцатый раз, что приводит к его сбросу через дешифратор 26. Подготовка информации завершена, устройство готово к ее вводу в ЭВМ и вновь выполняется первый шаг функционирования. Устройство позволяет полностью автоматизировать процесс диагностики как в части обработки, и документирования, так и в части нагрузки и коррекции при сбоях системы, кодирования данных и ввода их в ЭВМ, За счет автоматизации процесса контроля более, чем в четыре раза повышается производительность по сравнению с известным устройством.Использование в качестве пьезоэлементов защитных шайб подшипников качения позволяет производить контроль не только деталей, прилегающих к подшипнику, но и установленных в глубине корпуса, а также исключает необходимость удаления перед контролем прокладок, лакокрасочных покрытий и т.пискажающих общую картину шумов. Формула изобретения 1, Устройство для диагностики подшипников качения, содержащее датчики, выполненные из пьезоэлектрического материала в виде защитных шайб подшипников, блок индикации и последовательно соединенные усилитель, фильтр и компаратор, второй вход которого подключен к детектору, о т ли ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно содержит коммутатор, преобразователь аналог - код,блокпамятии блок сопряжения с электронной вычислительной машиной, генератор переменного сигнала и блок управления, при этом выходы датчиков соединены с информационными входами коммутатора, выход которого подключен к входу усилителя, а управляющие входы разрешения - к групповому выходу блока управления, первый выход которого соединен с установочным входом, а второй выход - с управляющим входом разрешения преобразователя аналог - код, информационнымвходом соединенного с выходом компаратора, а выходом - с информационным входамиблока памяти, управляющий вход записи и5 адресный вход которого соединены соответственно с третьим и четвертым выходамиблока управления, первый и второй информационные выходы блока памяти соединены соответственно с первым входом блока10 индикации и первым входом блока сопряжения, первый вход которого подключен к второму информационному входу блокаиндикации, второй и третий выходы блокасопряжения соединены с первым и вторым15 входами блока управления, а второй вход -с пятым выходом блока управления, третийвход которого подключен к сигнальному выходу генератора переменного сигнала, входом соединенного с четвертым выходом20 блока сопряжения, а выходом - с входамидатчиков,2.Устройство по п.1, отл и ч а ю ще ес я тем, что блок управления содержит генератор тактовых сигналов, формирователь25 временного интервала, формирователи сигналов "Сброс" и "Запись", элемент ИЛИНЕ, делители на три и четыре, три триггера,два элемента ИЛИ, дешифратор, счетчик,наборный коммутатор и переключатель, при30 этом выход генератора тактовых импульсовподключен к входу формирователя временного интервала и к первым входам формирователей сигналов "Сброс" и "Запись",выход формирователя временного интерва 35 ла соединен с вторыми входами формирователей сигналов "Сброс" и "Запись", ссинхронизирующим входом первого триггера и с первым входом элемента ИЛИ - НЕ,выход которого соединен с первым входом40 первого элемента ИЛИ и со счетным входомделителя на три, выходом соединенного сосчетным входом делителя на четыре, выходстаршего разряда последнего соединен ссинхронизирующим входом второго триг 45 гера, нулевой выход которого соединен сединичным входом первого триггера, с единичным выходом соединенного с третьимвходом формирователя сигнала "Запись", анулевым выходом - с вторым входом эле 50 мента ИЛИ - НЕ и с синхронизирующим входом третьего триггера, выход второгоэлемента ИЛИ подключен к нулевому входувторого триггера, второй вход первого элемента ИЛИ подключен к нулевому входу55 третьего триггера, а выход - к счетному входу счетчика, выходы разрядов которого соединены с первой группой входовпереключателя и с информационными входами дешифратора, входами подключенного к установочному входу счетчика, выходынаборного коммутатора соединены с второй группой входов переключателя, при этом выходы разрядов делителя на четыре являются групповым выходом блока управления, выход формирователя сигнала "Сброс", 5 выход формирователя временного интервала, выход формирователя сигнала "Зались",выходы переключателя и третьего триггера являются соответственно первым, вторым, третьим, четвертым и пятым выходами блока управления, второй вход первого элемента ИЛИ и входы второго элемента ИЛИ являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока управления.,П Редак лободяник изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 аказ 997 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5