SU1703991A2 - Устройство контрол технического состо ни механических объектов по вибрационным нагрузкам - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к диагнйстиче- скому приборостроению и позвол ет повысить точность оценки технического состо ни  объектов по услови м вибрации. Цель изобретени  - повышение точности контрол  технического состо ни  объекта при возникновении в нем несимметричных вибрационных циклов. Повышение точности обеспечиваетс  с помощью дополнительно введенных в устройство контрол  дискриминатора разнопол рных амплитуд и формировател  короткого импульса. 1 э. п. ф-лы, 2 ил.

Description

Ё

Изобретение относитс  к диагностическому приборостроению, может использоватьс  дл  контрол  технического состо ни  механических объектов, подвергающихс  вибрационным нагрузкам, в частности при рэзбалансировках вращающихс  частей,например у турбомашин, и  вл етс  усовершенствованием изобретени  по авт. св. № 920393.

В основном изобретении по авт. св. № 920393 описано устройство, содержащее последовательно соединенные датчику вибрационных нагрузок, накопитель и индикатор , а также включенные между датчиком вибрационных нагрузок и входами накопител  каналы фиксации уровн  вибрационных нагрузок, расположенные в пор дке возрастани  фиксируемого уровн  вибрационных нагрузок, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных входного спускового блока, триггера и эле мента совпадени , тактовый спусковой

блок, вход которого соединен с входами входных спусковых блоков, а инверсный его выход-с дополнительным входом каждого элемента совпадени , и элемент ИЛИ, каждый вход которого соединен с выходом элемента совпадени  каждого канала, выход его соединен с инверсными входами триггеров , а накопитель выполнен в виде двоичного счетчика,  чейки младших разр дов которого соединены входами с выходами соответствующих каналов фиксации уровн  вибрационных нагрузок, выход каждого триггера, за исключением первого канала фиксации уровн  вибрационных нагрузок, соединен с инверсным входом элемента совпадени  предыдущего канала фиксации уровн  вибрационных нагрузок.

Недостатком данного устройства  вл етс  снижение точности контрол  в случа х,

когда вибрации имеют несимметричный характер . Действительно, устройство реагирует на пиковые значени  вибраций одной

ч4 О СО Ю Ч)

ю

1ККПФ1К .1. l (п i : ,п : ,. ; ;i . ; i ТС ЛЫ ую) M IIO. iTi f , ;nO M4i . I i.i только мри (,1 мм,л i I -Mit , .i , - :.: : ПП.чОВОе ; l /;MO-i .: . 11 с ; i . И i ,1 р,ч- C1И n.r.pjr 1C i p.i I...., ;и p -i (.. ;г.м .i r,.j r.iy значении:. ; pi i;-: н:м Ч(. и по.чпршкл п. В ni u o...:., - Н(.р; чн  i lO.-. обьоктоп, не; ip i-:p в лом Мс пчнн, n 1 г:рти- ка ыюй ппоггп .л и ., пссгмг.-ч: рим-ii in характер, что и обус юв шпао пм -.ночную

llOrpClUHOCIh .(. МфПЯ Я И3-.0 ПОЯВМенИЯ J

оиОрационпых циклах посго чшой составл ющей (сп., например, в тгчмо грозного напр жени  цимм n кн П. Ulr.p;:r.T v .ia-  ость м тал сп . M.: L1:H ;i r or., 1953, с. 87 00)

ЦОЛЬ II ЗрГ р ЛГ: ivi - lion lii. Чи иЩсги ко:п r.ub i. i ;e ,:i:: :.i..; :ii о (.ос.тг-. ич   объекта при пог.чикнппонии n ном нст.имм- мстричиых риГ|рациопн..1х мик уп.

Указанна  цоль достигаотсл тем. чю ус- гро.ил::п дискрлшмнаюром раз- пспол р ых амппитуд и ормиргс короткого импульса, при эгом перш.т хо/ч дискриминатора разнопо  рных амппитуд соединен с входом тактового спускогзого G/юко, его второй оход соединен с РЫХОДОМ тактовою спускового блока через формиро- ticiic/ib короткого иг-чт/г.ьоа, з его гыход соединен с допо/ыи ге  .ными пходами входных )ых ь/iOKOD каналов фиксации уровн  г.1и(. рацчонных нагрузок.

Дискриминатор рознопол. фных амплитуд содержит дп-ч детектора, три компаратора , задатчик, диа интегратора, четыре ключа, триггер и сумматор, при эгом нходы пероого, второго дегектопогз и первый пход третьего компаратора объединепь( и образуют ticpoLHTi вход дискриминатора, выход первого детектора соединен спорном входом первого компаратора и через коммутирующую цепь третьего ключа - с входом пероого ишеграюра, .ьчиунтирочаино о ксг мутиру- ющой цепью первого ключа, ыход второго детектора соединен с пераым входом второго компаратора киммутируюш.ую цепь четвертого ключа -- с входом У юрою интегратора , зашунтпрованпого коммуифующои цепью второго ключа, первый и торой входы сумматора сое; ннсны с итормми вхо;;оми соответствующих пер-К ГО И . .US r Tp 4TOроп и выходами cooineicTKyjouvix первого и второго интеграторов, в ч/оды первою и второго компараторов соединены соотгмл-CTfiCIIHO С УПРОЩАЮЩИМИ ;:ОДа1- Н TpOIL-erO

и четверки о кг;,о 1ей. ni /.од з; п;пчпка соединен с вторым вводим третье; о комплрато- р-з, выход которого соединен с пр мым входом тр птера, управл ющие входы иер .. Ч О И i i . ;р;.- г К П;; ЧО1, 1 r.(.i(/).4UjMM (.: 1м; - . ipllili-pa, I HiiOpCHI.M Г.ХСД

. ; i : ,: О . i r:i hi op. -1 ,.o,i,)M дпскрп- i ч-;|,1ь,р.ч (I:J;;IIOIIQ;I .. jitu ix iM i. i; ;у;1. :-,ixo;;ti i -1 i :;. ; , ; :.IM (гч i iii.o, r.y iM i i opa.

I .-: i j- ПР ii y;..rpo . ii;i i о гг.HI ро ;1 / искP HM . ri.. :p.1 рГП. И .ПОТЛрНЫХ ОЛ1ПЛН1УД i;oa j neT плодит, корректною в усюпкп n ;(./: ч i.. ix спусковых Ологоа |; пна ов фиксл0 ц;;, yi. ь иПрацп опных нагрузок пгш по влении з контролируемом сигнале посточн.чой составл ющей и гсм самым более |;р ; шл,но оценивать техническое состо ние механического объекта. Одним из

5 пыпа .ений коррекшровки уславок может служить модифпцпровлииос условие ГудмаИг |

Or

ffo

о.

пр

где оу пределы усталости при симметричном д кле; (Jo - сродное значение папр хенм  (пгсто пн.:) соегавлчюща ); (/пр - предел

прочности материала.

Применение в устройстое контрол  бы- гл родсйстByiouturo дискриминатора разно- пол рных амплитуд по предложенной схеме и формировател  короткого импульса гюзгаол ет осугиестл ть дифференцированную коррекцию дли каждого вибрационного колебани , что наиболее важно при случайном характере вибрации.

Устройство контрол  технического состо ни  механических объектов по вибрационным нагрузкам (фиг. 1) содержит датчик 1 вибрационных нагрузок, накопитель 2; индикатор 3, каналы 1 фиксацииуроон вибрационных нагрузок, входной спусковой блок

5, триггер 6, элемент 7 совпадений, тактовый спусковой блок 0, элемент ИЛИ 9,  чейки 10 накопител , кнопку 11 сброса информации, дискриминатор 12 разнопо- л рных амплитуд, формирователь 13 короткого импульса.

Дискриминатор разнопол рных амплитуд (фиг. 2) содержит первый 4 и второй 15 детекторы, первый 16 второй 17 и третий 18 компараторы, задагчик 19, первый 20 и вгорой 21 иптегрзюры, первый 22, второй 23, третий 24 и четвертый 25 ключи, триггер 2G и сумматор 27.

Устройство содержит датчик I вибраци- оипь х нагрузок, последовательно соедини иные накопи ; ель 2, индикатор 3, включенные между датчиком 1 вибрационных нагрузок и входами накопител  2, каналы 41, 42, ..., -in фиксации уровн  вибрзционних нагрузок, расположенными в пор дке возрастани  фиксируемого уровн  вибрационных HOI рузок, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных сходного спускового блока 5, триггера 6 и элемента 7 г.опладсни , тактовый спусковой блок И, вход которого соединен с входами входных спусковых блоков 5, а инверсный выход - с дополнительным входом каждого элемента 7 совпадени , элемент ИЛИ 9, каждый вход которого соединен с выходом элемента 7 совпадени  каждого канала, выход его соединен с инверсными входами триггеров 6, причем накопитель 2 выполнен о виде двоичного счетчика,  чейки 10ь Юг, ...10п младших разр дов которого соединены входами с выходами соответствующих каналов 4i. 42. .... 4„ фиксации уровн  вибрационных нагрузок, выход каждого триггера 6, за исключением триггера первого канала 4i фиксации уровн  вибрационных нагрузок, соединен с инверсным входом элемента совпадени  предыдущего канала фиксации уровн  вибрационных нагрузок, и кнопку 11 сброса информации. Устройство содержит также формирователь 13 короткого имлульса, вход которого соединен с выходом тактового спускового блока 0, и дискриминатор 12 разнопол рных амплитуд, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами датчика 1 вибрационных нагрузок и выходом формировател  13 короткого импульса.

Дискриминатор 12 раэнопол рных амплитуд представл ет собой блок, формирующий на выходе аналоговый сигнал UB. пропорциональный разности иковых значений (амплитуд) переменного напр жени , т.е. UB U+ I-IU-I , где U+ и U- - пиковое значение соответственно положительной и отрицательной полуволны (амплитуды) переменного напр жени . Таким образом, значение UB примерно характеризует посто нную составл ющую контролируемого сигнала . Учитыва  случайный характер вибрации, предложена схема быстродействующего дискриминатора, выдающего требуемое значение величины UB IU+I - IU-I в конце (с последней четверти) каждого периода вибрационного колебани . Дл  этого дискриминатор 12 разнопол рных амплитуд содержит два разнопол рных детектора 14, 15, три компаратора (нуль-органа) 10-18, задатчик 19, два интегратора (накопител  аналоговой информации) 20, 21, четыре электронных ключа 22-25. триггер 2G и сумматор 27 аналоговых сигналов. Входы обоих детекторов 14, 15 и первый вход третьего компаратора 18 соединены между собой и

образуют первый иход дискриминатора. Первый 20 и второй 21 интеграторы jaiuyn- тированы соответственно выходными цеп ми первого 22 и второго 23 ключей, 5 управл ющие входи которых соединены с инверсным выходом триггера 26. Выход первого детектора 14 соединен с первым сходом первого компаратора 16 и через выходную (коммутирующую) цепь третьего

0 ключа 24 с входом первого интегратора 20, а выход второго детектора 15 соединен с первым входом второго компаратора 17 и через выходную (коммутирующую) цепь четвертого ключа 25 с входом второго интегра5 тора 21. Второй вход первого компаратора 1G соединен с выходом первого интегратора 20 и первым входом сумматора 27. Выход первого компаратора 16 соединен с управл ющим входом третьего ключа. Второй

0 вход второго компаратора 17 соединен с выходом второго интегратора 21 и вторым входом сумматора 27, выход которого  вл етс  выходом дискриминатора Инверсный вход триггера 26  вл етс  вторым входом

5 дискриминатора 12. а пр мой вход триггера 26 соединен с выходом третьего компаратора 18, второй вход которого соединен с за- датчиком.

Ключи 22-25 на фиг. 2 показаны в виде

0 блока, обозначенного одним транзистором. Наиболее целесообразным дл  этих ключей  вл етс  использование электронных коммутаторов , например, микросхем восьми- электронного коммутатора типа 543 КНЗ.

5Детекторы 14, 15 выполн ютс  в виде прецизионных выпр мителей, лучше на базе операционных усилителей, например, на базе микросхем 553 УД2 с диодами в цепи обратной св зи. Измен   пол рность вклю0 чени  диода, добиваютс  изменени  реагировани  детектора на положительную или отрицательную полуволну переменного напр жени .

Компараторы 16-18 представл ют со5 бой электронные усилители, выдающие на выходе дискретный логический сигнал при превышении значени  одного аналогового сигнала AI значени  другого аналогоного сигнала А2, т.е. при условии AI А.

0Задатчик 19 в простейшем случае выполн етс  в виде регулируемого потенциометра .

Интеграторы 20. 21 представл ют ссбой фиксаторы величины аналогового сигнала

5 на входе и выполн ютс  в виде о опционных усилителей с гибкой отрицательной обратной св зью.

Формирователь короткого импульс.) 13 может быть выполнен по различным схемам . Формирователь может быть выполнен

на транзисторном усилителе и дпух инверторах . Один инвертор включен на входе усилител , а второй на ее выходе. При этом между входным инвертором и входом усилител  дл  обеспечени  короткого импульса включен конденсатор.

В качестве датчика 1 вибрационных нагрузок могут быть использованы любые промышленные датчики вибрации, выдающие сигнал, пропорциональный виброскорости контролируемого узла. Общее количество п  чеек 10 накопител  2 должно соответствовать максимальному числу N регистрируемых циклов. Например, при млн. .

Устройство работает следующим образом .

В отсутствие вибрационных нагрузок перед началом эксплуатации механическог о объекта накопитель 2 устанавливаетс  в нулевое положение нажатием кнопки 11 сброса информации, все входные спусковые блоки 5 и тактовый спусковой блок 8 заперты , на выходе триггеров 6 присутствует логический нуль. Триггер 26 дискриминатора рэзнопол рных амплитуд 12 (фиг. 2) также находитс  в отключенном состо нии. Логическа  единица, выдаваема  триггером 26 с инверсного выхода на вход ключей 22, 23. вызывает их срабатывание, в результате чего интеграторы 20, 21 оказываютс  за- шунтироваиными и напр жение UB. выдаваемое с выхода в дискриминатора 12 (с выхода сумматора 27) на дополнительные входы входных спусковых блоков 5, равно нулю, так как IU+l-IU-lmJB-llM-IU-l-0.

Напр жение на выходе сумматора 27 в конце каждого периода вибрационного колебани  равно нулю (), а при поступле- нии на вход дискриминатора 12 рэзнопол рных амплитуд симметрично переменному напр жению. Это объ сн етс  следующим. Схема устройства построена так. что она реагирует на пиковые значени  напр жений одной пол рности (например положительной). Поэтому в начале контролируетс  отрицательна  полуполна напр жени , а затем положительна .

Рассмотрим более подробно работу дискриминатора 12 разнопол рных амплитуд. При поступлении на его первый вход а (фиг. 2) отрицательной полуволны переменного напр жени  UBX срабатывает третий компаратор 18: на его выходе по вл етс  единичный логический сигнал, который включает триггер 26. На инверсном выходе триггера 26 логический сигнал становитс  равным нулю, в результате чего отключают- с  первый 22 и второй 23 электронные ключи , обеспечива  возможность накоплени  информации интеграторами 20, 21. Синхронно со срабатыванием третье о комгыра- тора 18 начинает детектирование сигнала первый детектор 14, вызыва  срабатывание первого компаратора 16 и соответственно

срабатывание третьего ключа 24. По мере роста уровни сигнала на выходе детектора 14 растет уровень сигнала U- и на выходе первого интегратора 20. Этот процесс продолжаетс  до момента, определ емого пи0 ковым значением отрицательной полуволны переменного напр жени  UBX на первом входе а дискриминатора 12, после чего первый компаратор 16. третий ключ 24 отключаютс  и первый интегратор 20 перехо5 дит в режим хранени  аналоговой информации о значении отрицательной амплитуды U. Посла того как входное напр жение UBX изменит пол рность на положительную, начнет выдавать аналого0 вый сигнал второй детектор 15. С по влением положительной полуволны срабатывает второй компаратор 17 и соответственно четвертый ключ 25, подключающий вход второго интегратора 21 к второму детектору 15. В

5 течение всей третьей четверти периода переменного напр жени  UBX второй интегратор 21 отслеживает рост напр жени  U+ положительной полуволны, после чего он также переходит в режим хранени  инфор0 мации. Одновременно с накоплением поступающей информации и хранением ее в интеграторах в сумматоре 13 осуществл етс  операци  математического вычитани  UB IU+I -I U-l . В первую и вторуючетвер5 ти периода напр жени  UBX выходной сигнал UB определ етс  напр жением отрицательной полуволны U-, поскольку . Этот сигнал UB, подаваемый на дополнительные входы входных спусковых блоков 5 каналов

0 4 фиксации уровн  вибрационных нагрузок, приводит только к загрублению (увеличению уставок) этих блокоо и не приводит их к ложному срабатыванию. В третью четверть периода напр жени  UBX начинаетс  алгеб5 раическое сложение сигналов и результирующий сигнал UB уменьшаетс , в результате чего уставки входных спусковых блоков 5 уменьшаютс , доход  до требуемого откорректированного уровн  о момент пикового

0 значени  переменного напр жени  UBX. Если посто нна  составл юща  во входном сигнале UBX отсутствует, то напр жение корректировки равн етс  нулю, т.е. . Если же пиковое значение IU+I положительной

5 полуволны входного напр жени  UBX no абсолютной величине больше пикового значени  U- отрицательной полуволны входного напр жени  UBX, то напр жение корректировки положительно и оно приводит к пони- жениюуставок входных спусковых блоков 5.

D . OHI..C каждого периода вибрационного колебани  на второй вход б дискриминатора разнопол рных амплитуд от тактового спускового блока 8 через формирователь 13 короткого импульса поступает логическа  единица, переключающа  триггер 26 в исходное состо ние. В результате срабатывают первый 22 и второй 23 ключи, шунтиру  первый и второй интеграторы, чем осуществл етс  быстрый разр д их конденсаторов и соответственно стирание накопленной информации. Таким образом, со следующего периода процесс накоплени  и сравнени  информации на нет повтор тьс , как описано выше.

Рассмотрим работу устройства контрол  в целом.

При симметричных вибрационных нагрузках контролируемого объекта с уровнем ниже минимального фиксируемого уровн  периодически открываетс  только тактовый блок 8, но информаци  в накопитель 2 не проходит, так как элементы 7 совпадени  заперты напр жени ми с выхода триггеров б. При вибрационных нагрузках о диапазоне периодически открываютс , помимо тактового спускового блока 8, входные спусковые блоки 5 первого или нескольких первых каналов фиксации уровн  вибрационных нагрузок,.соответствующих меньшим фиксируемым уровн м, в результате чего срабатывают триггеры б тех же каналов, а на их выходе по вл етс  логическа  единица . По окончании очередной положительной полуволны вибрационной нагрузки тактовый спусковой блок 8 закрываетс , запрещающий сигнал, поступающий с его инверсного выхода на дополнительные входы элементов 7 совпадени , исчезает, но выходной сигнал триггера 6 проходит через элемент 7 совпадени  только в последний из указанных выше каналов, так как о каждый из остальных элементов 7 совпадени  закрыт по инверсному входу сигналом триггера следующего канала. С выхода открытого элемента 7 совпадени  сигнал поступает одновременно на вход соответствующей  чейки младших разр дов накопител  2 и на один из сходов элемента ИЛИ 9, выходной сигнал которого переводит все триггеры 6 в начальное состо ние, после чего устройство готово к регистрации новой положительной полуволны вибрационной нагрузки.

Таким образом, в накопителе 2 регистрируетс  абсолютное число импульсов с уровнем вибрационных нагрузок в интервале VI-VG (например, импульсы с уровнем V2), а каждый импульс в интервале Va-V - в виде двух импульсов, в интервале - в виде четырех импульсов и т.д. Одно и то же

число, регистрируемой индикт юром 3. характеризует одну и ту же степень износа материала машины, независимо от изменений вибрационных нагрузок п процессе сче- 5 та.

Если контролируема  датчиком 1 вибраци  содержит посто нную составл ющую, то дискриминатор 12 разнопол рных амплитуд на дополнительные входы входных

0 спусковых блоков 5 подает аналоговые сигналы , измен ющие уровень их срабатывани . В результате этого действие устройства определ етс  характеристикой о- f(N). Введение в устройство контрол  диск5 риминатора разнопол рных амплитуд обеспечивает коррекцию порога срабатывани  входных спусковых блоков, что позвол ет более правильно производить оценку количественного износа вибрирующего механи0 ческого обьекта при наличии в колебани х посто нных составл ющих, возникающих, например, под действием сил земного прит жени .

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   5 1. Устройство контрол  технического состо ни  механических объектов по вибрационным нагрузкам по авт. св. Ns 920393, отличающеес  тем, что. с целью повышени  точности, оно снабжено дискримина0 тором разнопол рных амплитуд и формирователем короткого импульса, при этом первый входдискриминатора разнопол рных амплитуд соединен с входом тактового спускового блока, его второй вход

   5 соединен с выходом тактового спускового блока через формирователь короткого импульса , а его выход соединен с дополнительными входами входных спусковых блоков каналов фиксации уровн  вибрационныхна0 грузок.
2. 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с   тем, что дискриминатор разнопол рных амплитуд содержит два детектора, три компаратора , задатчик, два интегратора, четы5 ре ключа, триггер и сумматор, при этом входы первого, второго детекторов и первый вход третьего компаратора объединены и образуют первый вход дискриминатора, выход первого детектора соединен с пер0 вым входом первого компаратора и через коммутирующую цепь третьего ключа с входом первого интегратора, зашунтироианнс- го коммутирующей цепью первого ключа, выход второго детектора соединен с первым

   5 входом второго компаратора и через коммутирующую цепь четвертого ключа -с входом второго интегратора, зашунтированного коммутирующей цепью второго ключа, первый и второй входы сумматора соединены с вторыми входами соответствующих перпого

   и isioporo компзратороп и выходами соответствующих мерного и пторого интеграторов , выходы пер йог о и второго компараторов соединены соответственно с управл ющими входами третьего и четвертого ключей, выход зэдатчика соединен с вторым входом третьего коммутатора, выход которою соединен с пр мим входом триггера, управл ющие пходы первого и йюрого ключей соединены с инверсным выходом триггера, инверсный вход которого  вл етс  вторым входом дискриминатора разнопл рных амплитуд, выход которого  вл етс  выходом сумматора.

   Ш.1

   Риг.2.