Компьютеризированная измерительная система контроля подшипников элекрорезистивным методом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Компьютеризированная измерительная система контроля подшипников элекрорезистивным методом

Мишин В.В.,

– разработка механического стенда для испытаний подшипника качения;

– разработка многоканальной измерительной системы, ориентированной на совместное измерение электрических и неэлектрических параметров подшипника;

– выбор методов сбора, преобразования и анализа измерительной информации.

При решении первой из поставленных задач был модернизирован механический испытательный стенд, разработанный на кафедре "Приборостроение, метрология и сертификация". Основные технические характеристики стенда, подробное описание его структурной схемы стенда и принципа действия приведены в работе [3]. Для снятия с подшипникового узла электрического сигнала механический испытательный стенд оснащен графитовыми токосъемными устройствами, соединенными параллельно и расположенными в диаметрально противоположных направлениях относительно приводного вала. Такой способ расположения токосъемных устройств позволил снизить влияние на результаты исследований погрешностей изготовления вала (радиальное биение, овальность, отклонения от соосности). В состав стенда были также добавлены устройства оптической и электромеханической системы измерения частоты вращения колец и сепаратора испытуемого подшипника.

С целью реализации второй и третьей задач было принято решение о разработке специализированной компьютеризированной измерительной системы контроля состояния подшипника качения электрорезистивным методом. подшипник стенд элекрорезистивный

Особенностью разработанной измерительной системы, определившей актуальность ее создания, стал принцип получения сигнала измерительной информации.

Принцип действия известных средств контроля [4, 5] основан на том, что к подшипнику подводят постоянное напряжение U = 50…100 мВ и измеряют флуктуации электрического тока. Этот метод позволяет оценить параметры электрической проводимости подшипника качения и параметр , обратный средней проводимости.

Электрорезистивный метод контроля основан на использовании параметров функции электрического сопротивления подшипника, в частности, среднего значения сопротивления. Анализ принципов получения параметров и показал, что эти диагностические параметры не тождественны [6]. Поэтому возникла необходимость в создании средства контроля состояния подшипника, основанного на подведении к подшипниковому узлу стабильного электрического тока I = 0,5…1 мкА и измерении флуктуаций электрического напряжения, несущих информацию о сопротивлении контролируемого подшипника. Данный физический принцип заложен в основу разработанной измерительной системы.

Описание измерительной системы

В соответствии с физическим принципом измерения параметров функции электрического сопротивления подшипника, разработана обобщенная структурная схема измерительной системы (рисунок 1).

Согласно структурной схеме, измерительная система включает в себя объект контроля (подшипник 1), токосъемное устройство 2, источник электрического тока 3, преобразователь сопротивления в напряжение 4, унифицирующий усилитель 5, аналого-цифровой преобразователь 6, персональный компьютер 7 и блок оценки неэлектрических параметров подшипникового узла 8 (частоты вращения вала и сепаратора, температуры деталей и т.п.).

При вращении вала подшипникового узла происходит непрерывное изменение толщины смазочной пленки между рабочими поверхностями тел и дорожек качения подшипника, что приводит к флуктуациям его электрического сопротивления. Преобразователь 4 преобразует сопротивление подшипника в электрическое напряжение, которое, получив требуемый диапазон изменения в унифицирующем усилителе 5, поступает на первый вход аналого-цифрового преобразователя 6. На второй вход аналого-цифрового преобразователя поступает выходной сигнал блока 8 оценки неэлектрических параметров подшипникового узла. Выходные сигналы аналого-цифрового преобразователя обрабатываются в персональном компьютере 7 по соответствующим алгоритмам.

Источник электрического тока, позволяющий преобразовывать сопротивление подшипника в напряжение, собран на основе полевого транзистора КП 103М. Основным требованием к источнику является стабильность значения тока, так как, согласно работе [7], электрический ток I = 10…100 мкА может быть достаточным для пробоя смазочной пленки в подшипнике, что снижает достоверность результатов контроля.

С целью повышения надежности стабилизации значения тока источник защищен от внешних воздействий (влияния электромагнитных и тепловых полей, механических ударов и вибраций) путем удаления от механического испытательного стенда, экранирования и термостатирования. Аттестация источника в статическом режиме работы позволила оценить значение электрического тока: I = 1 мкА 10 % (доверительная вероятность 0,95). Результат получен при многократном измерении напряжения (50 отсчетов для каждой точки) при изменении сопротивления в диапазоне 0,01…1107 Ом). Оборудование: набор образцовых резистивных мер ММЭС Р 3026, прибор комбинированный цифровой Щ 301-1.

Согласно многочисленным работам, посвященным вопросам контроля и диагностирования подшипников качения, в частности, работе [6], сопротивление подшипника флуктуирует в достаточно широких пределах. Поэтому погрешность стабилизации тока

I = 10 % может быть допустимой при решении практических задач контроля состояния подшипника и при большей части задач экспериментальных исследований.

В состав измерительной системы входит также аналого-цифровой преобразователь, в качестве которого использована плата аналого-цифрового преобразования ЛА-н 10М 6PCI, работающая в составе персонального компьютера типа IBM PC/AT [8].

Плата аналого-цифрового преобразования ЛА-н 10М 6PCI обладает следующими техническими характеристиками:

Плата предназначена для преобразования аналоговых сигналов в цифровой код, удобный для дальнейшей компьютерной обработки. Плата работает как составная часть компьютера и в зависимости от программного обеспечения выполняет различные функции, связанные с обработкой результатов аналого-цифрового преобразования.

Результаты проверки работоспособности измерительной системы

Подшипник является сложным объектом, подверженным влиянию различных внешних факторов. Некоторые из них возникают вследствие несовершенства экспериментальной установки и действий оператора (оператор вручную регулирует положение клиньев и визуально считывает показания индикаторов). Поэтому при создании измерительного оборудования возникла необходимость в проверке работоспособности эргономической системы "экспериментатор - установка - подшипник" при смазывании подшипника типовыми смазочными материалами.

Для изучения этого вопроса выполнены экспериментальные исследования работоспособности измерительной системы при воздействии следующих факторов: краткое (на 10 секунд) и продолжительное (на 20 минут) выключение привода стенда в течение эксперимента (рисунок 2); изменение значений моделируемого отклонения от круглости дорожки качения контролируемого подшипника (например, овальности дорожки качения наружного кольца) с возвратом к предыдущему значению (рисунок 3).

Условия проведения эксперимента: подшипник предварительно промыт в авиационном керосине и высушен в течение 20 часов; амплитуда моделируемой овальности Q = 10 мкм; объем смазочных материалов - 25 мм 3; частота вращения внутреннего кольца - 1500 мин-1; радиальная нагрузка Fr = 100 Н. Результат усреднен по 10 отсчетам.

Рисунок 3 - Влияние процесса регулирования моделируемого фактора на диагностический параметр .

Обработка результатов экспериментов показала, что выключение привода без проведения регулировки на время до 10 секунд и до 20 минут, а также с выполнением регулировки значения моделируемого фактора не нарушает сходимости и воспроизводимости результатов измерения параметра через 10 минут после указанных воздействий при смазывании подшипника трансформаторным маслом, смазкой ТАД-17 и графитной смазкой.

При смазывании подшипника пластичной смазкой Литол-24 и длительном (20 минут) отключении привода заметен явно выраженный временной тренд. Можно сделать вывод, что на восстановление стабильной смазочной пленки, образованной однородной (без присадок) пластичной смазкой требуется значительно большее время.

Следовательно, при использовании однородного пластичного смазочного материала нужно избегать резких изменений режимов контроля.

Результаты экспериментальных исследований подтверждают работоспособность измерительной системы и доказывают ее пригодность для решения поставленных научно-исследовательских задач.

Литература

1 Марков В.В. Контроль состояния подшипника качения по параметрам электрического сопротивления / Пятая Международная научно-техническая конференция. Чкаловские чтения. Инженерно-физические проблемы авиационной и космической техники. Сборник материалов. - Егорьевск: ЕАТК ГА, 2004., С.179-180.

2 Подмастерьев К.В. Математическое моделирование электрического сопротивления подшипника качения / К.В. Подмастерьев, Е.В. Пахолкин, В.В. Мишин, В.В. Марков // Труды пятой сессии международной научной школы "Фундаментальные и прикладные проблемы теории точности процессов, машин, приборов и систем". Коллектив авторов / Под ред. д.т.н., проф. В.П. Булатова и д.т.н., проф. Л.В. Ефремова. - СПб.: ИПМаш РАН, 2002. - 356 с.: ил. С. 316-324.

3 Мишин В.В. Экспериментальная установка для исследования влияния внутренних параметров подшипника и режимов его эксплуатации на параметры функции электрического сопротивления / В.В. Мишин, В.В. Марков // Сборник трудов "Известия ОрёлГТУ. Машиностроение и приборостроение" - Орёл: ОрёлГТУ. - 2003. - № 3. - С. 88-91.

4 Подмастерьев К.В. Диагностический комплекс для трибологических исследований электрофлуктуационными методами / К.В. Подмастерьев, Е.В. Пахолкин, В.В. Мишин, В.В. Марков // Контроль. Диагностика. - 2000. - № 12.

5 Подмастерьев К.В. Система сбора и анализа данных для трибометрии и трибодиагностики / К.В. Подмастерьев, Е.В. Пахолкин, В.В. Мишин, В.В. Марков // Сборник трудов международной научно-технической конференции "Приборостроение-2002". - Винница - Алупка, 2002. - 235 с.: ил. С. 204-206.

6 Подмастерьев К.В. Электропараметрические методы комплексного диагностирования опор качения.- М.: Машиностроение-1, 2001. - 376 с.: ил.

7 Захаров М.Г. Электропараметрические преобразователи средств диагностирования подшипников качения / "Интеллектуальные электромеханические устройства, системы и комплексы". Новочеркасск, Материалы междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 15 ноября 2003 г.: Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: НПО "ТЕМП", 2003., С.59-60.

8 Руднев П., Шиляев С. Платы сбора данных. - Мир ПК, 1993, № 3.

Размещено на Allbest.ru