EA 027452B1 20170731

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000027452b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Система для указания состояния смазки рабочего подшипника, содержащая вход для приема первого цифрового сигнала (S _MD , S _R , S _F ), зависящего от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части; средство (40, 240, 270, 280, 310) для выполнения анализа первого цифрового сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды (A _PL ) на протяжении конечного периода времени (T _Pm ), причем конечный период времени соответствует предварительно заданному количеству (R _S , R _D ) оборотов вращательной части; причем предварительно заданное количество (R _S , R _D ) оборотов соответствует по меньшей мере одному обороту контролируемой вращательной части; средство (850, 870, 875; 350, 370, 875) для сортировки детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) в поддиапазоны амплитуд, так чтобы отражать (470) появление (N) детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) во множестве поддиапазонов диапазона амплитуд; или так, чтобы отражать (530) появление (N') детектированных пиков, имеющих амплитуду выше амплитуды (A _r ') связанного поддиапазона амплитуд (r); и средство (875) для установления значения пиковой амплитуды (A _PL ) для детектированных пиков, имеющих частоту появления (N') приблизительно N _L пиков за один оборот, причем значение N _L частоты появления является числом больше единицы; средство для определения соотношения установленного значения пиковой амплитуды (A _PL ) со справочной информацией, содержащейся в памяти (879, 60, 52); и средство (878) для обеспечения выходного сигнала (A _PLNorm ), указывающего толщину пленки смазки в упомянутом рабочем подшипнике в зависимости от упомянутого соотношения.

2. Система по п.1, в которой средство для определения соотношения выполнено с возможностью создания визуального выходного сигнала, указывающего установленное значение пиковой амплитуды (A _PL ) и указывающего справочную информацию, содержащуюся в памяти (879, 60, 52).

3. Система по п.1, в которой средство для определения соотношения выполнено с возможностью вычисления значения (A _PLNorm ) в зависимости от установленного значения пиковой амплитуды (A _PL ) и справочной информации.

4. Способ работы устройства для выполнения анализа состояния смазки части машины, вращающейся с частотой вращения (f _ROT ), охарактеризованного в пп.1-3, причем способ, содержащий этапы, на которых принимают первый сигнал (S _MD , S _R , S _F ), зависящий от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части; выполняют анализ первого сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды (Ар); сортируют детектированные значения пиковой амплитуды (Ар) в соответствующие поддиапазоны амплитуд, отличающийся тем, что упомянутый первый сигнал (S _MD , S _R , S _F ) является первым цифровым сигналом (S _MD , S _R , S _F ); и тем, что выполняют анализ детектирования значений пиковой амплитуды на протяжении конечного периода времени (T _PmL ), причем конечный период времени соответствует некоторому количеству (R _S , R _D ) оборотов вращающейся части; причем некоторое количество оборотов (R _S , R _D ) соответствует более чем одному обороту упомянутой вращающейся части; причем детектированные значения пиковой амплитуды (Ар) сортируют в соответствующие поддиапазоны амплитуд, так чтобы отражать (470) появление (N) детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) во множестве поддиапазонов диапазона амплитуд; или так, чтобы отражать (530) появление (N') детектированных пиков, имеющих амплитуду выше амплитуды (A _r ') связанного поддиапазона амплитуд (r); и устанавливают значение пиковой амплитуды (A _PL ) для отсортированных значений пиковой амплитуды (A _PL ), которые на протяжении конечного периода времени (T _PmL ) имели среднюю частоту появления (N _L ) более одного пика за один оборот; причем установленное значение пиковой амплитуды (A _PL ) указывает состояние смазки.

5. Способ по п.4, в котором упомянутый этап установления включает в себя этапы, на которых идентифицируют при достижении заданного количества (R _S , R _D ) оборотов поддиапазон амплитуд, в котором было посчитано X значений амплитуд, где X=R _D ∙N _L и где R _D представляет собой число, соответствующее заданному количеству (R _S , R _D ) оборотов; и используют значение амплитуды идентифицированного диапазона амплитуд в качестве значения пиковой амплитуды (A _PL ).

6. Способ по п.5, в котором упомянутый диапазон амплитуд представляет собой диапазон (500, r) на гистограмме детектированных значений пиковой амплитуды.

7. Способ по п.4, в котором этап установления включает в себя этапы, на которых идентифицируют при достижении заданного количества (R _S , R _D ) оборотов поддиапазон амплитуд, в котором было посчитано Z значений амплитуд, где Z отражает (530) появление (N') детектированных пиков, имеющих амплитуду выше амплитуды (A _r ') связанного поддиапазона амплитуд (r); и Z=R _D ∙N _L , и где R _D представляет собой число, соответствующее предварительно заданному количеству оборотов; и этап установления дополнительно включает в себя этап, на котором используют значение амплитуды идентифицированного диапазона амплитуд в качестве значения пиковой амплитуды (A _PL ).

8. Способ по любому из пп.4-7, в котором конечный период времени (T _Pm ) определяют (875) в зависимости от заранее заданного значения количества (R _s ) оборотов и от сигнала, указывающего действительное количество (R _D ) оборотов; в котором предварительно заданное количество (R _S , R _D ) оборотов соответствует по меньшей мере одному обороту контролируемой вращающейся части; или предварительно заданное количестве (R _S , R _D ) оборотов соответствует по меньшей мере двум оборотам контролируемой вращающейся части; или предварительно заданное количество (R _S , R _D ) оборотов соответствует по меньшей мере трем оборотам контролируемой вращающейся части; или предварительно заданное количество (R _S , R _D ) оборотов соответствует по меньшей мере четырем оборотам контролируемой вращающейся части; или предварительно заданное количество (R _S , R _D ) оборотов соответствует по меньшей мере восьми оборотам контролируемой вращающейся части; или предварительно заданное количество (R _S , R _D ) оборотов соответствует по меньшей мере десяти оборотам контролируемой вращающейся части.

9. Способ по п.4, в котором этап установления включает в себя этап, на котором выбирают Y-e самое высокое пиковое значение амплитуды в качестве значения пиковой амплитуды (A _PL ), указывающего состояние смазки, где Y=R _S ∙N _L и где R _S представляет собой предварительно заданное количество (R _S ) оборотов; и N _L представляет собой целое число, имеющее значение больше единицы (1).

10. Способ по любому из пп.4-9, дополнительно содержащий следующие этапы: используют значения амплитуды (A _PL , A _PR ), связанные по меньшей мере с двумя поддиапазонами амплитуд из числа поддиапазонов амплитуд в качестве значений, указывающих состояние вращающейся части; причем способ дополнительно содержит этапы, на которых выделяют различия между первыми значениями амплитуды (A _PL ), используемыми для указания состояния смазки поверхностей подшипников, и вторыми значениями амплитуды (A _PR ), используемыми для указания механического состояния поверхностей подшипников.

11. Способ по п.10, в котором значения амплитуды (A _PL ), используемые для указания состояния смазки поверхностей подшипников, имеют первое значение (N _L ) частоты появления числа пиковых значений за один оборот; первое значение (N _L ) частоты появления является числом больше значения одного пика за один оборот.

12. Способ по п.10 или 11, в котором значения амплитуды (A _PR ), используемые для указания механического состояния поверхностей подшипников, имеют второе значение частоты появления в числе пиковых значений за один оборот; второе значение частоты появления является числом меньше значения одного пика за один оборот.

13. Способ по любому из пп.4-12, в котором значение N _L частоты появления представляет собой число больше десяти.

14. Способ по любому из пп.4-13, в котором значение N _L частоты появления представляет собой число в диапазоне от 15 до 150.

15. Способ по любому из пп.4-14, в котором значение N _L частоты появления представляет собой число в диапазоне от 20 до 90.

16. Способ по любому из пп.4-15, в котором значение N _L частоты появления представляет собой число в диапазоне от 25 до 70.

17. Способ по любому из пп.4-16, в котором значение N _L частоты появления отражает число пиковых значений за один оборот контролируемой части.

18. Способ по любому из пп.4-17, в котором установление значения (A _PL ), указывающего состояние смазки, используют для контроля состояния вращательных частей, имеющих низкую частоту вращения (f _ROT ).

19. Способ по любому из пп.4-18, включающий в себя этап, на котором выполняют анализ цифрового сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды (Ар) на протяжении конечного периода времени (T _Pm ), причем конечный период времени соответствует предварительно заданному количеству (R _S , R _D ) оборотов вращательной части; причем предварительно заданное количество (R _S , R _D ) оборотов соответствует по меньшей мере одному обороту контролируемой вращательной части.

20. Способ по п.19, в котором анализ обеспечивает результаты измерения, которые сравнимы даже, когда частота вращения (f _ROT ) варьируется.

21. Способ по п.19 или 20, в котором первое значение (A _PL1 ), полученное путем выполнения способа по любому из предшествующих пунктов, на первой частоте вращения (f _ROT1 ) может сравниваться с другим значением (A _PL2 ), полученным путем выполнения такого же способа по любому из предшествующих пунктов, на второй частоте вращения (f _ROT2 ).

22. Способ по любому из пп.4-21, в котором, когда выполняется одновременный анализ для установления истинного значения пиковой амплитуды (A _PR ), которое указывает механическое состояние контролируемой части; и одновременного установления значения пиковой амплитуды (А _Р ), которое указывает состояние смазки контролируемой части; вращающуюся часть контролируют на протяжении конечного периода времени (Т _РМ ), соответствующего некоторому количеству (R) оборотов упомянутой вращающейся части; причем некоторое количество (R) оборотов соответствует по меньшей мере восьми (R=8) оборотам.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

13. Способ по любому из пп.4-12, в котором значение N _L частоты появления представляет собой число больше десяти.

Евразийское 027452 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.07.31
(21) Номер заявки 201490284
(22) Дата подачи заявки
2012.07.11
(51) Int. Cl. G01H1/00 (2006.01) G01N 29/48 (2006.01)
(54) СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ АНАЛИЗА СОСТОЯНИЯ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЧАСТИ МАШИНЫ
(31) 1150683-9
(32) 2011.07.14
(33) SE
(43) 2014.06.30
(86) PCT/SE2012/050827
(87) WO 2013/009258 2013.01.17
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
С.П.М. ИНСТРУМЕНТ АБ (SE)
(72) Изобретатель:
Хедин Ларс-Олов Элис (SE)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU)
(56) US-A-5852793 US-B1-6351713 US-A1-20040199348 GB-A-2451310 US-B1-7136794
(57) Способ работы устройства для выполнения анализа состояния части машины, вращающейся с частотой вращения (fROT> Vr), способ, содержащий этапы, на которых принимают первый цифровой сигнал (SMD, SR, SF), зависящий от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части; выполняют анализ первого цифрового сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды (APL) на протяжении конечного периода времени (TPm), причем упомянутый конечный период времени соответствует предварительно заданному количеству (Rs) оборотов вращательной части; причем предварительно заданное количество (Rs) оборотов соответствует по меньшей мере одному обороту контролируемой вращательной части; задают множество диапазонов амплитуд, причем каждый диапазон амплитуд соответствует частоте появления пика, большей одного пика за один оборот; сортируют детектированные значения пиковой амплитуды (Ар) на соответствующие диапазоны амплитуд, так чтобы отображать появление детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) во множестве диапазонов амплитуд; и устанавливают значения пиковой амплитуды (APL) для детектированных пиков, имеющих частоту появления приблизительно NL пиков за один оборот, причем упомянутое значение NL частоты появления является числом больше единицы.
Область техники
Изобретение относится к способу выполнения анализа состояния машины и к устройству для выполнения анализа состояния машины. Изобретение также относится к системе, включающей в себя такое устройство. Изобретение также относится к компьютерной программе, побуждающей компьютер выполнять функцию анализа.
Предшествующий уровень техники
Машины с движущимися частями подвергаются износу с течением времени, что часто вызывает состояние изнашивания машины. Примерами таких машин с движущимися частями являются двигатели, насосы, генераторы, компрессоры, токарные станки и машины с числовым программным управлением (CNC, ЧПУ). Подвижные части могут содержать вал и подшипники.
Чтобы предотвратить поломку машин, машины должны, в зависимости от состояния, подвергаться техническому обслуживанию. Следовательно, рабочее состояние машины оценивается, предпочтительно, время от времени. Рабочее состояние должно определяться посредством измерения вибраций, исходящих от подшипника, или посредством измерения температуры корпуса машины, поскольку значения температуры зависят от рабочего состояния подшипника. Такие проверки состояния машин с вращающимися или другими движущимися частями имеют большое значение для безопасности и также для длительности срока службы таких машин. Известно ручное выполнение таких измерений на машинах. Обычно упомянутые проверки выполняются оператором с помощью измерительного инструмента, выполняющего измерения в точках измерения на одной или нескольких машинах.
Доступно несколько коммерческих инструментов, которые основаны на том факте, что дефекты в роликовых подшипниках генерируют короткие импульсы, обычно называемые ударными импульсами. Устройство измерения ударных импульсов может генерировать информацию, указывающую состояние подшипника или машины.
Публикация WO 03062766 раскрывает машину, имеющую точку измерения и вал, имеющий некоторый диаметр вала, причем вал может вращаться, когда машина используется. Публикация WO 03062766 также раскрывает устройство для выполнения анализа состояния машины, имеющей вращающийся вал. Раскрытое устройство имеет датчик для получения измеренного значения, показывающего вибрацию в точке измерения. Устройство, раскрытое в WO 03062766, имеет процессор данных и запоминающее устройство. Запоминающее устройство может хранить управляющую программу, которая при выполнении на процессоре данных будет побуждать устройство анализа выполнять функцию контроля состояния машины. Такая функция контроля состояния машины может включать в себя измерение ударных импульсов.
Когда шариковый или роликовый подшипник установлен правильно, в достаточной мере смазан и правильно обслуживается в других отношениях, состояния, которые вызывают поломку, по существу, устраняются, за исключением усталости материала. В правильно установленном подшипнике эффективность смазки подшипника зависит от ее способности в достаточной мере отделять поверхности качения. Толщина тонкой защитной упругогидродинамической пленки смазки часто немного больше суммы шероховатостей поверхностей смазанного подшипника, отделяемых ею. Теоретические и аналитические исследования привели к разработке параметра упругогидродинамической пленки смазки для оценки эффективности смазки в применениях шариковых и роликовых подшипников. Указанный параметр содержит функцию толщины пленки смазки и шероховатости смазанных поверхностей. Теоретические прогнозы, которые обеспечивают основу для параметра упругогидродинамической пленки смазки для номинальных линейных и точечных контактов в роликовых подшипниках, экспериментально подтверждают использование таких методов в качестве измерения емкости вместе со знанием диэлектрической постоянной смазки для оценки толщины пленки. Для изучения толщины и формы пленки смазки применялись другие экспериментальные исследования, использующие методы пропускания рентгеновских лучей, прозрачные компоненты и интерферометрию. Качественное показание влияния толщины пленки смазки на износостойкость подшипника также получаются посредством измерения процента времени, в течение которого в рабочем подшипнике контакт металла с металлом предотвращается за счет наличия пленки смазки.
Значение А параметра упругогидродинамической пленки смазки в основном находится в диапазоне от 0,8 до 4 для большинства применений подшипников. Когда значение А меньше 0,8, существует риск повреждения из-за спорадического разрыва пленки смазки, указывая, что для улучшения смазки могут потребоваться корректирующие измерения. Значение А больше 4 показывает непрерывное отделение поверхностей качения посредством полной упругогидродинамической пленки смазки. Когда имеет место такое условие, ожидается, что номинальный срок службы для подшипника должен быть по меньшей мере вдвое больше каталогизированной оценки для конкретного подшипника. Однако в оптимальных рабочих условиях желательно минимизировать люфт подшипника при сохранении достаточной разделяющей пленки для удовлетворительного срока службы подшипника, значение А должно быть несколько меньше 4. Такое условие может быть желательным, например, в прецизионном устройстве, таком как механизм ходового винта, шпинделя машины и т.п.
Можно вычислить теоретическое значение А для номинального линейного контакта в применениях
роликовых подшипников или точечного контакта в применениях шариковых подшипников, и такое вычисление очень полезно в анализе и расчете применений роликовых и шариковых подшипников. Точность критериев расчета может подтверждаться одним из экспериментальных методов, в основном описанных здесь, однако, хотя такие экспериментальные методы имеют значение при проверке теоретически прогнозированной толщины пленки смазки, они не имеют практического значения для оценки состояния смазки подшипника в полевых рабочих условиях.
Многие подшипниковые узлы работают не в идеальных условиях, обычно предполагаемых или обеспеченных в большинстве теоретических и экспериментальных исследований. Важным практическим аспектом является подача и распределение смазки в окрестности области контакта роликовых элементов. Недостаток смазки, который часто существует, но не всегда распознается, может иметь доминирующее влияние на толщину пленки смазки и другие упругогидродинамические аспекты работы подшипника.
Краткое изложение сущности изобретения
Один аспект настоящего изобретения относится к задаче обеспечения улучшенного способа и улучшенного устройства для анализа состояния машины, имеющей вращающуюся часть.
Упомянутая задача решается посредством способа работы устройства для выполнения анализа состояния части машины, вращающейся с частотой вращения (fROT, Vr), причем способа, содержащего этапы
прием первого цифрового сигнала (SMD, SR, SF), зависящего от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части;
выполнение анализа упомянутого первого цифрового сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды (APL) на протяжении конечного периода времени (TPm), причем упомянутый конечный период времени соответствует предварительно заданному количеству (Rs) оборотов упомянутой вращающейся части; причем упомянутое предварительно заданное количество (Rs) оборотов соответствует по меньшей мере одному обороту упомянутой контролируемой вращающейся части;
задание множества диапазонов амплитуд, причем каждый диапазон амплитуд соответствует частоте появления пика, большей одного пика за один оборот;
сортировка упомянутых детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) на соответствующие диапазоны амплитуд, так чтобы отобразить появление детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) в упомянутом множестве диапазонов амплитуд; и
установление значения пиковой амплитуды (APL) для детектированных пиков, имеющих частоту появления приблизительно NL пиков за один оборот, причем упомянутое значение NL частоты появления является числом больше единицы.
Ниже раскрываются варианты осуществления способа и устройства.
Вариант осуществления 1 настоящего изобретения содержит: способ работы устройства для выполнения анализа состояния части машины, вращающейся с частотой вращения (fROT, Vr), причем способ, содержащий этапы
прием первого цифрового сигнала (SMD, SR, SF), зависящего от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части;
выполнение анализа упомянутого первого цифрового сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды (APL) на протяжении конечного периода времени (TPm), причем упомянутый конечный период времени соответствует предварительно заданному количеству (Rs, RD) оборотов упомянутой вращающейся части; причем упомянутое предварительно заданное количество (Rs, RD) оборотов соответствует по меньшей мере одному обороту упомянутой контролируемой вращающейся части;
задание множества диапазонов амплитуд, причем каждый диапазон амплитуд соответствует частоте появления пика, большей одного пика за один оборот;
сортировка упомянутых детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) на соответствующие поддиапазоны амплитуд, так чтобы
отображать (470) появление (N) детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) во множестве поддиапазонов диапазона амплитуд; или так, чтобы
отображать (530) появление (N') детектированных пиков, имеющих амплитуду выше амплитуды (Ar') связанного поддиапазона амплитуд (г); и
установление значения пиковой амплитуды (APL) для детектированных пиков, имеющих частоту появления (N') приблизительно NL пиков за один оборот, причем упомянутое значение NL частоты появления является числом больше единицы.
Вариант осуществления 2. Способ работы устройства для выполнения анализа состояния части машины, вращающейся с частотой вращения (fROT, Vr), причем способ, содержащий выполнение процедуры для определения множества опорных значений (APLrefVr) для конкретного типа подшипника для многочисленных частот вращения (fROT, Vr), причем процедура определения опорных значений включает в себя этапы
контроль несмазанного эталонного подшипника при прогоне с двумя различными частотами вращения;
запись, в качестве первого опорного значения (APLrefV1), значения пиковой амплитуды (APL) для де
тектированных пиков, имеющих частоту появления приблизительно NL пиков за один оборот, при прогоне вращающейся части с первой скоростью (V1), причем упомянутое значение NL частоты появления является числом больше единицы; и
запись, в качестве второго опорного значения (APLrefV2), значения пиковой амплитуды (APL) для детектированных пиков, имеющих частоту появления приблизительно NL пиков за один оборот, при прогоне подшипника со второй скоростью (V2);
оценка третьего опорного значения (APLrefV3) для использования в качестве третьего опорного значения (APLrefV3) при прогоне контролируемого подшипника с третьей скоростью (V3), причем упомянутое третье опорное значение (APLrefV3) генерируется в зависимости от упомянутого первого опорного значения (APLrefV1) и упомянутого второго опорного значения (APLrefV2).
Вариант осуществления 3. Способ, аналогичный вариантам осуществления 1 или 2, в котором амплитуда детектированных пиков, имеющих частоту появления приблизительно NL пиков за один оборот, используется для указания состояния смазки.
Вариант осуществления 4. Способ по любому из предшествующих вариантов осуществления, в котором упомянутый этап определения включает в себя этапы:
идентификация, при достижении упомянутого заданного количества (Rs, RD) оборотов, поддиапазона амплитуд, в котором было посчитано X значений амплитуд, где
X=RD-NL
и где RD представляет собой число, соответствующее упомянутому заданному количеству (Rs, RD) оборотов; и
использование значения амплитуды упомянутого идентифицированного диапазона амплитуд в качестве упомянутого значения пиковой амплитуды (APL).
Вариант осуществления 5. Способ, аналогичный варианту осуществления 4, в котором упомянутый диапазон амплитуд представляет собой диапазон (500, г) в гистограмме детектированных значений пиковой амплитуды.
Вариант осуществления 6. Способ по любому из вариантов осуществления 1-3, в котором упомянутый этап установления включает в себя этапы
идентификация, при достижении упомянутого заданного количества (Rs, RD) оборотов, поддиапазона амплитуд, в котором было посчитано Z значений амплитуд, где
Z отображает (530) появление (N') детектированных пиков, имеющих амплитуду выше амплитуды (Ar') связанного поддиапазона амплитуд (r); и
Z=RD-NL
и где RD представляет собой число, соответствующее упомянутому заданному количеству оборотов, и упомянутый этап определения дополнительно включает в себя
использование значения амплитуды упомянутого идентифицированного диапазона амплитуд в качестве упомянутого значения пиковой амплитуды (APL).
Вариант осуществления 7. Способ по любому из предшествующих вариантов осуществления, в котором
упомянутый конечный период времени (TPm) определяется (875) в зависимости от заранее заданного значения количества (Rs) оборотов и от сигнала, показывающего действительное количество (RD) оборотов; причем
упомянутое предварительно заданное количество (Rs, RD) оборотов соответствует по меньшей мере одному обороту упомянутой контролируемой вращающейся части; или
упомянутое предварительно заданное количество (Rs, RD) оборотов соответствует по меньшей мере двум оборотам упомянутой контролируемой вращающейся части; или
упомянутое предварительно заданное количество (Rs, RD) оборотов соответствует по меньшей мере трем оборотам упомянутой контролируемой вращающейся части; или
упомянутое предварительно заданное количество (Rs, RD) оборотов соответствует по меньшей мере четырем оборотам упомянутой контролируемой вращающейся части; или
упомянутое предварительно заданное количество (Rs, RD) оборотов соответствует по меньшей мере восьми оборотам упомянутой контролируемой вращающейся части; или
упомянутое предварительно заданное количество (Rs, RD) оборотов соответствует по меньшей мере десяти оборотам упомянутой контролируемой вращающейся части.
Вариант осуществления 8. Способ по любому из вариантов осуществления 1-3, в котором упомянутый этап определения включает в себя
выбор Y-го самого высокого пикового значения амплитуды в качестве упомянутого значения пиковой амплитуды (APL), указывающего состояние смазки, где
Y=RS-NL
и где Rs представляет собой упомянутое предварительно заданное количество (Rs) оборотов; и NL представляет собой целое число, имеющее значение больше единицы (1).
Вариант осуществления 9. Способ работы устройства для выполнения анализа состояния смазки ча
сти машины, вращающейся с частотой вращения (fROT), способ, содержащий этапы
прием первого цифрового сигнала (SMD, SR, SF), зависящего от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части;
выполнение анализа упомянутого первого цифрового сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды (Ар) на протяжении конечного периода времени (TPmL), причем упомянутый конечный период времени соответствует некоторому количеству (RD) оборотов упомянутой вращающейся части; причем, упомянутое некоторое количество (RD) оборотов соответствует более, чем одному обороту упомянутой контролируемой вращающейся части;
сортировка упомянутых детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) в соответствующие поддиапазоны амплитуд, так, чтобы
отражать (470) появление (N) детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) во множестве поддиапазонов диапазона амплитуд; или так, чтобы
отражать (530) появление (N') детектированных пиков, имеющих амплитуду выше амплитуды (Ar') связанного поддиапазона амплитуд (г); и
идентификация диапазона амплитуд (г), содержащего отсортированные значения пиковой амплитуды (APL), которые, на протяжении конечного периода времени (TPmL), имели среднюю частоту появления больше одного раза за один оборот.
Вариант осуществления 10. Способ работы устройства для выполнения анализа состояния части машины, вращающейся с частотой вращения (fROT, Vr), причем способ, содержащий этапы
прием первого цифрового сигнала (SMD, SR, SF), зависящего от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части;
выполнение анализа упомянутого первого цифрового сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды (APL) на протяжении конечного периода времени (TPm), причем упомянутый конечный период времени соответствует предварительно заданному количеству (А) оборотов упомянутой вращающейся части; причем упомянутое предварительно заданное количество (А) оборотов соответствует по меньшей мере одному обороту упомянутой контролируемой вращающейся части;
сортировка упомянутых детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) в соответствующие поддиапазоны амплитуд, так, чтобы
отражать (470) появление (N) детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) во множестве поддиапазонов диапазона амплитуд; или так, чтобы
отражать (530) появление (N') детектированных пиков, имеющих амплитуду выше амплитуды (Ar') связанного поддиапазона амплитуд (г);
использование значения амплитуды (APR), связанного, по меньшей мере, с первым диапазоном амплитуд из числа упомянутых диапазонов амплитуд в качестве значения, указывающего первый тип состояния упомянутой вращающейся части; и
использование значения амплитуды (APL), связанного по меньшей мере с одним вторым диапазоном амплитуд из числа упомянутых диапазонов амплитуд в качестве значения, указывающего второй тип состояния упомянутой вращающейся части.
Вариант осуществления 11. Способ работы устройства для выполнения анализа состояния части машины, вращающейся с частотой вращения (fROT, Vr), причем способ, содержащий этапы
прием первого цифрового сигнала (SMD, SR, SF), зависящего от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части;
выполнение анализа упомянутого первого цифрового сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды (APL) на протяжении конечного периода времени (TPm), причем упомянутый конечный период времени соответствует предварительно заданному количеству (А) оборотов упомянутой вращающейся части; причем упомянутое предварительно заданное количество (А) оборотов соответствует по меньшей мере одному обороту упомянутой контролируемой вращающейся части;
сортировка упомянутых детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) на соответствующие поддиапазоны амплитуд, так, чтобы
отражать (470) появление (N) детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) во множестве поддиапазонов диапазона амплитуд; или так, чтобы
отражать (530) появление (N') детектированных пиков, имеющих амплитуду выше амплитуды (Ar') связанного поддиапазона амплитуд (г);
использование значения амплитуды (APL, APR), связанного по меньшей мере с двумя поддиапазонами амплитуд из числа упомянутых поддиапазонов амплитуд в качестве значения, указывающего тип состояния упомянутой вращающейся части;
выделение различий между значениями амплитуды (APL, APR), используемыми для указания состояния смазки поверхностей подшипников, и
значениями амплитуды (APL, APR), используемыми для указания механического состояния поверхностей подшипников,
основываясь на числе появлений (NL, NR) упомянутых пиковых значений за один оборот. Вариант осуществления 12. Способ, аналогичный варианту осуществления 11, в котором
значения амплитуды (APL), используемые для указания состояния смазки поверхностей подшипников, имеют первое значение (NL) частоты появления пиковых значений за один оборот;
упомянутое первое значение (NL) частоты появления представляет собой число выше одного пикового значения за один оборот.
Вариант осуществления 13. Способ, аналогичный вариантам осуществления 11 или 12, в котором
значения амплитуды (APR), используемые для указания механического состояния поверхностей подшипников, имеют второе значение частоты появления пиковых значений за один оборот;
упомянутое второе значение частоты появления представляет собой число ниже одного пикового значения за один оборот.
Вариант осуществления 14. Способ, аналогичный любому из предшествующих вариантов осуществления, в котором упомянутое значение NL частоты появления представляет собой число выше десяти.
Вариант осуществления 15. Способ, аналогичный любому из предшествующих вариантов осуществления, в котором упомянутое значение NL частоты появления представляет собой число в диапазоне от
15 до 150.
Вариант осуществления 16. Способ, аналогичный любому из предшествующих вариантов осуществления, в котором упомянутое значение NL частоты появления представляет собой число в диапазоне от
20 до 90.
Вариант осуществления 17. Способ, аналогичный любому из предшествующих вариантов осуществления, в котором упомянутое значение NL частоты появления представляет собой число в диапазоне от
25 до 70.
Вариант осуществления 18. Способ, аналогичный любому из предшествующих вариантов осуществления, в котором упомянутое значение частоты появления NL отображает число пиковых значений за один оборот контролируемой части.
Вариант осуществления 19. Процедура для определения опорных значений (APLrefVr) для подшипника, связанного с вращающейся частью, включающая в себя этапы
прием первого цифрового сигнала (SMD, SR, SF), зависящего от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части;
выполнение анализа упомянутого первого цифрового сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды (Ар) на протяжении конечного периода времени (TPm), причем упомянутый конечный период времени соответствует некоторому количеству (R) оборотов упомянутого подшипника, причем, упомянутое некоторое количество (R) оборотов соответствует более чем одному обороту упомянутой контролируемой вращающейся части;
контроль эталонного подшипника при прогоне с двумя различными скоростями вращения;
запись, в качестве первого опорного значения (APRV1), наибольшего пикового значения сигнала (APR), появляющегося один раз в каждом R-м обороте при прогоне эталонного подшипника с первой скоростью; и
запись, в качестве второго опорного значения (APRV2), наибольшего пикового значения сигнала (APR), появляющегося один раз в каждом R-м обороте, при прогоне эталонного подшипника со второй скоростью;
оценка третьего опорного значения (APRV3) для использования в качестве опорного значения при прогоне контролируемого подшипника с третьей скоростью, причем упомянутое третье опорное значение (APRV3) генерируется в зависимости от упомянутого первого опорного значения (APRV1) и упомянутого второго опорного значения (APRV2).
Вариант осуществления 20. Устройство для выполнения способа по любому из предшествующих вариантов осуществления.
Вариант осуществления 21. Способ работы устройства для выполнения анализа состояния машины, имеющей часть, вращающуюся с частотой вращения (fROT), причем способ, содержащий этапы
прием первого цифрового сигнала (SMD, SR, SF), зависящего от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части;
выполнение анализа упомянутого первого цифрового сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды (Ар) на протяжении конечного периода времени (TPm), причем упомянутый конечный период времени соответствует некоторому количеству (R) оборотов упомянутой вращающейся части; причем упомянутое некоторое количество (R) оборотов соответствует более чем одному обороту упомянутой контролируемой вращающейся части;
определение множества (NR) диапазонов амплитуд;
сортировка упомянутых детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) в соответствующие диапазоны амплитуд, так, чтобы отображать появление (N) детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) в упомянутом множестве диапазонов амплитуд; и
оценка характерного значения пиковой амплитуды (APR) в зависимости от упомянутых отсортированных значений пиковой амплитуды (Ар) и упомянутого некоторого количества (R) оборотов.
Вариант осуществления 22. Способ, аналогичный варианту осуществления 21, дополнительно содержащий этап
передача упомянутого характерного значения пиковой амплитуды (APR) В интерфейс пользователя для представления пользователю.
Вариант осуществления 23. Способ, аналогичный варианту осуществления 21 или 22, дополнительно содержащий этап
выполнение функции контроля состояния (F1, F2, Fn) так, чтобы выполнять анализ состояния машины в зависимости от упомянутого характерного значения пиковой амплитуды (APR).
Вариант осуществления 24. Способ, аналогичный любому из предшествующих вариантов осуществления, в котором упомянутая оценка включает в себя выбор R-го самого большого значения амплитуды в качестве упомянутого характерного значения пиковой амплитуды (APR).
Вариант осуществления 25. Способ, аналогичный любому из предшествующих вариантов осуществления, в котором упомянутая оценка включает в себя создание совокупной гистограммы.
Вариант осуществления 26. Способ, аналогичный любому из предшествующих вариантов осуществления, в котором
уровни амплитуд, получающиеся в результате вращения контролируемой вращающейся части, точно подчиняются нормальному распределению, также упоминаемому как гауссово распределение; и в котором
уровни амплитуд, получающиеся в результате многочисленных обращений вращающейся части, записываются, чтобы детектировать релевантное истинное пиковое значение, которое используется для определения состояния контролируемой вращающейся части.
Вариант осуществления 27. Способ, аналогичный любому из предшествующих вариантов осуществления, в котором
этап оценки включает в себя оценку не очень частого самого большого значения пиковой амплитуды (APR, 590), основываясь на характере гауссовой функции или колоколообразной кривой, так что частота появления малых значений амплитуды (550, 560) является информативной относительно амплитуды не очень частых самых больших значений пиковой амплитуды (APR, 590).
Вариант осуществления 28. Способ, аналогичный любому из предшествующих вариантов осуществления, в котором
упомянутое некоторое количество оборотов включает в себя по меньшей мере n-R оборотов, причем n представляет собой число, имеющее численное значение, равное по меньшей мере единице, и R имеет численное значение, равное по меньшей мере 8.
Вариант осуществления 29. Способ, аналогичный варианту осуществления 28, в котором
численное значение n равно по меньшей мере двум; и
этап оценки включает в себя выбор n-й самой большой детектированной пиковой амплитуды. Вариант осуществления 30. Способ, аналогичный любому из вариантов осуществления 28 или 29, в котором
численное значение R равно по меньшей мере 10.
Вариант осуществления 31. Способ работы устройства для выполнения анализа состояния машины, имеющей часть, вращающуюся с частотой вращения (fROT), причем способ, содержащий этапы
прием первого цифрового сигнала (SMD, SR, SF), зависящего от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части;
выполнение анализа упомянутого первого цифрового сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды (Ар) на протяжении конечного периода времени (TPm), причем упомянутый конечный период времени соответствует некоторому количеству (R) оборотов упомянутой вращающейся части; причем упомянутое некоторое количество (R) оборотов соответствует более чем одному обороту упомянутой контролируемой вращающейся части;
определение множества (NR) диапазонов амплитуд;
сортировка упомянутых детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) в соответствующие диапазоны амплитуд, так чтобы отразить появление (N) детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) в упомянутом множестве диапазонов амплитуд;
оценка характерного значения пиковой амплитуды (APR, 630, 640, 650, 660) в зависимости от упомянутых отсортированных значений пиковой амплитуды (Ар) и упомянутого некоторого количества (R) оборотов;
сравнение упомянутого характерного значения пиковой амплитуды (APR) со справочной информацией; и
генерация значения, характеризующего детектированное относительное повреждение посредством соотнесения упомянутого характерного значения пиковой амплитуды (APR, 630, 640, 650) с соответствующей справочной информацией (APLrefVr, 620).
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его осуществления со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых
фиг. 1 изображает блок-схему варианта осуществления системы выполнения анализа состояния, включающую в себя устройство анализа, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 2А - блок-схему варианта осуществления части системы выполнения анализа состояния, показанной на фиг. 1, включающей в себя устройство анализа варианта осуществления;
фиг. 2Б - блок-схему интерфейса датчика варианта осуществления;
фиг. 2В - иллюстрация сигнала измерения от вибродатчика;
фиг. 2Г иллюстрирует сигнал измерения амплитуды, генерированный датчиком ударных импульсов;
фиг. 2Д - сигнал измерения амплитуды, генерированный вибродатчиком;
фиг. 3 - упрощенная иллюстрация датчика измерения ударных импульсов согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 4 - упрощенная иллюстрация запоминающего устройства и его содержимого согласно варианту осуществления;
фиг. 5 изображает блок-схему устройства выполнения анализа варианта осуществления в местоположении клиента с машиной, имеющей подвижный вал;
фиг. 6А иллюстрирует блок-схему препроцессора согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 6Б - вариант осуществления препроцессора, включающего в себя цифровой выпрямитель; фиг. 7 - вариант осуществления устройства оценки;
фиг. 8 - схематическая иллюстрация выпрямленного сигнала, который может подаваться выпрямителем, показанным на фиг. 6Б;
фиг. 9 иллюстрирует гистограмму, получающуюся в результате измерения, в условиях без шума;
фиг. 10 - гистограмму, получающуюся в результате другого измерения, где во время измерения вводится шум высокой амплитуды;
фиг. 11А - схема последовательности операций, иллюстрирующая вариант осуществления способа работы устройства так, чтобы установить его для выполнения анализа состояния пикового уровня;
фиг. 11Б - схема последовательности операций, иллюстрирующая вариант осуществления способа работы устройства так, чтобы выполнять анализ состояния пикового уровня;
фиг. 12А - схема последовательности операций, иллюстрирующая вариант осуществления способа выполнения сеанса измерения пикового уровня;
фиг. 12Б - схема последовательности операций, иллюстрирующая вариант осуществления способа выполнения сеанса измерения пикового уровня и адресации динамического воздействия выбросов пиков амплитуды шума;
фиг. 13А - гистограмму, имеющую многочисленные поддиапазоны амплитуд;
фиг. 13Б - схематическая иллюстрация многочисленных положений памяти, расположенных в виде таблицы;
фиг. 13В - иллюстрация таблицы совокупной гистограммы, соответствующей таблице гистограммы таблицы фиг. 13Б;
фиг. 14А - схема последовательности операций, иллюстрирующая вариант осуществления способа определения характерного значения пиковой амплитуды на основе значений пиковой амплитуды (Ар), полученных в сеансе измерения;
фиг. 14Б - схема последовательности операций еще одного варианта осуществления способа оценки характерного значения пиковой амплитуды APR на основе значений пиковой амплитуды (Ар), полученных в сеансе измерения;
фиг. 15А - иллюстрация отображения принципа совокупной гистограммы, полученной в результате измерения;
фиг. 16 изображает блок-схему анализирующего устройства варианта осуществления; фиг. 17 - иллюстрация типичного графика, разработанного согласно варианту осуществления; фиг. 18 - иллюстрация варианта осуществления графика для детектирования состояния смазки поверхностей подшипника;
фиг. 19 - иллюстрация корреляции между амплитудой пиков APL, имеющих частоту появления более одного пика за один оборот, и параметром А упругогидродинамической пленки смазки;
фиг. 20 - иллюстрация кривой, показывающей отношение между параметром А упругогидродина-мической пленки смазки и отрезком времени, когда имеется контакт металла с металлом в подшипнике при двух различных нагрузках на подшипник;
фиг. 21 изображает блок-схему, иллюстрирующую улучшенное устройство, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 22 - иллюстрация варианта осуществления графика для выделения различий между первым параметром, показывающим состояние смазки поверхностей контролируемого подшипника, и вторым па
раметром, показывающим механическое состояние поверхностей подшипника.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
В последующем описании подобные детали в различных вариантах осуществления могут быть обозначены одинаковыми номерами позиций.
Фиг. 1 изображает блок-схему варианта осуществления системы 2 выполнения анализа состояния согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Номер позиции 4 относится к местоположению клиента с машиной 6, имеющей подвижную часть 8. Подвижная часть 8 содержит подшипники 7 и вал 8, который вращается во время работы машины. Рабочее состояние вала или подшипника 7 может определяться в ответ на вибрации, исходящие от вала и/или подшипника, когда вал вращается. Местоположение 4 клиента, которое также может упоминаться как клиентская часть или пользовательская часть, которое может представлять собой, например, здание ветряной электростанции, т.е. группу ветровых турбин в некотором местоположении, или здание бумажного комбината, или какой-то другое производственное предприятие, имеющее машины с подвижными частями.
Система 2 выполнения анализа состояния настоящего варианта осуществления действует, когда датчик 10 прикрепляется к или на точке 12 измерения корпуса машины 6. Хотя фиг. 1 иллюстрирует только две точки 12 измерения, должно быть понятно, что местоположение 4 может содержать любое число точек 12. Система 2 выполнения анализа состояния, показанная на фиг. 1, содержит анализирующее устройство 14 для выполнения анализа состояния машины на основе значений измерения, подаваемых датчиком 10. Анализирующее устройство 14 имеет коммуникационный порт 16 для двунаправленного обмена данными. Коммуникационный порт 16 способен подключаться к сети 18 связи, например, через интерфейс 19 данных. Сеть 18 связи может представлять собой всемирную паутину, также известную как Интернет. Сети 18 связи также могут содержать коммутируемую телефонную сеть общего пользования.
Компьютер-сервер 20 подключается к сети 18 связи. Сервер 20 также может содержать базу 22 данных, пользовательские интерфейсы 24 ввода/вывода и аппаратные средства 26 обработки данных и коммуникационный порт 29. Компьютер-сервер 20 расположен в местоположении 28, которое географически удалено от местоположения 4 клиента. Местоположение 28 сервера может быть в первом городе, как, например, в столице Швеции Стокгольме, и местоположение клиента может находиться в другом городе, как, например, Штутгарт в Германии или Детройт в Мичигане, США. Альтернативно, местоположение 28 сервера может быть в первой части города, и местоположение клиента может быть в другой части того же города. Местоположение 28 сервера также может упоминаться как сторона 28 поставщика или местоположение 28 стороны поставщика.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения местоположение 31 центра управления содержит управляющий компьютер 33, имеющий аппаратные средства обработки данных и программное обеспечение для инспектирования множества машин в местоположении 4 клиента. Машины 6 могут представлять собой ветровые турбины или коробки передач, используемые в ветровых турбинах. Альтернативно, машины могут включать в себя машинное оборудование, например, на бумажном комбинате. Управляющий компьютер 33 может содержать базу 22В данных, пользовательские интерфейсы 24В ввода/вывода и аппаратные средства 26В обработки, и коммуникационный порт 29В. Местоположение 31 центра управления может быть географически удалено от местоположения 4 клиента. Посредством коммуникационного порта 29В управляющий компьютер 33 может соединяться с анализирующим устройством 14 через порт 16. Анализирующее устройство 14 может передавать данные измерения частично обработанные, так чтобы позволить в дальнейшем выполнять обработку сигнала и/или анализ в местоположении 31 центра посредством управляющего компьютера 33.
Компания поставщика занимает местоположение 28 стороны поставщика. Компания поставщика может посылать и доставлять анализирующее устройство 14 и/или программное обеспечение анализа для использования в анализирующем устройстве 14. Компания поставщика также может посылать и доставлять программное обеспечение анализа для использования в управляющем компьютере в местоположении 31 центра управления. Такое программное обеспечение анализа 94, 105 обсуждается ниже в связи с фиг. 4. Такое программное обеспечение анализа 94, 105 может доставляться посредством передачи по упомянутой сети 18 связи.
Согласно одному варианту осуществления системы 2 устройство 14 является переносным устройством, которое может соединяться к сети 18 связи время от времени.
Согласно другому варианту осуществления системы 2 устройство 14 подключено к сети 18 связи, по существу, постоянно. Следовательно, устройство 14, согласно этому варианту осуществления, может, по существу, всегда находиться "онлайн" доступным для связи с компьютером 20 поставщика и/или с управляющим компьютером 33 в местоположении 31 центра управления.
Фиг. 2А изображает блок-схему варианта осуществления части системы 2 выполнения анализа состояния, показанной на фиг. 1. Система выполнения анализа состояния, иллюстрированная на фиг. 2А, содержит модуль 10 датчика для получения измеренного значения. Измеренное значение может зависеть от движения или, точнее, зависеть от вибраций или ударных импульсов, вызванных подшипниками при вращении вала.
Вариант осуществления системы 2 выполнения анализа состояния действует, когда прибор 30 жестко установлен на или в точке измерения на машине 6. Прибор 30, установленный на точке измерения, может упоминаться как штифт 30. Штифт 30 может содержать стыковочный элемент 32, к которому модуль 10 датчика может подключаться съемным образом. Стыковочный элемент 32, например, содержит двухзаходную резьбу, чтобы обеспечить механическое зацепление модуля датчика со штифтом посредством поворота на 1/4 оборота.
Точка 12 измерения может содержать резьбовую выемку в корпусе машины. Штифт 30 может иметь выступающий конец с резьбой, соответствующей резьбе выемки, чтобы позволить жестко прикреплять штифт к точке измерения посредством введения в углубление подобно болту.
Альтернативно, точка измерения может содержать резьбовую выемку в корпусе машины, и модуль 10 датчика может содержать соответствующую резьбу, так чтобы он мог непосредственно вводиться в выемку. Альтернативно, точка измерения может помечаться на корпусе машины только посредством нарисованной отметки.
Машина 6, иллюстрируемая на фиг. 2А, может иметь вращающийся вал с некоторым диаметром вала d1. Вал в машине 24 может вращаться с частотой вращения V1, когда машина 6 работает.
Модуль 10 датчика может соединяться с устройством 14 для выполнения анализа состояния машины. Как показано на фиг. 2А, анализирующее устройство 14 содержит интерфейс 40 датчика для приема измеренного сигнала или данных измерения, полученных датчиком 10. Интерфейс 40 датчика соединяется к средству 50 обработки данных, способному управлять работой анализирующего устройства 14, согласно управляющей программе. Средство 50 обработки данных также подключается к запоминающему устройству 60 для хранения упомянутой управляющей программы.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения интерфейс 40 датчика содержит вход 42 для приема аналогового сигнала, причем вход 42 подключается к аналого-цифровому преобразователю (А/Ц) 44, цифровой выход 48 которого подключается к средству 50 обработки данных. А/Ц преобразователь 44 дискретизирует принятый аналоговый сигнал с некоторой частотой дискретизации fs так, чтобы передавать цифровой сигнал данных измерения SMD, имеющий упомянутую некоторую частоту дискретизации fs, и в котором амплитуда каждой выборки зависит от амплитуды принятого аналогового сигнала в момент дискретизации.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированному на фиг. 2Б, интерфейс 40 датчика содержит вход 42 для приема аналогового сигнала SEA из схемы датчика измерения ударных импульсов, схему 43 согласования, соединенную для приема аналогового сигнала, и А/Ц преобразователь 44, соединенный для приема согласованного аналогового сигнала из схемы 43 согласования. А/Ц преобразователь 44 дискретизирует принятый согласованный аналоговый сигнал с некоторой частотой дискретизации fs так, чтобы передавать цифровой сигнал данных измерения SMD, имеющий упомянутую некоторую частоту дискретизации fs, и в котором амплитуда каждой выборки зависит от амплитуды принятого аналогового сигнала в момент дискретизации.
Теорема дискретизации гарантирует, что сигналы с ограниченной полосой (т.е. сигналы, которые имеют максимальную частоту) могут точно восстанавливаться из своих дискретизированных версий, если частота дискретизации fs более чем в два раза превышает максимальную частоту fSEAmax аналогового сигнала SEA, который должен контролироваться. Следовательно, частота, равная половине частоты дискретизации, является теоретическим пределом самой высокой частоты, которая может быть однозначно представлена дискретизированным сигналом SMD. Эта частота (половина частоты дискретизации) называется частотой Найквиста системы дискретизации. Частоты выше частоты Найквиста fN могут наблюдаться в дискретизированном сигнале, но их частота неоднозначна. Т.е. частотную составляющую с частотой f нельзя отличить от других составляющих с частотами B-fN+f и B-fN-f для ненулевых целых чисел В. Эта неопределенность, известная как наложение спектров, может быть разрешена посредством фильтрации сигнала с помощью фильтра защиты от наложения спектров (обычно, фильтра нижних частот с предельной частотой, близкой к частоте Найквиста) перед преобразованием в цифровое дискретное представление.
Чтобы обеспечить запас прочности в том смысле, чтобы неидеальный фильтр мог иметь некоторый наклон в частотном отклике, частота дискретизации может быть выбрана со значением выше 2. Следовательно, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, частота дискретизации может определяться как
fS=k-fsEAmax,
где k - множитель, имеющий значение больше 2,0. Соответственно, множитель к может быть выбран как значение выше 2,0. Предпочтительно, множитель k может быть выбран как значение между 2,0 и 2,9, чтобы обеспечить хороший запас прочности, при этом избегая необходимости обязательно генерировать много выборочных значений. Согласно варианту осуществления множитель k выгодно выбирать так, чтобы число 100-k/2 оказалось целым. Согласно варианту осуществления множитель k может быть установлен равным 2,56. Выбор k равный 2,56 приводит к 100-k=256=2 в 8 степени.
Согласно варианту осуществления частота дискретизации fs цифрового сигнала данных измерения
SMD может быть установлена равной некоторому значению fs, как, например, fs=102 кГц.
Следовательно, когда частота дискретизации fs установлена равной некоторому значению fs, максимальная частота fSEAmax аналогового сигнала SEA будет равна
fsEAmax^S^
где fSEAmax - самая высокая частота, которая должна анализироваться в дискретизированном сигнале.
Следовательно, когда частота дискретизации fs установлена равной некоторому значению fs=102400 Гц и множитель к установлен равным 2,56, максимальная частота fSEAmax аналогового сигнала SEA будет равна
fsEAmax=fs/k=102400/2,56 = 40 кГЦ. Соответственно, цифровой сигнал данных измерения SMD, имеющий некоторую частоту дискретизации fs, генерируется в ответ на упомянутый принятый аналоговый сигнал измерения SEA. Цифровой выход 49 А/Ц преобразователя 44 подключается к средству 50 обработки данных через выход 49 интерфейса 40 датчика, так чтобы передавать цифровой сигнал данных измерения SMD в средство 50 обработки данных.
Модуль 10 датчика может содержать вибропреобразователь, причем модуль датчика скомпонован так, чтобы физически зацеплять стыковочный элемент точки измерения, так чтобы вибрации машины в точке измерения передавались в вибропреобразователь. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения модуль 10 датчика содержит преобразователь, имеющий пьезоэлектрический элемент. Когда точка измерения вибрирует, модуль 10 датчика, или по меньшей мере его часть, также вибрирует и затем преобразователь выдает электрический сигнал, частота и амплитуда которого зависит от частоты механических вибраций и амплитуды вибраций в точке 12 измерений соответственно. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения модуль 10 датчика содержит вибродатчик, обеспечивающий аналоговый сигнал амплитуды, например, 10 мВ/g в частотном диапазоне от 1,0 до 10000 Гц. Такой вибродатчик рассчитывается, чтобы выдавать почти одинаковую амплитуду 10 мВ, независимо от того, при какой частоте он приводится в ускорение 1g (9,82 м/с2) при 1, 3 или 10 Гц. Следовательно, типичный вибродатчик имеет линейный отклик в заданном частотном диапазоне приблизительно до 10 кГц. Механические вибрации в указанном частотном диапазоне, исходящие от вращающихся частей машины, обычно вызваны нарушением равновесия или смещением от заданного положения. Однако, будучи установленным на машине, вибродатчик с линейным откликом обычно также имеет несколько различных частот механического резонанса в зависимости от физического пути между датчиком и источником вибраций.
Повреждение в роликовом подшипнике может вызвать относительно отчетливые упругие волны, известные как ударные импульсы, распространяющиеся по физическому пути в корпусе машины перед тем, как достичь датчика. Такие ударные импульсы часто имеют широкополосный частотный спектр. Амплитуда ударных импульсов роликового подшипника обычно ниже, чем амплитуда вибрации, вызванной нарушением равновесия или смещением от заданного положения. Широкополосный частотный спектр волновых форм ударных импульсов позволяет им возбуждать "звонкий отклик" или резонанс на резонансной частоте, связанной с датчиком. Следовательно, типичный сигнал измерения от вибродатчика может иметь волновую форму, показанную на фиг. 2В, т.е. основной низкочастотный сигнал с наложенным резонансным "звонким откликом" с более высокой частотой и более низкой амплитудой.
Чтобы обеспечить возможность анализа волновой формы ударных импульсов, часто происходящих из-за повреждения подшипника, низкочастотная составляющая должна быть отфильтрована. Этого можно достичь посредством фильтра верхних частот или посредством полосового фильтра. Однако эти фильтры должны быть настроены так, чтобы низкочастотная составляющая сигнала была заблокирована, тогда как высокочастотная составляющая сигнала пропускалась. Конкретный вибродатчик обычно имеет одну резонансную частоту, связанную с физическим путем от одного источника сигнала ударных импульсов, и другую резонансную частоту, связанную с физическим путем от другого источника сигнала ударных импульсов, как упоминается в патенте US 6053047. Следовательно, настройка фильтра с целью пропускания высокочастотной составляющей сигнала требует индивидуальной адаптации при использовании вибродатчика.
Когда такой фильтр правильно настроен, результирующий сигнал будет состоять из волновых форм(-ы) ударных импульсов. Однако анализ волновых форм(-ы) ударных импульсов, исходящих от вибродатчика, будет до некоторой степени ухудшен тем фактом, что амплитудный отклик, а также резонансная частота по своей природе варьируются в зависимости от конкретного физического пути от источников сигналов ударных импульсов.
Преимущественно, эти недостатки, связанные с вибродатчиками, могут быть смягчены посредством использования датчика измерения ударных импульсов. Датчик измерения ударных импульсов разрабатывается и выполняется с возможностью обеспечивать заранее заданную частоту механического резонанса, что описано подробно ниже.
Указанная особенность датчика измерения ударных импульсов преимущественно дает результаты измерения с высокой повторяемостью в том, что выходной сигнал из датчика измерения ударных импульсов имеет стабильную резонансную частоту, по существу, независимую от физического пути между
источником сигнала ударных импульсов и датчиком ударных импульсов. Более того, различные отдельные датчики ударных импульсов обеспечивают очень маленький уход резонансной частоты.
Преимущественный эффект этого состоит в том, что обработка сигналов упрощается в том смысле, что фильтры необязательно индивидуально настраивать, в противоположность вышеописанному случаю, когда используются вибродатчики. Более того, амплитудный оклик от датчиков ударных импульсов хорошо задается так, что отдельное измерение обеспечивает надежную информацию, когда измерение выполняется согласно подходящим способам измерения, заданным компанией S.P.M. Instrument AB.
Фиг. 2Г иллюстрирует сигнал измерения амплитуды, сгенерированный датчиком ударных импульсов, и фиг. 2Д иллюстрирует сигнал измерения амплитуды, сгенерированный вибродатчиком. Оба датчика подвергались действию одинаковых серий механических ударных импульсов без типичной низкочастотной составляющей сигнала. Как ясно видно из фиг. 2Г и 2Д, длительность резонансных откликов на волновые формы ударных импульсов из датчика измерения ударных импульсов короче, чем у соответствующего резонансного отклика на волновую форму ударных импульсов из вибродатчика.
Упомянутая особенность датчика измерения ударных импульсов обеспечивать отчетливые отклики волновых форм ударных импульсов имеет преимущественный эффект обеспечения сигнала измерения, в результате чего возможно выделять отличия между различными механическими ударными импульсами, которые происходят на коротком промежутке времени.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения датчик представляет собой датчик измерения ударных импульсов. Фиг. 3 - упрощенная иллюстрация датчика 10 измерения ударных импульсов согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Согласно этому варианту осуществления, датчик имеет часть 110, имеющую некоторую массу или вес, и пьезоэлектрический элемент 120. Пьезоэлектрический элемент 120 является в некоторой степени гибким, так, чтобы он мог сжиматься и растягиваться под воздействием внешней силы. Пьезоэлектрический элемент 120 обеспечивается электропроводящими слоями 130 и 140, соответственно, на противоположных поверхностях. Когда пьезоэлектрический элемент 120 сжимается и растягивается, он генерирует электрический сигнал, который снимается проводящими слоями 130 и 140. Соответственно, механическая вибрация преобразуется в аналоговый электрический сигнал измерения SEA, который подается на выходные клеммы 145, 150. Пьезоэлектрический элемент 120 может быть расположен между грузом 110 и поверхностью 160, которая во время работы физически прикрепляется к точке 12 измерения, как проиллюстрировано на фиг. 3.
Датчик 10 измерения ударных импульсов имеет частоту отклика, которая зависит от механических характеристик датчика, таких как масса m груза 110 и упругость пьезоэлектрического элемента 120. Следовательно, пьезоэлектрический элемент имеет некоторую эластичность и динамическую жесткость k. Следовательно, частота механического резонанса fRM для датчика также зависит от массы m и динамической жесткости k. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения частота механического резонанса fRM для датчика может быть определена следующим уравнением:
fRM = 1/{2тг) V(k/m) Уравнение 1
Согласно другому варианту осуществления действительная частота механического резонанса fRM для датчика 10 измерения ударных импульсов также может зависеть от других факторов, таких как характер прикрепления датчика 10 к телу машины 6.
Поэтому резонансный датчик 10 измерения ударных импульсов является особенно чувствительным к вибрациям, имеющим частоту равную или близкую к частоте механического резонанса, fRM. Датчик 10 измерения ударных импульсов может быть рассчитан так, чтобы частота механического резонанса, fRM, была приблизительно в диапазоне от 28 до 37 кГц. Согласно другому варианту осуществления частота механического резонанса fRM должна быть приблизительно в диапазоне от 30 до 35 кГц.
Соответственно, аналоговый электрический сигнал измерения имеет электрическую амплитуду, которая варьируется по частотному спектру. Для описания теоретической основы, можно предположить, что если датчик 10 измерения ударных импульсов подвергается действию механических вибраций с идентичной амплитудой на всех частотах, например, от 1 Гц до 200000 кГц, то амплитуда аналогового сигнала SEA от датчика измерения ударных импульсов будет максимальной на частоте механического резонанса, fRM, поскольку датчик будет резонировать при воздействии с этой частотой.
Как показано на фиг. 2Б, схема 43 согласования принимает аналоговый сигнал SEA. Схема 43 согласования может быть рассчитана так, чтобы она действовала как схема адаптации импеданса, рассчитанная, чтобы адаптировать входной импеданс А/Ц преобразователя относительно клемм 145, 150 датчика, так чтобы происходила оптимальная передача сигнала. Следовательно, схема 43 согласования может действовать, чтобы адаптировать входной импеданс Zm относительно клемм датчика, так чтобы в А/Ц преобразователь 44 подавалась максимальная электрическая мощность. Согласно варианту осуществления схемы 43 согласования, аналоговый сигнал SEA подается на первичную обмотку трансформатора, и согласованный аналоговый сигнал передается вторичной обмоткой трансформатора. Первичная обмотка имеет n1 витков и вторичная обмотка имеет n2 витков, отношение n1/n2=n12. Следовательно, А/Ц преобразователь 44 соединяется так, чтобы принимать согласованный аналоговый сигнал из схемы 43 согласования. А/Ц преобразователь 44 имеет входной импеданс Z44 и входной импеданс А/Ц преобразователя относительно клемм 145, 150 датчика, будет равен (n1/n2)2-Z44, когда схема 43 согласования подключает
ся между клеммами 145, 150 датчика и входными клеммами А/Ц преобразователя 44.
А/Ц преобразователь 4 4 дискретизирует принятый согласованный аналоговый сигнал с некоторой частотой дискретизации fs так, чтобы выдавать цифровой сигнал данных измерения SMD, имеющий упомянутую определенную частоту дискретизации fs, и в котором амплитуда каждой выборки зависит от амплитуды принятого аналогового сигнала в момент дискретизации.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения цифровой сигнал данных измерения SMD передается в средство 180 для цифровой обработки сигнала (см. фиг. 5).
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения средство 180 для обработки цифрового сигнала содержит процессор 50 данных и управляющую программу, заставляющую процессор 50 данных выполнять обработку цифрового сигнала. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения процессор 50 осуществляется как процессор цифровой обработки сигнала. Процессор цифровой обработки сигнала также упоминается как DSP.
Как показано на фиг. 2А, средство 50 обработки данных подключается к запоминающему устройству 60 для хранения упомянутой управляющей программы. Память 60 программ предпочтительно представляет собой энергонезависимую память. Память 60 может быть оперативной памятью, т.е. позволяет считывать данные из запоминающего устройства 60 и записывать новые данные на него. Согласно варианту осуществления память 60 программ осуществляется как флэш-память. Память 60 программ может содержать первый сегмент 70 памяти для хранения первого набора 80 управляющих программ, которые выполняются так, чтобы управлять анализирующим устройством 14 для выполнения основных операций (фиг. 2А и 4). Память программ также может содержать второй сегмент памяти для хранения второго набора 94 управляющих программ. Второй набор 94 управляющих программ во втором сегменте 90 памяти может включать в себя управляющую программу, заставляющую анализирующее устройство обрабатывать детектированный сигнал или сигналы так, чтобы генерировать предварительно обработанный сигнал или набор предварительно обработанных сигналов. Память программ также может содержать третий сегмент 100 памяти для хранения третьего набора 104 управляющих программ. Набор 104 управляющих программ в третьем сегменте 100 памяти может включать в себя управляющую программу, заставляющую анализирующее устройство выполнять выбранную функцию 105 анализа. Когда выполняется функция анализа, она может заставить анализирующее устройство представить соответствующий результат анализа на интерфейс 106 пользователя или выдать результат анализа на порт 16 (см. фиг. 1,
2А и 7).
Средство 50 обработки данных также соединяется к оперативной памяти 52 для хранения данных. Более того, средство 50 обработки данных может быть соединено к интерфейсу 54 связи анализирующего устройства. Интерфейс 54 связи анализирующего устройства обеспечивает двунаправленную связь с интерфейсом 56 связи точки измерения, который может прикрепляться на или в окрестности точки измерения на машине.
Точка 12 измерения может содержать стыковочный элемент 32, считываемый и записываемый носитель 58 данных и интерфейс 56 связи точки измерения.
Записываемый носитель 58 данных и интерфейс 56 связи точки измерения могут быть обеспечены в отдельном приборе 59, расположенном в окрестности штифта 30, как показано на фиг. 2. Альтернативно, записываемый носитель 58 данных и интерфейс 56 связи точки измерения могут быть обеспечены внутри штифта 30. Это описано более подробно в WO 98/01831, содержание которого полностью включено посредством ссылки.
Система 2 скомпонована, чтобы обеспечить возможность двунаправленной связи между интерфейсом 56 связи точки измерения и интерфейсом 54 связи анализирующего устройства. Интерфейс 56 связи точки измерения и интерфейс 54 связи анализирующего устройства предпочтительно конструируются, чтобы обеспечить возможность беспроводной связи. Согласно варианту осуществления интерфейс связи точки измерения и интерфейс связи анализирующего устройства конструируются, чтобы устанавливать связь друг с другом посредством радиочастотных (RF, РЧ) сигналов. Этот вариант осуществления включает в себя антенну в интерфейсе 56 связи точки измерения и другую антенну в интерфейсе 54 связи анализирующего устройства.
Фиг. 4 - упрощенная иллюстрация запоминающего устройства 60 и его содержимого согласно варианту осуществления. Упрощенная иллюстрация предназначена для того, чтобы донести понимание основной идеи хранения программ различных функций в памяти 60, и это необязательно правильная техническая доктрина способа, посредством которого программа должна сохраняться в реальной запоминающей схеме. Первый сегмент 70 памяти сохраняет управляющую программу для управления анализирующим устройством 14 для выполнения основных операций. Хотя упрощенная иллюстрация фигуры 4 показывает псевдокод, должно быть понятно, что управляющая программа 80 может составляться посредством машинного кода, или управляющей программы любого уровня, которая может выполняться или интерпретироваться средством 50 обработки данных (фиг. 2А).
Второй сегмент 90 памяти, показанный на фиг. 4, сохраняет второй набор управляющих программ 94. Управляющая программа 94 в сегменте 90, при прогоне на средстве 50 обработки данных, будет заставлять анализирующее устройство 14 выполнять функцию, как например, функцию обработки цифро
вого сигнала. Указанная функция может содержать передовую математическую обработку цифрового сигнала данных измерения SMD. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения управляющая программа 94 выполняется с возможностью заставить средство 50 процессора выполнять функции обработки сигнала, описанные в связи с фиг. 5, 6, 9, 10, 11А, 11Б, 12А, 12Б, 13А-В, 14А, 14Б, 15А и/или 16 в этом документе.
Как упоминалось выше в связи с фиг. 1, компьютерная программа для управления функцией анализирующего устройства может загружаться из компьютера-сервера 20. Это означает, что программа, которая должна загружаться, передается по сети 18 связи. Это может быть сделано посредством модуляции несущей волны, чтобы переносить программу по сети 18 связи. Соответственно, загруженная программа может загружаться в цифровую память, такую как память 60 (см. фиг. 2А и 4). Следовательно, программа 94 обработки сигнала и/или программа 104, 106 функции анализа может приниматься через коммуникационный порт, такой как порт 16 (фиг. 1 и 2А), так чтобы загрузить их в память 60. Подобным образом, программа 94 обработки сигнала и/или программа 104, 106 функции анализа, может приниматься через коммуникационный порт 29В (фиг. 1), так, чтобы загружать их в местоположение памяти программы в компьютере 26В или в базе данных 22В.
Один аспект настоящего изобретения относится к компьютерному программному продукту, такому как средство 94 управляющей программы или средство 104, 106 управляющей программы, загружаемой в цифровую память устройства. Компьютерный программный продукт, содержащий подпрограммы программного обеспечения для выполнения способов обработки сигнала и/или функций анализа, когда упомянутый продукт прогоняется на модуле 50 обработки данных устройства для выполнения анализа состояния машины. Термин "прогоняется на модуле 50 обработки данных" означает, что компьютерная программа плюс модуль обработки данных выполняют способ вида, описанного в настоящем документе.
Формулировка "компьютерный программный продукт, загружаемый в цифровую память устройства выполнения анализа состояния" означает, что компьютерная программа может быть введена в цифровую машину устройства выполнения анализа состояния, так чтобы устройство выполнения анализа состояния, оказалось запрограммированным, чтобы быть способным или адаптированным, чтобы выполнять способ вышеописанного типа. Термин "загружаться в цифровую машину устройства выполнения анализа состояния" означает, что устройство выполнения анализа состояния, запрограммированное таким путем, способно или адаптировано, чтобы выполнять способ вышеописанного типа.
Вышеупомянутый компьютерный программный продукт также может быть способным загружаться на считываемый компьютером носитель, такой как компакт-диск или цифровой видеодиск DVD. Такой считываемый компьютером носитель может использоваться для доставки программы клиенту.
Согласно варианту осуществления анализирующего устройства 14 (фиг. 2А), оно содержит пользовательский интерфейс 102 ввода, посредством которого оператор может взаимодействовать с анализирующим устройством 14. Согласно варианту осуществления пользовательский интерфейс 102 ввода содержит набор кнопок 104. Вариант осуществления анализирующего устройства 14 содержит пользовательский интерфейс 106 вывода. Пользовательский интерфейс вывода может содержать модуль 106 дисплея. Средство 50 обработки данных при прогоне функции основной программы, обеспеченной в основной управляющей программе 80, обеспечивает взаимодействие пользователя посредством пользовательского интерфейса 102 ввода и модуля 106 дисплея. Набор кнопок 104 может быть ограничен несколькими кнопками, как, например, пятью кнопками, как иллюстрируется на фиг. 2А. Центральная кнопка 107 может быть использована для функций ввода ENTER или выбора SELECT, тогда как периферийные кнопки 107 могут быть использованы для перемещения курсора по экрану дисплея 106. Таким образом, должно быть понятно, что символы и текст могут вводиться в устройство 14 через пользовательский интерфейс. Модуль 106 дисплея, например, может отображать несколько символов, таких как буквы алфавита, в то время как курсор может перемещаться на экране дисплея в ответ на ввод пользователя, так чтобы позволить пользователю вводить информацию.
Фиг. 5 изображает блок-схему варианта осуществления устройства 14 выполнения анализа в местоположении 4 клиента с машиной, имеющей подвижный вал 8. Датчик 10, который может быть датчиком измерения ударных импульсов, показан прикрепленным к корпусу машины так, чтобы улавливать механические вибрации и так, чтобы передавать аналоговый сигнал измерения SEA, характеризующий детектированные механические вибрации, в интерфейс 40 датчика. Интерфейс 40 датчика может быть сконструированным, как описано на фиг. 2А или 2Б. Интерфейс 40 датчика передает цифровой сигнал данных измерения SMD в средство 180 для цифровой обработки сигнала.
Цифровой сигнал данных измерения SMD, имеет частоту дискретизации fs, и значение амплитуды каждой выборки зависит от амплитуды принятого аналогового сигнала SEA в момент дискретизации. Согласно варианту осуществления частота дискретизации fs цифрового сигнала данных измерения может быть установлена равной некоторому значению fs, как, например, fs=102400 Гц. Частота дискретизации fs может управляться тактовым сигналом, выдаваемым тактовым генератором 190, как показано на фиг. 5. Тактовый сигнал также может подаваться в средство 180 для цифровой обработки сигнала. Средство 180 для цифровой обработки сигнала может производить информацию о длительности принятого цифрового сигнала данных измерения SMD в ответ на цифровой сигнал данных измерения SMD, тактовый сиг- 13
нал, и отношение между частотой дискретизации fs и тактовым сигналом, поскольку длительность между двумя значениями следующих друг за другом выборок равно Ts=1/fs.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения средство 180 для цифровой обработки сигнала включает в себя препроцессор 200 для выполнения предварительной обработки цифрового сигнала данных измерения SMD так, чтобы выдавать предварительно обработанный цифровой сигнал SMDP на выход 210. Выход 210 соединяется к входу 220 устройства 230 оценки. Устройство 230 оценки выполнено с возможностью оценки предварительно обработанного цифрового сигнала SMDP так, чтобы передавать результат оценки в пользовательский интерфейс 106. Альтернативно, результат оценки может передаваться на коммуникационный порт 16, так, чтобы обеспечить возможность передачи результата, например, в управляющий компьютер 33 в местоположение 31 центра управления (см. фиг. 1).
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения функции, описанные в связи с функциональными блоками в средстве 180 для цифровой обработки сигнала, препроцессор 200 и устройство 230 оценки могут осуществляться посредством компьютерной управляющей программы 94 и/или 104, как описано в связи с блоками 90 и 100 памяти со ссылкой на фиг. 4.
Пользователь может требовать только нескольких основных функций контроля для детектирования того, каким является состояние машины, нормальным или ненормальным. При детектировании ненормального состояния пользователь может вызвать специализированный профессиональный обслуживающий персонал, чтобы установить точный характер проблемы и для выполнения необходимой работы обслуживания. Профессиональный обслуживающий персонал часто нуждается и использует широкий диапазон функций оценки, позволяющих устанавливать характер и/или причину ненормального состояния машины. Следовательно, различные пользователи анализирующего устройства 14 могут накладывать очень различные требования на функцию устройства. Термин "функция контроля состояния" используется в этом документе для функции для детектирования того, является ли состояние машины нормальным или до некоторой степени ухудшенным или ненормальным. Термин "функция контроля состояния" также содержит функцию оценки, позволяющую устанавливать природу и/или причину ненормального состояния машины.
Примеры функций контроля состояния машины
Функции контроля состояния машины, F1, F2, Fn, включают в себя такие функции, как
анализ вибраций, измерение ударных импульсов, анализ уровня пика, спектральный анализ данных измерения ударных импульсов, быстрое преобразование Фурье данных измерения вибрации, графическое представление данных состояния на пользовательском интерфейсе, сохранение данных состояния на записываемом носителе данных на упомянутой машине, сохранение данных состояния на записываемом носителе данных в упомянутом устройстве, тахометрия, детектирование нарушения равновесия и детектирование смещения от заданного положения.
Согласно варианту осуществления устройство 14 включает в себя следующие функции:
F1 - анализ вибраций,
F2 - измерение ударных импульсов,
F3 - анализ уровня пика,
F4 - спектральный анализ данных измерения ударных импульсов,
F5 - быстрое преобразование Фурье данных измерения вибрации,
F6 - графическое представление данных состояния на пользовательском интерфейсе,
F7 - сохранение данных состояния на записываемом носителе данных на упомянутой машине,
F8 - сохранение данных состояния на записываемом носителе данных в упомянутом устройстве,
F9 - тахометрия,
F10 - детектирование нарушения равновесия,
F11 - детектирование смещения от заданного положения,
F12 - извлечение данных состояния из записываемого носителя данных,
F13 - выполнение функции F3 анализа уровня пика и выполнение функции F12 извлечения данных состояния из записываемого носителя данных, так чтобы обеспечить возможность сравнения или анализа тенденций, основываясь на данных уровня пика и накопленных данных уровня пика,
F14 - извлечение и идентификация данных из записываемого носителя 58 данных на упомянутой машине.
Варианты осуществления функции F7 "сохранение данных состояния на записываемом носителе данных на упомянутой машине" и F13 "анализ вибраций и извлечения данных состояния" подробно описаны в WO 98/01831, содержание которого полностью включено посредством ссылки.
Функция F3 анализа уровня пика может быть выполнена на основе сигнала огибающей временной области SENV, выдаваемого устройством 250 выделения огибающей. Сигнал SENV также может упоминаться как SMDP.
Функция F3 анализа уровня пика выполнена с возможностью контроля сигнала на протяжении некоторого периода контроля пика TPM с целью определения максимального уровня амплитуды.
Амплитуда пика может характеризовать толщину масляной пленки в контролируемом подшипнике. Следовательно, детектированная пиковая амплитуда может характеризовать отделение поверхностей
металла от поверхности качения. Толщина масляной пленки может зависеть от подачи смазки и/или от соосности вала. Более того, толщина масляной пленки может зависеть от нагрузки на вал, т.е. от силы, с которой прижимаются поверхности металла, причем поверхности металла могут быть, например, подшипника и вала.
Действительное детектированное значение уровня максимальной амплитуды также может зависеть от механического состояния поверхностей подшипника, т.е. состояния подшипникового узла. Соответственно, детектированное значение уровня максимальной амплитуды может зависеть от шероховатости поверхностей металла в контактной поверхности качения и/или от повреждения поверхности металла в контактной поверхности качения. Детектированное значение уровня максимальной амплитуды также может зависеть от неплотно посаженной части в подшипниковом узле.
Фиг. 6А иллюстрирует блок-схему препроцессора согласно варианту осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления цифровой сигнал данных измерения SMD вводится в цифровой полосовой фильтр 240, имеющий нижнюю частоту отсечки fLC, верхнюю частоту осечки fUC, и ширину полосы пропускания между верхней и нижней частотами отсечки.
Выход цифрового полосового фильтра 240 соединяется к цифровому устройству 250 выделения огибающей. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения выходной сигнал из устройства 250 выделения огибающей подается на выход 260. Выход 260 препроцессора 200 соединяется к выходу 210 средства 180 цифровой обработки сигнала для передачи на вход 220 устройства 250 выделения огибающей.
Верхняя и нижняя частоты отсечки цифрового полосового фильтра 240 выбираются так, чтобы частотные составляющие сигнала SMD совпадали с резонансной частотой fR^ для датчика в полосе пропускания. Как упоминалось выше, усиление механических вибраций достигается посредством датчика, имеющего механический резонанс на резонансной частоте fRM. Соответственно, аналоговый сигнал измерения, SEA, отображает усиленное значение вибраций на резонансной частоте fRM и вблизи нее. Следовательно, полосовой фильтр, согласно варианту осуществления фиг. 6, успешно подавляет сигнал на частотах выше и ниже резонансной частоты fRM так, чтобы дополнительно усиливать составляющие сигнала измерения на резонансной частоте fRM. Более того, цифровой полосовой фильтр 240 успешно дополнительно снижает шум, неотъемлемо входящий в состав сигнала измерения, поскольку шумовые составляющие ниже нижней частоты отсечки fLC и выше верхней частоты отсечки fUC, также устраняются или уменьшаются. Следовательно, при использовании резонансного датчика 10 измерения ударных импульсов, имеющего частоту механического резонанса fR^ в диапазоне от нижнего значения резонансной частоты, fRML и до верхнего значения резонансной частоты, fRMU, цифровой полосовой фильтр 240 может быть рассчитан так, чтобы иметь нижнюю частоту отсечки fLC=fRML и верхнюю частоту отсечки fUC=fRMU. Согласно варианту осуществления нижняя частота отсечки fLC=fRML=28 кГц и верхняя частота отсечки fUC=fRMU=37 кГц.
Согласно другому варианту осуществления частота механического резонанса fRM находится где-то в диапазоне от 30 до 35 кГц, и тогда цифровой полосовой фильтр 240 может быть рассчитан так, чтобы иметь нижнюю частоту отсечки fLC=30 кГц и верхнюю частоту отсечки fUC=35 кГц.
Согласно другому варианту осуществления цифровой полосовой фильтр 240 может быть рассчитан так, чтобы иметь нижнюю частоту отсечки, fLC, ниже нижнего значения резонансной частоты, fRML и верхнюю частоту отсечки, fUC, выше верхнего значения резонансной частоты, fRMU. Например, частота механического резонанса fRM находится в диапазоне от 30 до 35 кГц, и тогда цифровой полосовой фильтр 240 может быть рассчитан так, чтобы иметь нижнюю частоту отсечки fLC= 17 кГц, и верхнюю частоту отсечки fUC=36 кГц.
Соответственно, цифровой полосовой фильтр 240 может выдавать полосовой цифровой сигнал данных измерения, SF, имеющий преимущественно низкую внеполосную шумовую составляющую, и отображающий механические вибрации в полосе пропускания. Полосовой цифровой сигнал данных измерения, SF, может подаваться в устройство 250 выделения огибающей.
Соответственно, цифровое устройство 250 выделения огибающей принимает полосовой цифровой сигнал данных измерения, SF, который может отображать сигнал, имеющий как положительные, так и отрицательные амплитуды. Как показано на фиг. 6А, принятый сигнал выпрямляется цифровым выпрямителем 270, и выпрямленный сигнал может фильтроваться дополнительным фильтром 280 нижних частот, так, чтобы вырабатывать цифровой сигнал огибающей, SENV.
Соответственно, сигнал SENV является цифровым представлением сигнала огибающей, производимого в ответ на фильтрованный сигнал данных измерения, SF. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения дополнительный фильтр 280 нижних частот может быть устранен.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения фигуры 6А сигнал SENV подается на вход препроцессора 200. Следовательно, согласно варианту осуществления настоящего изобретения предварительно обработанный цифровой сигнал SMDP подаваемый на выход 210 (фиг. 5) представляет собой цифровой сигнал огибающей, SENV.
Тогда как известные аналоговые устройства для генерации сигнала огибающей в ответ на сигнал измерения используют аналоговый выпрямитель, который неизбежно приводит к ошибке смещения,
вносимой в результирующий сигнал, цифровое устройство 250 выделения огибающей будет преимущественно производить истинное выпрямление без каких-либо ошибок смещения. Соответственно, цифровой сигнал огибающей, SENV, будет иметь хорошее отношение сигнала к шуму, поскольку датчик, имеющий механический резонанс на резонансной частоте в полосе пропускания цифрового полосового фильтра 240, приводит к высокой амплитуде сигнала, и обработка сигнала, выполняемая в цифровой области, исключает добавление шума и устраняет добавление ошибок смещения.
Как показано на фиг. 5, предварительно обработанный цифровой сигнал SMDP подается на вход 220 устройства 230 оценки. Согласно другому варианту осуществления фильтр 240 представляет собой фильтр нижних частот с частотой отсечки fLC. Этот вариант осуществления упрощает конструкцию путем замены полосового фильтра на фильтр 240 верхних частот, тем самым оставляя фильтрацию нижних частот для другого фильтра нижних частот в нисходящем направлении, такого как фильтр 280 нижних частот. Частота отсечки fLC и фильтра 240 верхних частот выбирается приблизительно равной самому низкому значению частоты механического резонанса, fRMU, резонансного датчика 10 измерения ударных импульсов. Когда частота механического резонанса fRM находится где-то в диапазоне от 30 до 35 кГц, тогда фильтр 240 верхних частот может быть рассчитан так, чтобы иметь нижнюю частоту отсечки fLC=30 кГц. Затем сигнал, отфильтрованный фильтром верхних частот, подается в выпрямитель 270 и в фильтр 280 нижних частот.
Согласно варианту осуществления можно использовать датчик 10, имеющий резонансную частоту в диапазоне приблизительно от 20 до 35 кГц. Для достижения этого фильтр 240 верхних частот может быть рассчитан так, чтобы иметь нижнюю частоту отсечки fLC=20 кГц.
Фигура 6Б иллюстрирует вариант осуществления, согласно которому 240 цифровой полосовой фильтр подает отфильтрованный сигнал SF в цифровой выпрямитель 270, и выпрямитель 270 подает выпрямленный сигнал SR непосредственно в анализатор 290 состояния (см. фиг. 7 в сочетании с фиг. 6Б).
Фиг. 7 иллюстрирует вариант осуществления устройства 230 оценки (см. также фиг. 5). Вариант осуществления устройства 230 оценки фигуры 7 включает в себя анализатор 290 состояния, выполненный с возможностью принимать предварительно обработанный цифровой сигнал SMDP, характеризующий состояние машины 6. Анализатор 290 состояния может управляться так, чтобы выполнять выбранную функцию 105 анализа состояния посредством сигнала выбора, подаваемого на вход 300 управляющего сигнала. Примеры функций 105 анализа состояния схематически иллюстрируются как блоки на фиг. 7. Сигнал выбора, подаваемый на вход 300 управления, может генерироваться посредством взаимодействия пользователя с интерфейсом пользователя (см. фиг. 2А).
Как упоминалось выше, анализирующее устройство 14 может включать в себя функцию F3, 105 анализа уровня пика (см. фиг. 4 и 7).
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения функция анализа уровня пика может выполняться анализатором 290 состояния в ответ на сигнал запуска через вход 300 управляющего сигнала. В ответ на сигнал запуска анализа уровня пика, анализатор 290 будет возбуждать анализатор 400 уровня пика (см. фиг. 7), и цифровой сигнал SMDP измерения будет подаваться на вход анализатора 400 уровня пика. Анализатор 400 уровня пика выполнен с возможностью контролировать сигнал на протяжении времени контроля пика, ТРМ, с целью определения уровня максимальной амплитуды, APR, характеризующего механическое состояние контролируемой части, т.е. подшипников 7 и/ли вала 8. Уровень максимальной амплитуды APR также может упоминаться как характерная пиковая амплитуда APR.
Как упоминалось выше, пиковая амплитуда, детектированная в сигнале измерения, может характеризовать состояние машины, когда значение пиковой амплитуды получается в результате механических вибраций в контролируемой машине. Когда контролируется подшипниковый узел, значение пиковой амплитуды может характеризовать состояние подшипникового узла.
Фактически, значение пиковой амплитуды может характеризовать толщину масляной пленки в контролируемом подшипнике. Следовательно, детектированная пиковая амплитуда может характеризовать отделение поверхностей металла от поверхности качения. Толщина масляной пленки может зависеть от подачи смазки и/или от соосности вала. Более того, толщина масляной пленки может зависеть от нагрузки на вал, т.е. от силы, с которой прижимаются поверхности металла, например, поверхности подшипника и вала. Действительное детектированное значение уровня максимальной амплитуды также может зависеть от механического состояния поверхностей подшипника.
Однако способность корректно характеризовать состояние смазки поверхностей подшипника вращательной части, основываясь на детектированном значении пиковой амплитуды, требует, чтобы детектированное значение пиковой амплитуды действительно исходило от вращательной части. Машины в промышленности, например бумажной, могут подвергаться механическим ударам от инструментов или других машин, что может вызывать механические вибрации или ударные волны в контролируемой машине. Следовательно, уровень пиковой амплитуды в цифровом сигнале измерения может быть вызван окружением машины, в случае чего действительные значения максимальной амплитуды, детектированные в цифровом сигнале измерения, могут быть не связаны с состоянием контролируемой детали 8 машины. Для целей настоящего документа такие уровни максимальной амплитуды в цифровом сигнале измерения, которые не зависят от механического состояния контролируемой части 8, рассматриваются
как шум. Более того, электрические поля в окружении датчика или в окрестности проводников системы выполнения анализа состояния, могут быть помехой роста пиковых амплитуд напряжения в сигнале измерения. Такие пиковые амплитуды напряжения также рассматриваются как шум.
Изобретатель понял, что бывает особенно высокий уровень шума в механических вибрациях некоторых машин и что такие уровни шума затрудняют обнаружение повреждений машины. Следовательно, для некоторых типов машинного оборудования известные способы профилактического контроля состояния не могут обеспечить достаточно раннего и/или надежного оповещения приближающихся условий повреждения. Изобретатель сделал вывод, что может существовать механическая вибрация VPM, указывающие ухудшенное состояние в таком машинном оборудовании, но что известные до настоящего времени способы могут быть недостаточными для корректного обнаружения такой вибрации.
Изобретатель также понял, что машины, имеющие медленно вращающиеся части, также были среди типов машинного оборудования, для которых известные способы профилактического контроля состояния также потерпели неудачу при попытке обеспечить достаточно надежное оповещение приближающихся условий повреждения.
Понимая, что особенно высокий уровень шума в механических вибрациях некоторых машин затрудняет обнаружение повреждений машин, изобретатель пришел к способу обеспечения возможности более надежного обнаружения уровня пиковой амплитуды сигнала, который характеризует зарождающееся повреждение вращательной части 8 контролируемой машины 6.
Однако испытания показали, что даже в лабораторных условиях, где шум очень незначительный или отсутствует, детектируемый уровень пика для вращательной части часто варьируется, т.е. каждый оборот вращательного вала не производит идентичные уровни пика. После тщательного изучения таких уровней амплитуды, изобретатель сделал вывод, что уровни амплитуды, получающиеся в результате вращения контролируемой вращательной части, точно подчиняются нормальному распределению, также упоминаемому как гауссово распределение; и что необходимо записывать уровни амплитуды, получающиеся в результате многих оборотов вращательной части, чтобы выявить релевантное истинное пиковое значение, которое может быть использовано для точного определения состояния контролируемой вращательной части.
В этом контексте следует отметить, что нормальное распределение представляет собой распределение вероятностей, которое описывает данные, которые сосредоточены вокруг среднего значения. График соответствующей функции плотности вероятности является колоколообразным, с пиком в среднем значении, и известен как гауссова кривая или колоколообразная кривая.
Фиг. 8 - схематическая иллюстрация выпрямленного сигнала SR, который может подаваться выпрямителем 270 (фиг. 6Б) в анализатор 400 уровня пика (фиг. 7). Фиг. 5 в сочетании с фиг. 6Б и 7 обеспечивает общее представление варианта осуществления анализирующего устройства. Функция F3 анализа уровня пика (см. фиг. 7 и 4) выполнена с возможностью контролировать сигнал на протяжении времени контроля пика, ТРМ, с целью определения релевантного уровня максимальной амплитуды. В примере, иллюстрируемом на фиг. 8, период времени контроля пика, ТРМ, соответствует 14 оборотам контролируемой вращательной части. Отдельные обороты контролируемой вращательной части показаны номером позиции 405 на фиг. 8.
Соответственно, если задавать период времени контроля пика, TPM, в терминах числа оборотов контролируемой вращательной части, а не в терминах некоторого периода времени, то качество анализа улучшается. Точнее, изобретатель понял, что когда число детектированных значений пиковой амплитуды АР рассматривается в отношении количества R оборотов контролируемой вращательной части во время измерения, могут быть использованы статистические методы так, чтобы достичь повышенного качества результирующего значения пиковой амплитуды.
Изобретатель понял, что если распределение детектированных значений пиковой амплитуды АР похоже на гауссово распределение, то следует сделать вывод, что один оборот вала может привести к набору значений пиковой амплитуды, отличному от другого оборота того же самого вала.
Способ согласно варианту осуществления содержит этапы
прием первого цифрового сигнала, зависящего от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части;
выполнение анализа упомянутого первого цифрового сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды АР на протяжении конечного периода времени ТРМ, причем упомянутый конечный период времени соответствует некоторому количеству R оборотов упомянутой вращательной части. Упомянутое некоторое количество R оборотов соответствует более, чем одному обороту упомянутой контролируемой вращательной части. Способ дополнительно содержит этапы
определение множества NR диапазонов амплитуд RA;
сортировка упомянутых детектированных значений пиковой амплитуды АР на соответствующие диапазоны амплитуд RA, так чтобы отобразить появление N детектированных значений пиковой амплитуды АР в упомянутом множестве диапазонов амплитуд.
Фиг. 9 иллюстрирует гистограмму, получающуюся в результате измерения, когда период времени измерения, ТРМ, соответствует четьфнадцати (R=14) оборотам контролируемой вращательной части в
лабораторных условиях без шума, т.е. каждая из иллюстрируемых черных точек соответствует одному детектированному значению пиковой амплитуды АР. Следовательно, "некоторое количество оборотов" равно R=14,0 оборотов, и конечный период времени ТРМ составлял время, которое уходит на то, чтобы контролируемая часть 8 сделала 14 оборотов. Контролируемая часть 8 может быть валом. Следовательно, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения период времени измерения ТРМ мог зависеть от частоты вращения вращательной части так, чтобы, когда контролируемая вращательная часть вращается с более низкой скоростью, период времени измерения ТРМ был длиннее, и когда контролируемая вращательная часть вращается с более высокой скоростью, период времени измерения ТРМ был короче.
Основываясь на знании того, что измерение было выполнено на протяжении R=14 полных оборотов контролируемой части, и на предположении того, что максимальное значение пиковой амплитуды детектируется один раз на один оборот, из фиг. 9 можно видеть, что верхние четырнадцать (14) детектированных значений амплитуды немного варьируются, причем самая высокая амплитуда показана номером позиции 410 и диапазон самых высоких амплитуд показан номером позиции 420. Следовательно, из фиг. 9 можно заключить, что значение пиковой амплитуды АР, детектированное на протяжении одного оборота, часто отличается от значения пиковой амплитуды, детектированного на протяжении другого оборота. Другими словами, если измерение было выполнено на протяжении одного оборота, то многочисленные измерения одного оборота на том же валу будут приводить к еще большим вариациям детектированного пикового значения.
Изобретатель понял, что желательно достичь процедуры измерения, которая является надежной в том смысле, что она должна обеспечить воспроизводимые результаты. Следовательно, когда процедура измерения воспроизводимым образом выполняется на одной и той же вращательной части, так что многочисленные периоды контроля TPM1, TPM2, ТРМ3, ТРМ4, ТРМ5 приводят к результатам измерения в форме многочисленных характерных значений пиковой амплитуды APR1, APR2, APR3, APR4, производимых в прямой временной последовательности, то желательно, чтобы эти многочисленные характерные значения пиковой амплитуды APR1, APR2, APR3, APR4, имели, по существу, одинаковое численное значение.
Конечный период времени для детектирования пиковых значений.
Выполняя многочисленные экспериментальные измерения в лабораторных условиях, где уровень шума очень низкий или шум отсутствует, изобретатель сделал вывод, что желательно контролировать вращающуюся часть на протяжении конечного периода времени ТРМ, соответствующего некоторому количеству R оборотов, чтобы детектировать истинное значение пиковой амплитуды АРТ, которое указывает механическое состояние контролируемой части, т.е. подшипников 7 и/или вала 8. В данном контексте истинное значение пиковой амплитуды АРТ является истинным в том смысле, что оно действительно получается в результате механических вибраций VMD, вызванных относительным движением между поверхностями металла в контролируемой части, как, например, между шариком подшипника и внутренним кольцом подшипника, а не от какого-либо шума или помех.
В действительности, выбор значения для параметра R является вопросом, который надо тщательно взвесить, поскольку контроль во время одного оборота, т.е. R=1, вероятно приведет к слишком низкому значению пиковой амплитуды АРТ, которое, следовательно, может быть не адекватным, чтобы характеризовать механическое состояние контролируемой вращающейся части. С другой стороны, если вращающаяся часть контролируется чрезвычайно длительное время, стремясь к бесконечности в статистических терминах, то детектированное значение пиковой амплитуды АРТ будет медленно увеличиваться до бесконечности, что в действительности означает, что после чрезмерно длительного периода работы вращающейся части, связанной с подшипниковым узлом, будет недействительным. Соответственно, изобретатель сделал вывод, что необходимо искать сбалансированное значение для параметра R, так чтобы, с одной стороны, иметь достаточно высокое значение R, чтобы детектировать истинное значение пиковой амплитуды АРТ, которое характеризует механическое состояние контролируемой части, а с другой стороны, иметь достаточно низкое значение R, чтобы детектировать истинное значение пиковой амплитуды АРТ, так чтобы поддерживать длительность периода времени измерения ТРМ на приемлемой конечной длительности.
Основываясь на многочисленных экспериментальных измерениях в обычных условиях с существенным уровнем шума, изобретатель сделал вывод, что желательно контролировать вращающуюся часть на протяжении конечного периода времени ТРМ, соответствующего некоторому количеству R оборотов упомянутой вращательной части; причем упомянутое количество R оборотов, соответствует по меньшей мере восьми оборотам (R=8) упомянутой контролируемой вращательной части, чтобы действительно детектировать истинное значение пиковой амплитуды АРТ, которое указывает механическое состояние контролируемой части. Основываясь на этих экспериментальных измерениях, изобретатель сделал вывод, что контроль вращающейся части на протяжении конечного периода времени ТРМ, соответствующего по меньшей мере десяти оборотам (R=10) упомянутой контролируемой вращательной части, дает более точное истинное значение пиковой амплитуды АРТ, т.е. истинное значение пиковой амплитуды АРТ, которое более точно указывает механическое состояние контролируемой части. Это заключение основано на испытаниях, показывающих, что дополнительное увеличение периода времени контроля ТРМ до
конечной длительности более десяти оборотов (R=10) в средах, свободных от шума, может привести к детектированию более высокого истинного значения пиковой амплитуды АРТ, но увеличение детектированного истинного значения пиковой амплитуды АРТ мало по отношению к увеличенному периоду времени контроля ТРМ.
При измерении и накоплении значений пиковой амплитуды АР на протяжении периода времени ТРМ, соответствующего R=14 полным оборотам контролируемой части, и при последующем формировании гистограммы значений пиковой амплитуды АР, как иллюстрируется на фиг. 9, значения пиковой амплитуды АР, сортированные в амплитудный диапазон 420 для 14-й самой высокой детектированной амплитуды, является очень стабильным. Из гистограммы на фиг. 9 должно быть видно, что четыре пиковых амплитуды были детектированы в этом амплитудном диапазоне 420. Соответственно, стабильное значение измерения, т.е. воспроизводимое обеспечение, по существу, одинаковой пиковой амплитуды при выполнении многочисленных измерений на одной и той же вращающейся части, может быть достигнуто путем сосредоточения на R-й самой высокой амплитуде, где R - число, указывающее число оборотов, выполненных контролируемой частью на протяжении времени контроля пикового уровня ТРМ.
Следовательно, вариант осуществления настоящего изобретения включает в себя способ работы устройства для выполнения анализа состояния машины, имеющей часть, вращающуюся с частотой вращения fROT, способ, содержащий этапы
прием первого цифрового сигнала (SMD, SR, SF), зависящего от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части;
выполнение анализа упомянутого первого цифрового сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды Ар на протяжении конечного периода времени (TPm), причем упомянутый конечный период времени соответствует некоторому количеству R оборотов упомянутой вращающейся части; причем, упомянутое некоторое количество R оборотов соответствует более, чем одному обороту упомянутой контролируемой вращательной части;
сортировка упомянутых детектированных значений пиковой амплитуды Ар на соответствующие диапазоны амплитуд; и
оценка характерного значения пиковой амплитуды APR в зависимости от упомянутых сортированных значений пиковой амплитуды Ар и упомянутого некоторого количества R оборотов.
Согласно предпочтительному варианту осуществления оценка включает в себя выбор R-й самой высокой амплитуды так, чтобы она была характерным значением пиковой амплитуды APR.
Снижение или устранение шума.
Фиг. 10 иллюстрирует гистограмму, получающуюся в результате измерения, в котором время контроля пикового уровня, TPM, соответствует четыгонадцати (14) оборотам контролируемой вращательной части. Гистограмма фиг. 10 является результатом эксперимента, в котором два механических возмущения 430, 440 с очень высокими амплитудами генерировались на протяжении времени контроля пикового уровня, TPM. Два пика сигналов, соответствующие двум механических возмущениям 430, 440 с очень высокими амплитудами также иллюстрируются на фиг. 8. Должно быть понятно, что два механических возмущения 430, 440 с очень высокими амплитудами не были вызваны каким-либо повреждением в контролируемой вращательной части. Следовательно, два механических возмущения 430, 440 с очень высокими амплитудами можно рассматривать как шум.
Опыт и большое число измерений показали, что при контроле машины, имеющей часть, вращающуюся с некоторой частотой вращения, самое высокое значения пиковой амплитуды, получающееся в результате зарождающегося повреждения, является очень подходящим значением амплитуды для целей диагностического обслуживания.
Однако, поскольку самое высокое значение пиковой амплитуды не проявляется каждый раз, когда контролируемый вал совершает один полный оборот, будет необходимо контролировать вращательную часть на протяжении времени, позволяющего сделать много оборотов. Однако, к сожалению, в реальной ситуации, более длительное время измерения часто повышает уровень шума в сигнале измерения. В промышленной среде, например на бумажном комбинате, другие машины в окрестности контролируемой машины могут время от времени вызывать механические вибрации или ударные импульсы, и чем дольше время измерения, тем больше риск того, что такие внешние механические вибрации вызовут более высокие уровни детектированной пиковой амплитуды. По этим причинам, процедура измерения, предназначенная для того, чтобы обеспечить надежное и воспроизводимое характерное значение пиковой амплитуды, должна удовлетворять противоречивым требованиям
с одной стороны, использование измерения на протяжении достаточно длительного времени, чтобы накопить на многочисленных оборотах контролируемой вращательной части значение пиковой амплитуды, которое является характерным самым высоким значением пиковой амплитуды, вызванным состоянием контролируемой вращательной части, тогда как
с другой стороны, попытка избежать процедуры измерения, требующей такого длительного времени, что шум, вызванный, например, другими машинами в промышленной среде искажает результаты измерения.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения R-я самая высокая амплитуда выбира
ется в качестве характерного значения пиковой амплитуды APR. Этот вариант осуществления преимущественно приводит к сниженному или устраненному влиянию высокого уровня шума на результирующее характерное значение пиковой амплитуды APR. Это преимущественный эффект понятен из изучения и сравнения фиг. 9 и 10. Обе гистограммы фиг. 9 и 10 получаются из измерения на протяжении периода длительности TPm, причем упомянутый период длительности измерений соответствует количеству оборотов R=14 упомянутой вращательной части. Фиг. 9 иллюстрирует гистограмму, получающуюся в результате измерения без шума, тогда как фиг. 10 иллюстрирует гистограмму, получающуюся в результате другого измерения, где высокий уровень шума был наведен во время измерения. Выбор R-й самой высокой амплитуды в качестве характерного значения пиковой амплитуды APR, приводит к воспроизводимым результатам, даже при действии шума. Следовательно, когда процедура измерения воспроизводимым образом выполняется на одной и той же вращательной части, так что многочисленные периоды контроля TPM1 TPM2, TPM3, TPM4, TPM5 приводят результатам измерения в форме многочисленных характерных значений пиковой амплитуды APR1, APR2, APR3, APR4, производимых в прямой временной последовательности, то желательно, чтобы эти многочисленные характерные значения пиковой амплитуды APR1, APR2, APR3, APR4, имели, по существу, одинаковое численное значение, когда R-я самая высокая амплитуда выбирается в качестве характерного значения пиковой амплитуды APR, и периоды длительности измерения
TPMb TPM2, ТРМ3,
ТРМ4, ТРМ5 соответствуют R оборотам упомянутой вращательной части. Идентификация 14-го самого высокого значения амплитуды, начиная с правой стороны, приводит к, по существу, одинаковому уровню амплитуды в обоих случаях фиг. 9 и 10. Следовательно, уровень амплитуды R-го самого высокого значения амплитуды может успешно выбираться в качестве характерного значения пиковой амплитуды APR, согласно варианту осуществления.
Однако характер гауссовой функции или колоколообразной кривой таков, что частота (появления) низких значений амплитуды действительно может говорить нам что-то об амплитуде не таких частых самых высоких значений пиковой амплитуды.
Согласно аспекту настоящего изобретения способ включает в себя оценку характерного значения пиковой амплитуды (APR) в зависимости от упомянутых сортированных значений пиковой амплитуды (Ар) и от упомянутого некоторого количества (R) оборотов.
Согласно аспекту настоящего изобретения этап оценки включает в себя создание совокупной гистограммы.
Настройка анализирующего устройства для выполнения анализа пикового уровня.
Фиг. 11А - схема последовательности операций, иллюстрирующая вариант осуществления способа работы устройства 14 так, чтобы установить его для выполнения анализа состояния пикового уровня. Способ, согласно фиг. 11А, может выполняться, когда на процессоре 50 (фиг. 2А) выполняется функция анализа F3 (фиг. 4 и 6) варианта осуществления. На этапе S10 устанавливается значение параметра R, и на другом дополнительном этапе S20 может быть установлен параметр n. Согласно варианту осуществления значения параметров R и n, соответственно, могут быть установлены в связи с производством или с обеспечением измерительного устройства 14.
Соответственно, значения параметров R и n могут предварительно устанавливаться изготовителем устройства 14, и эти значения могут сохраняться в энергонезависимой памяти 52 или в энергонезависимой памяти 60 (фиг. 2А).
Альтернативно, значения параметров R и n могут быть установлены пользователем устройства 14 перед выполнением сеанса измерения. Значения параметров R и n могут быть установлены пользователем посредством пользовательских интерфейсов 102, 107, описанных в связи с фиг. 2А.
Способ измерения и сбора данных.
Фиг. 11Б - схема последовательности операций, иллюстрирующая вариант осуществления способа работы устройства 14 так, чтобы выполнять анализ состояния пикового уровня. Способ согласно фиг. 11Б может выполняться, когда на процессоре 50 (фиг. 2А) выполняется функция анализа F3 (фиг. 4 и фиг. 7) варианта осуществления. На этапе S50, текущая частота вращения fROT считывается и сохраняется в памяти 52 данных. Когда контролируемая часть 8 вращается с постоянной частотой вращения, значение частоты вращения fROT может вводиться пользователем через пользовательский интерфейс 102 (фиг. 2А). Когда частота вращения fROT контролируемой части 8 варьируется, может быть обеспечен детектор 450 частоты вращения (фиг. 1 и 5), чтобы подавать сигнал, характеризующий частоту fROT вращения вала 8. Частота fROT вращения вала 8 может подаваться в единицах оборотов в секунду, rps, т.е. герц (Гц) на вход 460 средства 180 для обработки цифрового сигнала (фиг. 5), так чтобы ее можно было использовать процессором 50 (фиг. 2А) при прогоне программы для выполнения функции анализа пиковой амплитуды.
На этапе S60 выполняется дополнительная подготовка для этапа сеанса измерения S70. Подготовка на этапе S60 может включать в себя подготовку подходящей таблицы 470 для собираемых данных. Фиг. 13Б - схематическая иллюстрация многочисленных положений памяти, расположенных в виде таблицы 470, походящей для хранения собираемых данных. Таблица 470 может храниться в памяти 52 (фиг. 2А) или во внутренней памяти процессора 50. Фиг. 13А иллюстрирует гистограмму, имеющую многочислен
ные поддиапазоны 500 амплитуд, отдельно помеченные номерами позиций от r1 до r750, причем каждый поддиапазон амплитуд r1...r750 представляет уровень амплитуды Ar. Хотя фиг. 13 показывает 750 (семьсот пятьдесят) поддиапазонов амплитуд, это только иллюстративное значение. Число поддиапазонов амплитуд может устанавливаться пользователем равным любому подходящему числу на этапе S60 (фиг. 11Б) через пользовательский интерфейс 102 (фиг. 2А). Фиг. 13А совместима с фиг. 10, причем обе фигуры иллюстрируют число поддиапазонов амплитуд вдоль одной оси 480, и появление детектированных значений пиковой амплитуды вдоль другой оси 490. Однако на иллюстрации фиг. 13А в гистограмме не были нанесены значения. Ось 480 амплитуд может иметь некоторое разрешение, которое также может устанавливаться пользователем через пользовательский интерфейс 102. Альтернативно, разрешение оси 48 амплитуд может быть установлено предварительно.
Согласно варианту осуществления разрешение оси 480 амплитуд может быть установлено равным 0,2 дБ, и амплитуды, которые должны записываться, могут простираться от самой низкой амплитуды Ar1=-50 дБ до самого высокого значения амплитуды Ar750=+100dB.
Как показано на фиг. 13Б, иллюстрируемая таблица является представлением гистограммы, показанной на фиг. 13А, имеющей поддиапазоны 500 амплитуд, отдельно помеченные номерами позиций от r1 до r750, причем каждый поддиапазон амплитуд r1-r750 представляет уровень амплитуды Ar. Таблица 470 также включает в себя положения 510 памяти для значений амплитуды Ar, и положения 520 памяти для переменных Nr, отображающих появление. Поддиапазон r1 ассоциируется со значением амплитуды Ar1 и с положением памяти для переменной Nr1 для хранения значения, показывающего, сколько раз была детектирована амплитуда Ar1.
На этапе S60 (фиг. 11Б) перед началом сеанса измерения S70 все переменные появления от Nr1 до Nr750 могут быть установлены равными нулю (0). После этого может быть начат сеанс измерения, S70.
Сеанс измерения S70 может включать в себя этапы
прием первого цифрового сигнала SR, SMDP, зависящего от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части (фиг. 6Б и 7); и
выполнение анализа упомянутого первого цифрового сигнала SR, SMDP, так чтобы детектировать значения пиковой амплитуды (Ар) на протяжении конечного периода времени (TPm), причем упомянутый конечный период времени соответствует некоторому количеству (R) оборотов упомянутой вращающейся части 8, причем упомянутое некоторое количество (R) оборотов соответствует более чем одному обороту упомянутой контролируемой вращающейся части;
сортировка упомянутых детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) на соответствующие диапазоны 500 амплитуд, так, чтобы отобразить появление (N) детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) в упомянутом множестве диапазонов 500 амплитуд (фиг. 13Б).
Длительность сеанса измерения управляется в зависимости от количества оборотов вращающейся части, так чтобы вращающаяся часть вращалась по меньшей мере R оборотов, как упоминалось выше. Этап S80 фиг. 11Б представляет этап управления длительностью конечного периода времени (TPm) соответственно. Для контроля сигнала fROT может быть обеспечен счетчик оборотов так, чтобы убедиться, что сеанс измерения продолжается на протяжении конечного периода времени (TPm), соответствующего некоторому количеству R оборотов упомянутой вращательной части 8. Альтернативно, детектор 450 может генерировать сигнал, характеризующий количество оборотов, и длительность измерения может управляться просто в зависимости от количества оборотов упомянутой вращательной части 8, независимо от времени. Альтернативно, длительность TPm сеанса измерения управляется в зависимости от информации времени, обеспеченной тактовым генератором 190 (фиг. 5), в сочетании с информацией частоты вращения fROT обеспеченной детектором 450 так, чтобы длительность TPm адаптировалась, чтобы гарантировать, что контроль выполняется для желательного количества оборотов n-R. В этой связи отмечается, что R является положительным числом больше единицы и n является положительным числом равным единице (1) или больше единицы (1). Параметр R может быть целым числом, но альтернативно он может быть дробным числом. В примере, показанном выше на фиг. 8, параметр R=14 и параметр n=1.
На этапе S90 (фиг. 11Б) характерное значение пиковой амплитуды APR определяется на основе значений пиковой амплитуды Ар, собранных в сеансе измерения, S70.
Фиг. 12А - схема последовательности операций, иллюстрирующая вариант осуществления способа выполнения этапа S70 так, чтобы выполнить сеанс измерения пикового уровня.
На этапе S100, цифровой сигнал SR, SMDP, зависящий от механических вибраций, принимается анализатором 400 уровня пика (фиг. 7). Когда детектируется пиковый сигнал (этап S110), измеряется значение пиковой амплитуды детектированного пика (этап S120), и соответствующий диапазон амплитуд r1, также упоминаемый как поддиапазон диапазонов амплитуд, идентифицируется на этапе S130 (см. фиг. 12А в сочетании с фиг. 13Б).
На этапе S140 соответствующее значение счетчика событий Nn увеличивается на одну единицу, так чтобы отображать детектирование пика в поддиапазоне диапазонов амплитуд, r1.
После этого выполняется этап S80 фигуры 11Б так, чтобы определить, завершился ли сеанс измерения, или он должен быть продолжен. Если он должен быть продолжен, то этапы с S100 до S140 повторяются, т.е. этап S70 фигуры 11 выполняется снова.
Когда этап S80 определяет, что сеанс измерения завершился, определяется (S90) характерное значение пиковой амплитуды, APR на основе значений пиковой амплитуды (Ар), собранных в сеансе измерения S70, как упоминалось выше.
Согласно варианту осуществления характерное значение пиковой амплитуды, APR, сравнивается с опорным значением, так чтобы сравнение характеризовало состояние контролируемой вращательной части. Опорное значение может представлять собой предварительно заданное значение, соответствующее контролируемой части. Согласно варианту осуществления опорное значение может быть характерным значением пиковой амплитуды APR, которое определяется посредством измерения на той же самой контролируемой части в более раннее время, например, когда эта часть была новой или обновленной. Согласно варианту осуществления вышеописанных функций используются
F7 - сохранение данных состояния на записываемом носителе данных на упомянутой машине, и/или
F8 - сохранение данных состояния на записываемом носителе данных в упомянутом устройстве, и/или
F12 - извлечение данных состояния из записываемого носителя данных на упомянутой машине, и/или
F13 - выполнение функции F3 анализа уровня пика и выполнение функции F12 извлечения данных состояния из записываемого носителя данных, так чтобы обеспечить возможность сравнения или анализа тенденций, основываясь на данных уровня пика и накопленных данных уровня пика.
Определение дополнительно улучшенного характерного пикового значения и подавление шума.
Тогда как результаты измерения, такие как показаны на фиг. 9, отображают самое высокое значения пиковой амплитуды 410, детектированной на протяжении R=14 оборотов в условиях почти свободных от шума, самый высокий пик 430 в сеансе измерения, иллюстрируемом на фиг. 10, детектированный на протяжении R=14 оборотов, генерировался в ответ на возмущение, т.е. это отображает шум, и как таковой, пик 430 не несет никакой информации о состоянии вращающейся части 8. Соответственно, желательно получать характерное значение пиковой амплитуды APR, которое основано на значениях измерения, отображающих значения сигнала, выдаваемые датчиком 10 в зависимости от вибраций, исходящих от вала и/или подшипника во время вращения вала. В частности, когда происходит измерение на медленно вращающихся частях, которое неотъемлемо требует более длительного периода измерения ТРМ, когда измерение должно выполняться на некотором предварительно заданном количестве (R) оборотов, величина шума также может увеличиваться из-за более длительного сеанса измерения, требуемого из-за более медленной частоты вращения. Следовательно, имеется необходимость надежного способа измерения, способного подавлять шум.
В применении ветряного двигателя вал, подшипник которого анализируется, может вращаться с частотой менее, чем 120 оборота в минуту, т.е. частота вращения вала, fROT, меньше 2 оборотов в секунду (rps). Иногда такой вал вращается с частотой менее 50 оборотов в минуту (rpm), т.е. частота вращения вала, fROT, меньше 0,83 оборота в секунду. В действительности, частота вращения обычно может быть меньше 15 оборотов в минуту. Тогда как вал, имеющий частоту вращения 1715 оборотов в минуту, как обсуждалось в вышеупомянутой книге, производит 500 оборотов в 17,5 с; вал, вращающийся со скоростью 50 оборотов в минуту, производит 500 оборотов за десять минут. Некоторые большие ветровые электростанции имеют валы, которые обычно могут вращаться с частотой 12 RPM=0,2 rps. При 12 оборотах в минуту для совершения пяти оборотов тратиться более четырех минут, и, соответственно, риск ударного шума, происходящего во время измерения, намного выше, чем при анализе пикового уровня, выполняемого на вращающейся части, имеющей такую низкую частоту вращения. Подобным образом, некоторые части машины на бумажных комбинатах также вращаются со скоростью менее 50 оборотов в минуту.
Как упоминалось выше, изобретатель сделал вывод, что желательно контролировать вращающуюся часть на протяжении конечного периода времени ТРМ, соответствующего некоторому количеству R оборотов упомянутой вращательной части; причем упомянутое некоторое количество R оборотов соответствует многочисленным оборотам упомянутой контролируемой вращательной части, чтобы действительно детектировать значение пиковой амплитуды АРТ, которое характеризует механическое состояние контролируемой части. Однако изобретатель сделал вывод, что предпочтительно контролировать вращающуюся часть на протяжении конечного периода времени ТРМ, соответствующего некоторому количеству R оборотов упомянутой вращательной части; причем упомянутое количество R оборотов, соответствует по меньшей мере восьми оборотам (R=8) упомянутой контролируемой вращательной части, чтобы действительно детектировать истинное значение пиковой амплитуды АРТ, которое характеризует механическое состояние контролируемой части. Это заключение основано на многочисленных экспериментальных измерениях в условиях почти свободных от шума. Следовательно, контроль вращающейся части на протяжении конечного периода времени ТРМ, соответствующего по меньшей мере n-R оборотам, где n представляет собой число, имеющее численное значение, равное по меньшей мере двум, и R имеет численное значение, равное по меньшей мере 8; и выбор n-го самого высокого значения детектированной пиковой амплитуды в качестве характерного значения пиковой амплитуды (APR), будет передавать измеренное значение пиковой амплитуды АРТ, которое статистически появляется один раз на R оборотах, при этом
отклоняя n-1 самых высоких пиковых значений как потенциальных шумовых пиков. Соответственно, этот вариант осуществления дает значение пиковой амплитуды АРТ, которое очень точно характеризует механическое состояние контролируемой части.
Как упоминалось выше, основываясь на этих экспериментальных измерениях, изобретатель сделал вывод, что контроль вращающейся части на протяжении конечного периода времени ТРМ, соответствующего по меньшей мере десяти оборотам (R=10) упомянутой контролируемой вращательной части, дает более точное истинное значение пиковой амплитуды АРТ, т.е. истинное значение пиковой амплитуды АРТ, которое более точно характеризует механическое состояние контролируемой части. Более того, изобретатель сделал заключение, что испытания, показывающие, что дополнительное увеличение периода времени контроля ТРМ до конечной длительности более десяти оборотов (R=10) в средах, свободных от шума, могут привести к детектированию более высокого истинного значения пиковой амплитуды АРТ, но что увеличение детектированного истинного значения пиковой амплитуды АРТ мало по отношению к увеличенному периоду времени контроля ТРМ.
Соответственно, изобретатель сделал вывод, что проблема, которую нужно решить, состоит в том, как идентифицировать значение пиковой амплитуды, которое статистически появляется один раз на R оборотах, при этом удовлетворяя противоречивым требованиям получения возможно более точного измеренного значения пиковой амплитуды, и при этом минимизируя длительность измерения и достигая отбрасывания пиков, которые обусловлены шумом.
Фиг. 14А - схема последовательности операций, иллюстрирующая вариант осуществления способа определения характерного значения пиковой амплитуды APR на основе значений пиковой амплитуды (Ар), полученных в сеансе измерения S70 (фиг. 11А). Способ варианта осуществления фиг. 14А иллюстрирует работу, посредством которой можно отбросить шум высокой амплитуды. Соответственно, способ согласно фиг. 14А, может успешно использоваться для анализа пикового уровня вращательных частей, имеющих частоту вращения меньше 50 оборотов в минуту.
На этапе S150 считываются данные, существенные для анализа. Они включают в себя параметр R, используемый в сеансе измерения S70, и значение параметра n. Они также могут включать в себя данные измерения пиковых значений в формате гистограммы, как иллюстрируется на фиг. 13А, 13Б или 13В. Анализируемые данные измерения пиковых значений могут представлять собой данные, собранные как описано выше, например, в связи с этапами S70 и S80 и/или как описано выше в связи с фиг. 12А или
12Б.
На этапе S160 идентифицируется n-е самое высокое значение пиковой амплитуды. Обратившись к фиг. 13Б, и предположив, что данные сортируются так, чтобы поддиапазон самых высоких амплитуд находится в справа в таблице фиг. 13Б (т.е. амплитуда Ar750, связанная с поддиапазоном r750, представляет самое высокое детектируемое значение амплитуды), это означает начало со значения появления Nr750, двигаясь влево и добавляя значения появления Nr1 до тех пор, пока сумма не станет равной n. После определения n-й самой высокой детектируемой амплитуды, следующий этап S170 включает в себя идентификацию поддиапазона амплитуд n, представляющего n-е самое высокое детектируемое значение пиковой амплитуды и соответствующее значение амплитуды, Ar1. На последующем этапе S180 выбирается идентифицированное значение амплитуды Ar1 в качестве оценки характерного значения пиковой амплитуды APR: ApR:=Ar1.
Соответственно, вариант осуществления включает в себя способ работы устройства для выполнения анализа состояния машины, имеющей часть, вращающуюся с частотой вращения (fROT), способ, содержащий этапы
прием первого цифрового сигнала (SMD, SR, SF), зависящего от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части;
выполнение анализа упомянутого первого цифрового сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды (Ар) на протяжении конечного периода времени (TPm), причем упомянутый конечный период времени соответствует некоторому количеству (R) оборотов упомянутой вращающейся части; причем, упомянутое некоторое количество (R) оборотов соответствует более, чем одному обороту упомянутой контролируемой вращающейся части;
сортировка каждого из упомянутых детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) на соответствующие диапазоны амплитуд 500, r1-r750 (фиг. 13Б и 13В), так чтобы отобразить появление (N) детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) в упомянутом множестве NR диапазонов амплитуд;
оценка характерного значения пиковой амплитуды APR в зависимости от упомянутых сортированных значений пиковой амплитуды (Ар) и упомянутого некоторого количества оборотов, в котором
упомянутое некоторое количество оборотов включает в себя по меньшей мере n-R оборотов, причем n представляет собой число, имеющее численное значение, равное по меньшей мере двум, и R соответствует нескольким оборотам, в котором
этап оценки включает в себя выбор n-го самого высокого значения детектированной пиковой амплитуды в качестве характерного значения пиковой амплитуды (APR).
Это решение позволяет выгодно отбрасывать n-1 самых высоких значений пиковой амплитуды как шума, и обеспечивать n-е самое высокое значение пиковой амплитуды в качестве характерного значения
пиковой амплитуды APR. Согласно варианту осуществления длительность сеанса измерения, выраженная в числе оборотов, будет n-R, и число отброшенных значений шумовых пиков составляет n-1.
Согласно варианту осуществления n представляет собой число, имеющее численное значение, равное по меньшей мере двум, и R имеет численное значение, равное по меньшей мере 8, что дает измерение и сбор значений пиковой амплитуды (Ар) на протяжении по меньшей мере n-R=2-8=16 оборотов контролируемой части (этапы S70 и S80 на фиг. 11Б).
Согласно предпочтительному варианту осуществления на этапах S10 и S20 на фиг. 11А, параметр R устанавливается равным по меньшей мере 10, и параметр n устанавливается равным по меньшей мере 5, что дает измерение и сбор значений пиковой амплитуды на протяжении n-R=5-10=50 оборотов контролируемой части (этапы S70 и S80 на фиг. 11Б).
Если истинное значение пиковой амплитуды генерируется по меньшей мере один раз на R оборотах, и также если имеется некоторый шум высокой амплитуды в форме фальшивых пиковых значений, то согласно этому варианту осуществления четыре самых высоких значения пиковой амплитуды могут быть отброшены, и способ будет идентифицировать истинное значение пиковой амплитуды в форме n-го самого высокого детектированного значения пиковой амплитуды, т.е. пятое наибольшее детектированное значение пиковой амплитуды. Соответственно, предполагая, что величина возмущения высокой амплитуды приводит по меньшей мере к четырем из пяти наибольших пиковых значений, этот вариант осуществления обеспечивает амплитуду 5-го наибольшего пикового значения в качестве характерного значения пиковой амплитуды APR.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, параметр R может принимать значения от 8 и выше, и параметр n может принимать значения от 2 и выше. Согласно этим вариантам осуществления, длительность сеанса измерения, выраженного в числе оборотов, будет равно n-R, и число отброшенных значений шумовых пиков равно n-1.
Нижеследующая табл. 1 иллюстрирует несколько примеров комбинаций установочных значений параметров для R и n вместе с результирующей длительностью сеанса измерения и соответствующей способностью отбрасывать шумы.
Таблица 1
Однако изобретатель также сделал вывод, что поскольку распределение истинных значений пиковой амплитуды, получающихся в результате вращения контролируемой вращательной части, точно соответствует нормальному распределению, то можно оценивать значение пиковой амплитуды, которое статистически появляется редко, на основе детектированных значений пиковой амплитуды, которые появляются чаще. На основе этого понимания изобретатель перешел к разработке более выгодного способа оценки характерного значения пиковой амплитуды APR в зависимости от сортированных значений пиковой амплитуды Ар и количества R оборотов контролируемой части, как обсуждается ниже в связи с фиг.
14Б.
Дополнительно улучшенное характерное пиковое значение и отбрасывание шума.
Фиг. 14Б - схема последовательности операций еще одного варианта осуществления способа оцен
ки характерного значения пиковой амплитуды APR на основе значений пиковой амплитуды Ар, собранных в сеансе измерения S70. Способ фиг. 14Б может быть вариантом осуществления этапа S90 фиг. 11Б. На этапе S200 параметр g устанавливается равным значению (n-R)/q1:
g:=(n-R)/qb
Параметр q1 может иметь численное значение, равное или большее единице. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения параметр q1 предварительно устанавливается равным значению между единицей (1) и тремя (3).
На этапе S210 идентифицируется диапазон амплитуд rg, (см. фиг. 13), содержащий g-е наибольшее детектированное значение пиковой амплитуды.
На этапе S220 параметр h устанавливается равным значению (n-R)/q2:
h:=(n-R)/q2.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения параметр q2 предварительно устанавливается равным значению между одним (2) и пятью (5). Согласно варианту осуществления настоящего изобретения параметр q2 может иметь численное значение четыре (4). Значение параметра q2 всегда больше значения параметра q1: q2> q1.
На этапе S230 идентифицируется диапазон амплитуд rh (см. фиг. 13), содержащий h-e наибольшее детектированное значение пиковой амплитуды.
На этапе S240 достигается оценка характерного значения пиковой амплитуды APR на основе значений (rg, g) и (rh, h). Это будет подробно обсуждаться ниже в связи с фиг. 15А.
На этапе S200 установка параметров n=5, R=10 и q1=1 дает g=50. Следовательно, сеанс измерения включает в себя 50 оборотов (поскольку n-R=50), и задание g=50 подразумевает, что мы идентифицируем положение на гистограмме, в котором сохраняется 50-й наибольший детектированный импульс. Следовательно, например, на гистограмме фиг. 13 мы идентифицируем положение, в котором будут отображаться амплитуды импульсов, которые появляются с частотой один раз за один оборот. Другими словами, должно быть понятно, что поскольку распределение истинных значений пиковой амплитуды, получающихся в результате вращения контролируемой вращательной части, точно соответствует нормальному распределению, то сортировка детектированных значений пиковой амплитуды на поддиапазоны амплитуд r, 500 (см. фиг. 13А, 13Б и/или 13В), и затем идентификация поддиапазона амплитуд r, 500, содержащего g-е наибольшее детектированное значение пиковой амплитуды, дает идентификацию значения амплитуды rg, которое появляется 50 раз (поскольку g=50) на протяжении 50 оборотов (поскольку n-R =50), т.е. статистически, пиковая амплитуда по меньшей мере значение пиковой амплитуды rg, появляется g/(n-R) раз за один оборот, что составляет один раз за один оборот, когда g=50 и n-R =50. Другими словами, средняя частота появления fag, выраженная в числе появлений за один оборот, амплитуды, имеющей значение, равное rg или выше, составляет
fag=g/(n-R) появлений за один оборот.
Аналогично, установка параметров q2=4 на этапе S200 дает h=n-R/q2=12,5. Следовательно, сеанс измерения включает в себя 50 оборотов (поскольку n-R=50), и задание h=12 подразумевает, что мы идентифицируем положение на гистограмме, в котором сохраняется 12-й наибольший детектированный импульс. Следовательно на гистограмме фиг. 13 мы идентифицируем положение, в котором будут отображаться импульсы, которые появляются с частотой один раз на каждых четырех оборотах. Другими словами, средняя частота появления fag, выраженная в числе появлений за один оборот, амплитуды, имеющей значение, равное rh или выше, составляет
fag=h/(n-R) появлений за один оборот.
Параметры n=5, R=10 и h=n-R/q2=12,5 дают fag=h/(n-R)=1/4, т.е. одно появление на каждых четырех оборотах.
Как упоминалось выше, характер гауссовой функции или колоколообразной кривой таков, что амплитуда и частота появления низких значений амплитуды действительно может говорить что-то об амплитуде не очень частых самых высоких значений пиковой амплитуды. Это справедливо, даже, если только часть амплитудно-частотного графика (фиг. 9, 10, 13А, 13Б, 13В) похожа на гауссовскую функцию или колоколообразную кривую, так что, например, если высокоамплитудная часть графика детектированных пиковых значений подчиняется гауссовой функции или колоколообразной кривой.
Поскольку, по меньшей мере, высокоамплитудная часть распределения истинных значений пиковой амплитуды, получающихся в результате вращения контролируемой вращательной части, точно подчиняются нормальному распределению, эти два положения на гистограмме могут быть использованы для оценки значения пиковой амплитуды, которое статистически появляется более редко. Как упоминалось выше, (см. раздел "конечный период для детектирования пиковых значений), характерное значение пиковой амплитуды APR может представлять собой амплитуду, которая статистически появляется один раз на каждые R оборотов. Соответственно, устанавливая параметр R равным значению 10, способ включает в себя оценку амплитуды с пиковым значением, появляющимся один раз на десяти оборотах, основываясь на наблюдении частоты появления и амплитуды пиков, появляющихся один раз за один оборот или один раз за четыре оборота. Предпочтительно, данный способ обеспечивает возможность отбрасывания
11 высоких значений пиковой амплитуды, при этом обеспечивая возможность оценки точного характерного значения пиковой амплитуды APR, когда параметры g и h, соответственно, устанавливаются, как упоминалось выше, т.е. g=50 и h=12,5. Более того следует отметить, что этот способ обеспечивает возможность отбрасывания 11 высоких значений пиковой амплитуды, при этом уменьшая требуемую длительность сеанса измерения, ТРМ, просто до длительности 50 оборотов. Это потому что n-R=5-10=50. Упомянутый эффект успешно достигается, поскольку параметры q1 и q2 выбираются так, что два параметра g и h выбираются для значений, представляющих относительно высокую частоту появления значений пиковой амплитуды, и амплитуды значений высокой частоты появления используются для оценки значения пиковой амплитуды APR, которая статистически появляется реже, как например, один раз за R оборотов. Следовательно, уровень характерного значения пиковой амплитуды APR, имеющей среднюю частоту появления, равную один раз на каждый R-й оборот, может оцениваться на основе уровней пиковой амплитуды, имеющих среднюю частоту появления, равную один раз на g-й оборот, и уровней пиковой амплитуды, имеющих среднюю частоту появления, равную один раз на каждый h-й оборот. Число отброшенных значений шумовых пиков PNR представляет собой значение меньше, чем усеченное значение h:
PNR=TRUNC(h)-1.
Вариант осуществления фиг. 14Б обеспечивает возможность, по существу, такой же точности в оценке характерного значения пиковой амплитуды APR, основываясь на измерении в течение 50 оборотов, как в способе согласно варианту осуществления фиг. 14А, основанному на измерении в течение 120 оборотов (сравните с вышеупомянутой табл. 1).
Нижеследующая табл. 2 иллюстрирует несколько примеров комбинаций установочных значений параметров для R и n вместе с результирующей длительностью сеанса измерения и соответствующей способностью отбрасывать шумы.
Таблица 2
Длительность сеанса
Параметр
Число
измерения(оборотов)
Параметр q2
h = (n*R)/q2
отброшенных
шумовых
пиков
11,25
12,5
17,5
22.5
100
110
27,5
120
130
32,5
140
13,5
15,75
20.25
22,5
24,75
108
Способ согласно варианту осуществления настоящего изобретения, в котором оценка может выполняться посредством создания таблицы совокупной гистограммы, отображающей все амплитуды, детектированные в сеансе измерения, и их частоты появления. Фиг. 13В - схематическая иллюстрация такой таблицы 530 совокупной гистограммы, соответствующей таблице гистограммы фиг. 13Б. Таблица совокупной гистограммы фиг. 13В включает в себя такое же число поддиапазонов диапазонов амплитуд, как таблица фиг. 13Б. В совокупной гистограмме появление N' отображается как число появлений детектированных пиков, имеющих амплитуду выше амплитуды Ar' связанного поддиапазона амплитуд r. Это преимущественно обеспечивает более гладкую кривую, когда строится совокупная гистограмма. Тогда как обычная гистограмма, отображающая ограниченное число наблюдений, будет отображать недостаток наблюдений N в некотором поддиапазоне амплитуд, таком как впадина или вмятина на этом поддиапазоне, упомянутая совокупная гистограмма обеспечит более гладкую кривую, что делает ее более удобной для использования при выполнении оценки появления на одном уровне амплитуды, основываясь на на
блюдении появлений на других уровнях амплитуды.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения уровни амплитуды отображаются как логарифмические значения, и также совокупное появление отображается логарифмическим значением совокупного появления.
Фиг. 15А - иллюстрация отображения принципа совокупной гистограммы, полученной в результате измерения, и соответствующей таблице фиг. 13В. Хотя совокупная гистограмма, использующая действительные детектированные значения, может принимать форму отличную от той, что показана на фиг. 15А, на фиг. 15А иллюстрируется принцип выполнения оценки характерного значения пиковой амплитуды APR, отображающей уровень амплитуды, который появляется один раз на каждом R-м обороте.
Одна ось 542 совокупной гистограммы отображает появление, и вторая ось 544 отображает амплитуду. Когда n=5, R=10 и q1=1, тогда g=50 представляет 50 появлений, что также соответствует одному появлению за один оборот. Одно появление за один оборот может быть записано как "1/1". Соответственно, ось 542 совокупной гистограммы, отображающая появление, может отображать g как "1/1". Аналогично, h может отображать одно появление на четырех оборотах, выраженное как "1/4", и когда R=10, R может отображать одно появление на десяти оборотах, также выраженное как "1/10" (фиг. 15А).
Значения параметров rg, g и rh, h могут определяться подобно тому, как описано выше в связи с фигурой 14Б. Значения параметров rg, g отображают точку 550 в совокупной гистограмме, показывающую пики, которые появляются один раз за один оборот. Значения параметров rh, h отображают точку 560 в совокупной гистограмме, показывающую пики, которые появляются один раз на четырех оборотах. Изобретатель понял, что в логарифмической совокупной гистограмме эта часть кривой нормального распределения близка к прямой линии, позволяя начертить прямую линию 570 через точки 550 и 560. Если эту линию 570 продлить, то в точке 590 она пересечет линию 580, представляющую появление R. Значение амплитуды в точке 590 представляет уровень амплитуды APR, который появляется один раз на каждом R-м обороте. Следовательно, характерный уровень пиковой амплитуды APR, имеющий среднее появление, равное один раз на каждом R-м обороте, можно оценивать на основе уровней пиковой амплитуды, имеющих среднее появление один раз на каждом g-м обороте, и уровней пиковой амплитуды, имеющих среднее появление один раз на каждом h-м обороте. Фиг. 15А иллюстрирует это с иллюстративными значениями параметров g=1, h=4 и R=10.
На основе проведенных испытаний изобретатель установил, что параметр q1 должен преимущественно иметь значение не меньше единицы (1), поскольку выбор параметра q1 меньше единицы может привести к плохим результатом в процессе оценки, так как совокупная гистограмма, отображающая подшипниковый узел, имеющий повреждение наружного кольца, сравнительно больше отклоняется от прямой линии, тем самым, давая более высокую погрешность в оценке.
Соответственно, вариант осуществления включает в себя способ работы устройства для выполнения анализа состояния машины, имеющей часть, вращающуюся с частотой вращения (fROT), способ, содержащий этапы
прием первого цифрового сигнала (SMD, SR, SF), зависящего от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части;
детектирование значений пиковой амплитуды Ар, появляющихся в упомянутом первом цифровом сигнале на протяжении конечного периода времени (TPm), причем упомянутый конечный период времени соответствует некоторому количеству оборотов упомянутой вращающейся части; причем, упомянутое некоторое количество оборотов соответствует более, чем одному обороту упомянутой контролируемой вращающейся части;
сортировка каждого из упомянутых детектированных значений пиковой амплитуды Ар на соответствующие поддиапазоны амплитуд (500), r1-r750 (фиг. 13Б и 13В), так, чтобы отобразить появление N детектированных значений пиковой амплитуды Ар в упомянутом множестве Nri диапазонов амплитуд; и
оценка характерного значения пиковой амплитуды APR в зависимости от упомянутых сортированных значений пиковой амплитуды Ар и упомянутого некоторого количества оборотов, в котором
этап оценки включает в себя выполнение оценки значения амплитуды APR, которое появляется в среднем по существу один раз на R оборотах, в зависимости от детектированных уровней амплитуды Ар, которые в среднем появляются чаще, чем один раз на R оборотах.
Согласно варианту осуществления вышеупомянутого решения, упомянутое некоторое количество оборотов включает в себя по меньшей мере n-R оборотов,
причем n представляет собой число, имеющее численное значение, равное по меньшей мере 1, и R имеет численное значение, равное по меньшей мере 8.
Согласно другому варианту осуществления n представляет собой число, имеющее численное значение, равное по меньшей мере 2, и R имеет численное значение, равное по меньшей мере 8.
Согласно варианту осуществления в котором обеспечивается способ работы устройства для выполнения анализа состояния машины, имеющей часть, вращающуюся с частотой вращения (fROT), способ, содержащий этапы
прием первого цифрового сигнала (SMD, SR, SF), зависящего от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части;
детектирование значений пиковой амплитуды Ар, появляющихся в упомянутом первом цифровом сигнале на протяжении конечного периода времени (TPm), причем упомянутый конечный период времени соответствует некоторому количеству оборотов упомянутой вращающейся части; причем упомянутое некоторое количество оборотов соответствует более чем одному обороту упомянутой контролируемой вращающейся части;
сортировка каждого из упомянутых детектированных значений пиковой амплитуды Ар на соответствующие поддиапазоны амплитуд (500), r1-r750 (фиг. 13Б и 13В), так чтобы отобразить появление N детектированных значений пиковой амплитуды Ар в упомянутом множестве NR диапазонов амплитуд; и
оценка характерного значения пиковой амплитуды APR в зависимости от упомянутых сортированных значений пиковой амплитуды Ар и упомянутого некоторого количества оборотов, в котором
упомянутое некоторое количество оборотов включает в себя по меньшей мере n-R оборотов, причем
n представляет собой число, имеющее численное значение, равное по меньшей мере 2, и R имеет численное значение, равное по меньшей мере 8, и в котором
этап оценки включает в себя выполнение оценки значения амплитуды APR, которое появляется в среднем, по существу, один раз на каждом h-м обороте, где h имеет численное значение, меньшее n-R.
Согласно аспекту этого решения этап оценки включает в себя выполнение оценки значения амплитуды APR, которое появляется в среднем, по существу, один раз на R оборотах, в зависимости от детектированных уровней амплитуды Ар, которые появляются один раз на каждом h-м обороте, где h имеет численное значение, меньшее n-R, и в зависимости от детектированных уровней амплитуды Ар, которые появляются один раз на каждом g-м обороте, где g имеет численное значение, меньшее n.
Вариант осуществления включает в себя способ работы устройства для выполнения анализа состояния машины, имеющей часть, вращающуюся с частотой вращения fROT, способ, содержащий этапы
прием первого цифрового сигнала (SMD, Sr, SF), зависящего от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части;
детектирование значений пиковой амплитуды Ар, появляющихся в упомянутом первом цифровом сигнале на протяжении конечного периода времени (TPm), причем упомянутый конечный период времени соответствует некоторому количеству оборотов упомянутой вращающейся части; причем упомянутое некоторое количество оборотов соответствует более, чем одному обороту упомянутой контролируемой вращающейся части;
сортировка каждого из упомянутых детектированных значений пиковой амплитуды Ар на соответствующие поддиапазоны амплитуд (500), r1-r750 (фиг. 13Б и 13В), так чтобы отобразить появление N детектированных значений пиковой амплитуды Ар в упомянутом множестве Nri диапазонов амплитуд; и
оценка характерного значения пиковой амплитуды APR в зависимости от упомянутых сортированных значений пиковой амплитуды Ар и упомянутого некоторого количества оборотов, в котором
упомянутое некоторое количество оборотов включает в себя по меньшей мере n-R оборотов и в котором:
этап оценки включает в себя выполнение оценки значения амплитуды APR, которое появляется в среднем, по существу, один раз на R оборотах, в зависимости от детектированных уровней амплитуды Ар, которые в среднем появляются чаще, чем один раз на R оборотах.
Упомянутое решение преимущественно обеспечивает воспроизводимые результаты, поскольку обеспечиваемый уровень амплитуды APR основан на измеренных значениях, имеющих высокую частоту появления. Более того, обеспечиваемый уровень амплитуды APR является, по существу, самым высоким измеряемым уровнем амплитуды, который возможно детектировать от вращающейся части машины на протяжении конечного периода времени TPm, как обсуждалось выше, и как было показано испытаниями, выполненными изобретателем.
Подавление эхо-сигналов шума.
Более того, изобретатель понял, что ударный шум в промышленных средах, который может быть вызван каким-нибудь предметом, ударившимся о корпус машины, имеющей контролируемую вращающуюся часть 8, может вызвать ударные волны, которые распространяются назад и вперед, совершая эхо-отражения в корпусе машины. Соответственно, такие ударные волны могут улавливаться датчиком 10 (фиг. 1, 2А, 5) и отображаться в результирующем сигнале SR, SMDP (фиг. 6Б, 7) в виде выброса пиков амплитуды.
Следовательно, такой выброс пиков амплитуды, к сожалению, может вызвать искажение анализа пиковых уровней, если не снизить или не устранить влияние таких выбросов.
Фиг. 12Б - схема последовательности операций, иллюстрирующая вариант осуществления способа выполнения этапа S70 (фиг. 11Б) так, чтобы выполнить сеанс измерения пикового уровня и дополнительно адресацию влияния выбросов пиков амплитуды шума.
Этап S300 способа варианта осуществления, показанного на фиг. 12Б, может выполняться после этапа S60, как описано выше, в связи с фигурой 11Б. На этапе S300 анализатор пикового уровня считывает текущую частоту вращения fROT, которая может подаваться из детектора 450, как описано выше
(фиг. 5). Считывание в реальном масштабе времени значения частоты вращения fROT преимущественно позволяет выполнять указанный способ, когда вращательная часть, которая должна анализироваться, вращается с варьируемой частотой вращения.
На этапе S310 вычисляется период подавления эхо-сигналов Tes Период Tes подавления эхо-сигналов выражается формулой
TeS:=1/(e-fROT),
в которой согласно варианту осуществления е - это некоторый множитель, имеющий значение меньше или равное десяти: е <10.
Эффект способа подавления эхо-сигналов состоит в том, чтобы уменьшить число пиковых значений за один оборот контролируемой вращательной части 8 максимум до е пиков за один оборот. Соответственно, выбор е=10 дает максимум 10 пиков за один оборот. Другими словами, период подавления эхо-сигналов Tes будет иметь длительность, соответствующую длительности одной десятой оборота, когда е=10. Множитель е может быть установлен равным другому значению, как, например, 8 или 12.
На этапе S320 принимается сигнал измерения SMD, SR, который должен анализироваться, и на этапе S330, амплитуда принятого сигнала SR анализируется так, чтобы детектировать любые принятые пиковые значения.
На этапе S340 любое из детектированных значений пиковой амплитуды Ар передается с частотой fes или меньше, причем каждое из детектированных значений пиковой амплитуды отображает самую высокую детектированную амплитуду на протяжении периода подавления эхо-сигналов Tes. Это делается так, что между двумя последовательно передаваемыми выходными значениями из подавителя эхо-сигналов может быть больше времени, чем один период подавления эхо-сигналов Tes, но период между двумя последовательно передаваемыми выходными значениями из подавителя эхо-сигналов никогда не будет короче, чем период подавления эхо-сигналов Tes.
На последующем этапе S350 пиковые значения АР, передаваемые подавителем эхо-сигналов, принимаются логарифмическим генератором. Логарифмический генератор вычисляет логарифм пикового значения АР в реальном масштабе времени.
На этапе S360 поддиапазон амплитуд, соответствующий релевантному пиковому значению АР, идентифицируется в таблице 470 и/или 530 гистограммы (см. таблицу 470 гистограммы и таблицу 530 совокупной гистограммы на фиг. 13Б и 13В соответственно), и на этапе S370, соответствующее значение счетчика событий Nr1, Nr1' увеличивается на одну единицу.
Фиг. 16 изображает блок-схему анализирующего устройства 14 варианта осуществления. Модуль 19 датчика выполнен с возможностью генерировать аналоговый сигнал SEA в ответ на вибрации, как описано выше в этом документе. Модуль 19 датчика может представлять собой вибродатчик, как описано выше в связи с фиг. 2Б. Альтернативно, модуль 19 датчика может представлять собой резонансный датчик 10 измерения ударных импульсов, имеющий механическую резонансную частоту fR^, как описано выше в связи с фиг. 2Б. Это свойство механического резонанса датчика измерения ударных импульсов преимущественно дает воспроизводимые результаты измерения в том, что выходной сигнал из датчика измерения ударных импульсов имеет стабильную резонансную частоту, по существу независимую от физического пути между источником сигнала ударных импульсов и датчиком ударных импульсов.
Аналоговый сигнал может подаваться на вход 42 А/Ц преобразователя 40, который выполнен с возможностью генерировать цифровой сигнал SMD, имеющий частоту дискретизации fs, как описано выше. Цифровой сигнал SMD может передаваться в полосовой фильтр 240, генерирующий в ответ на этот отфильтрованный сигнал SF. Затем, отфильтрованный сигнал SF может, как описано выше в связи с фиг. 6Б, подаваться в выпрямитель 270, выщающий выпрямленный сигнал SR, имеющий частоту дискретизации fs. Выпрямленный сигнал SR может дополнительно подаваться в фильтр 280 нижних частот, чтобы вырабатывать цифровой сигнал огибающей SENV, имеющий частоту дискретизации fs, как описано выше. Согласно варианту осуществления цифровой сигнал огибающей SENV может подаваться на вход 220 устройства 230 оценки, как описано выше в связи с фиг. 6Б и 7 (см. также фиг. 16). Цифровой сигнал огибающей SENV может подаваться на вход пикового детектора 310. Пиковый детектор 310 может подавать детектированные пики сигнала или детектированные значения сигнала пиковой амплитуды Ар на выход 315 в ответ на цифровой сигнал огибающей SENV. Как упоминалось выше, обработка цифрового сигнала может успешно выполняться процессором 50 данных, выполняющим управляющую программу, заставляющую процессор 50 данных выполнять обработку цифрового сигнала. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, процессор 50 осуществляется как процессор цифровой обработки сигнала, DSP 50. Процессор DSP 50 преимущественно работает достаточно быстро, чтобы обеспечить возможность выполнения описанной цифровой обработки сигнала на принятом сигнале SENV, имеющем такую же или почти такую же частоту дискретизации fs, как обеспечивается А/Ц преобразователем 40. Особенность выполнения обработки сигнала на сигналах с частотой дискретизации, гарантирует преимущественно точное детектирование пиковых значений. Также можно обеспечить прореживатель перед детектором пиковых значений, так чтобы детектировать пиковые значения на прореженном сигнале, имеющем более низкую частоту дискретизации. Однако испытания, выполненные изобретателем, показали, что
выполнение детектирования пиковых значений на сигнале с более высокой частотой дискретизации fs преимущественно гарантирует более точное детектирование пиковой амплитуды пиковых значений.
Детектированные пики сигнала или детектированные пиковые значения сигнала Ар могут передаваться с выхода 315 пикового детектора на вход 320 дополнительного подавителя 330 эхо-сигналов. Альтернативно, детектированные пики сигнала или детектированные пиковые значения сигнала Ар могут передаваться с выхода 315 пикового детектора на вход 340 логарифмического генератора 350. Логарифмический генератор 350 выполнен с возможностью генерировать логарифмические значения амплитуды, соответствующие амплитуде принятых детектированных пиков сигнала или детектированных пиковых значений сигнала Ар. Следовательно, выход 360 логарифмического генератора 350 выполнен с возможностью выдавать логарифмические значения амплитуды. Устройство 370 сортировки значений выполнено с возможностью принимать логарифмические значения амплитуды и сортировать принятые логарифмические значения амплитуды на поддиапазоны амплитуд, соответствующие принятым логарифмическим значениям амплитуды. Следовательно, устройство 370 сортировки значений может быть выполнено с возможностью выдавать сортированные значения амплитуды Ар, например, в форме таблицы 470 или таблицы 530 совокупной гистограммы, как описано выше в связи с фиг. 13Б и/или 13В.
Устройство 375 установления пиковых значений может быть выполнено с возможностью установления характерного значения пиковой амплитуды APR в зависимости от сортированных значений пиковой амплитуды Ар и некоторого количества R оборотов контролируемой вращающейся части. Как упоминалось выше в связи с фигурой 11Б, детектор 450 может генерировать сигнал, характеризующий количество оборотов, и длительность измерения может управляться просто в зависимости от количества оборотов упомянутой вращательной части 8, независимо от времени. Альтернативно, длительность TPm сеанса измерения управляется в зависимости от информации времени, обеспеченной тактовым генератором 190 (фиг. 5), в сочетании с информацией частоты вращения fROT обеспеченной детектором 450 так, чтобы длительность TPm адаптировалась, чтобы гарантировать, что контроль выполняется для желательного количества оборотов n-R. В этой связи отмечается, что R является положительным числом больше единицы, и n является положительным числом равным единице (1) или больше единицы (1). Параметр R может быть целым числом, но альтернативно он может быть дробным числом. Как обсуждалось выше, значения параметров R и n могут предварительно устанавливаться изготовителем устройства 14, и эти значения могут сохраняться в энергонезависимой памяти 52 или в энергонезависимой памяти 60 (фиг. 2А). Альтернативно, значения параметров R и n могут быть установлены пользователем устройства 14 перед выполнением сеанса измерения, как обсуждалось выше в связи с фиг. 11А. Значения параметров R и n могут быть установлены пользователем посредством пользовательских интерфейсов 102, 107, описанных в связи с фиг. 2А.
Устройство 375 установления пиковых значений может быть выполнено с возможностью передачи характерного значения пиковой амплитуды APR на выход 378 (фиг. 16), обеспечивая возможность передачи характерного значения пиковой амплитуды APR на дисплей 106 или на порт 16.
Соответственно, как показано на фиг. 16, устройство 14 варианта осуществления включает в себя пиковый детектор 310, действующий вместе с логарифмическим генератором 350, устройством 370 сортировки значений и устройством 375 установления пиковых значений, так чтобы выполнять способ, описанный выше в связи с фиг. 11А, 11Б и 12А.
Согласно варианту осуществления устройство 14 также включает в себя подавитель 330 эхо-сигналов, как обсуждалось выше в связи с фиг. 16. Также может подключаться подавитель 330 эхо-сигналов, также упоминаемый как режектор 330 выбросов, чтобы принимать детектированные пиковые значения Ар от пикового детектора 310. Устройство 14, включающее в себя режектор 330 выбросов, может быть выполнено с возможностью выполнять способ, описанный в связи с фиг. 12Б. Следовательно, режектор 330 выбросов может быть выполнен с возможностью выдавать выходные пиковые значения APO на выход 333 режектора 330 выбросов в ответ на принятые детектированные пиковые значения Ар. Режектор 330 выбросов может быть выполнен с возможностью управлять передачей упомянутых выходных пиковых значений APO так, чтобы упомянутые выходные пиковые значения APO передавались с частотой передачи fes, причем частота передачи
где fROT - упомянутая частота вращения, и
е - множитель, имеющий предварительно определенное значение. Генерация опорного значения.
Для достижения дополнительно улучшенного параметра для указания механического состояния контролируемой части можно использовать стандарт сравнения. Однако, поскольку различные контролируемые части могут иметь несколько различное поведение, необходимо создавать множество опорных значений, причем каждое опорное значение адаптируется для конкретного размера или типа контролируемой подвижной части.
Как упоминалось выше, когда контролируемая вращающаяся часть включает в себя подшипниковый узел, характерное значение пиковой амплитуды APR указывает механическое состояние поверхно
стей подшипника. В действительности, характерное значение пиковой амплитуды APR указывает степень шероховатости поверхностей металла в поверхности качения. Следовательно, характерное значение пиковой амплитуды APR может обеспечить информацию о наличии повреждения поверхности металла в контактной поверхности качения подшипникового узла.
Некоторое число детектированных пиков сигнала или детектированных пиковых значений сигнала Ар появляется на протяжении контроля каждого действующего подшипника из-за нормальной шероховатости поверхности, которая существует даже в совершенных подшипниках. Как упоминалось выше, такой детектированный пик сигнала или детектированное пиковое значение сигнала Ар может отображать вибрацию или ударные импульсы, получающиеся в результате шероховатости поверхностей металла в контактной поверхности качения.
Далее, по мере того как частота вращения подшипника растет, амплитуда Ар детектированных пиковых значений сигнала, который появляется в подшипнике, также растет. Соответственно, опорные значения могут быть получены эмпирическим путем посредством измерения амплитуды детектированных пиковых значений сигнала в большом количестве новых, совершенных шариковых и роликовых подшипников. Эти новые неповрежденные подшипники составляют эталонные подшипники, и пиковые значения сигнала APRref, детектированные посредством измерений на эталонных подшипниках, могут быть использованы в качестве опорных значений.
Для достижения опорных значений APRref, применимых для каждого отдельного типа подшипника, при прогоне на всех релевантных частотах вращения, пиковые значения сигнала Ар записываются для нескольких различных частот вращения, т.е. путем прогона каждого эталонного подшипника на нескольких различных частотах вращения. Конечно, эталонный подшипник должен быть правильно монтирован, в достаточной мере смазан и в других отношениях правильно обслуживаться, так чтобы все условия, обычно отвечающие за поломку подшипников, за исключением усталости материала, были, по существу, устранены.
Относительная скорость vr качения элементов качения эталонного подшипника может быть определена по формуле
vr=fROT-Dm (уравнение 2), где fROT - частота вращения вращательного вала или подшипника, выраженная, например, в оборотах в секунду; и
Dm=(D:+DO)/2 (уравнение 3), где Dm представляет средний диаметр подшипника; D: - внутренний диаметр подшипника; и DO - - наружный диаметр подшипника.
Значения для Dm, D: и DO могут быть выражены, например, в миллиметрах.
Фиг. 17 - иллюстрация типичного графика, разработанного согласно варианту осуществления. На графике фиг. 17 ось 600 представляет относительную скорость качения vr элементов качения подшипника, и ось 610 представляет амплитуду детектированных пиковых значений сигнала Ар. Согласно предпочтительному варианту осуществления пиковые значения сигнала Ар детектируются с использованием датчика 10 измерения ударных импульсов.
Конкретное опорное значение APRrefvr1 для конкретного типа подшипника может быть достигнуто путем записи детектированных пиковых значений сигнала Ар, когда эталонный подшипник конкретного типа подшипника прогоняется с конкретной относительной скоростью качения vr1 (фиг. 17). Номер позиции 620 относится к линии графика, иллюстрирующей, что детектированные пиковые значения сигнала для эталонного подшипника варьируются в зависимости от относительной скорости качения vr1. Соответственно, линия 620 графика представляет опорные пиковые значения сигнала APLref, детектированные для эталонного подшипника, который правильно смонтирован, в достаточной мере смазан и в других отношениях правильно обслуживаться, так, чтобы все условия, обычно отвечающие за поломку подшипников, были по существу устранены.
Детектированные пиковые значения сигнала, которые должны использоваться в качестве опорных значений APLref, могут быть получены согласно любому из вышеупомянутых способов, например как R-e наибольшее пиковое значение, или как n-е наибольшее пиковое значение, или как оценочное характерное пиковое значение, причем этап оценки включает в себя выполнение оценки не очень частого самого высокого значения пиковой амплитуды APR, 590 (фиг. 15А), основываясь на характере гауссовой функции, так что частота появления низких значений амплитуды 550, 560 (фиг. 15А) является информативной относительно амплитуды не очень частых самых высоких значений пиковой амплитуды (APR, 590).
Номера позиций 630, 640 и 650 представляют постепенно растущие детектированные значения характерного значения пиковой амплитуды APR, по мере того как исходно неповрежденная подвижная часть изнашивается. Иллюстративные постепенно растущие детектированные значения 630, 640 и 650 показаны в отношении конкретной скорости качения vr1, но реальная подвижная часть, конечно, может работать с варьируемой частотой вращения fROT. Самое высокое иллюстративное значение 650 может представлять амплитуду характерного пикового значения APR, которое показывает, что состояние контролируемой части ухудшилось до такой степени, что поломка может быть неизбежной. Соответственно,
графическая линия 660 представляет пиковые значения сигнала APR, детектированные для эталонного подшипника, который износился до такой степени, что поломка подшипника неизбежна.
Когда контролируется подшипниковый узел 7 (фиг. 1), характерное значение пиковой амплитуды APR может генерироваться или оцениваться, как описано выше, и характерное значение пиковой амплитуды APR должно сравниваться с соответствующим опорным значением. Альтернативно, нормализованное характерное пиковое значение APRNorm должно генерироваться, согласно следующему уравнению:
ApRNorm=ApR,vr+ApRrefvr (уравнение 4),
где APRvr представляет генерированное или оценочное характерное пиковое значение APR, полученное, когда подвижная часть вращалась с частотой вращения fROT, соответствующей относительной скорости качения vr1; и
APRrefvr представляет опорное значение APLrefvr для конкретного типа подшипника, которое получено посредством контроля неповрежденного эталонного подшипника конкретного типа подшипника и посредством записи детектированного пикового значения сигнала, появляющегося с частотой появления, равной один раз на каждый R- оборот, когда подшипник прогоняется с конкретной относительной скоростью качения vr.
Вариант осуществления процедуры для установления опорных значений APRrefvr для конкретного типа подшипника для всех релевантных частот вращения, включает в себя этапы
контроль эталонного подшипника при прогоне с двумя различными частотами вращения;
запись в качестве первого опорного значения (APRv1) самого высокого пикового значения сигнала APR, появляющегося один раз на каждый R-й оборот при прогоне эталонного подшипника с первой частотой вращения;
запись в качестве второго опорного значения (APRv2) самого высокого пикового значения сигнала APR, появляющегося один раз на каждый R-й оборот при прогоне эталонного подшипника со второй частотой вращения; и
оценка третьего опорного значения (APRv3) для использования в качестве опорного значения при прогоне контролируемого подшипника с третьей частотой вращения, причем упомянутое третье опорное значение (APRv3) генерируется в зависимости от упомянутого первого опорного значения (APRv1) и упомянутого второго опорного значения (APRv2).
Анализ состояния смазки.
Тогда как амплитуда пиков APR, имеющих частоту появления меньше одного пика за один оборот, характеризует механическое состояние поверхностей подшипника, изобретатель обнаружил, что амплитуда пиков APL, имеющих частоту появления меньше одного пика за один оборот, характеризует состояние смазки поверхностей подшипника.
Фиг. 18 - иллюстрация варианта осуществления графика для детектирования состояния смазки поверхностей подшипника. На графике фиг. 18, ось 700 представляет относительную скорость качения vr элементов качения подшипника, и ось 710 представляет амплитуду детектированных пиковых значений сигнала ApL. Согласно предпочтительному варианту осуществления пиковые значения сигнала ApL детектируются с использованием датчика 10 измерения ударных импульсов.
Конкретное опорное значение смазки APLrefvr1 для конкретного типа подшипника может быть достигнуто путем записи детектированных пиковых значений сигнала ApL, когда эталонный подшипник конкретного типа подшипника прогоняется с конкретной относительной скоростью качения vr1 (фиг. 18). Номер позиции 720 относится к графической линии, иллюстрирующей, что детектированные пиковые значения сигнала для эталонного подшипника варьируются в зависимости от относительной скорости качения vr1 (фиг. 18). Соответственно, графическая линия 720 представляет опорные пиковые значения сигнала APLref, детектированные для эталонного подшипника, который правильно смонтирован и в других отношениях правильно обслуживаться, так чтобы все условия, обычно отвечающие за поломку подшипников, были, по существу, устранены. Однако графическая линия 720 представляет опорные пиковые значения сигнала APLref детектированные для эталонного подшипника, который прогоняется в несмазанном состоянии, т.е. вообще без смазки. Это несмазанное состояние будет подробно обсуждаться далее.
Детектированные пиковые значения сигнала, которые должны использоваться в качестве опорных значений APLref, могут быть получены, согласно любому из вышеупомянутых способов:
прием первого цифрового сигнала (SMD, SR, SF), зависящего от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части;
выполнение анализа упомянутого первого цифрового сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды (APL) на протяжении конечного периода времени (TPm), причем упомянутый конечный период времени соответствует предварительно заданному количеству (А) оборотов упомянутой вращающейся части; причем упомянутое предварительно заданное количество (А) оборотов соответствует по меньшей мере одному обороту упомянутой контролируемой вращающейся части;
задание множества диапазонов амплитуд, причем каждый диапазон амплитуд соответствует частоте появления пика, большей одного пика за один оборот;
сортировка упомянутых детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) на соответствующие
диапазоны амплитуд, так чтобы отображать появление детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) в упомянутом множестве диапазонов амплитуд; и
установление значения пиковой амплитуды (APL) для детектированных пиков, имеющих частоту появления приблизительно NL пиков за один оборот, причем упомянутое значение NL частоты появления является числом больше единицы.
Согласно варианту осуществления амплитуда детектированных пиков, имеющих частоту появления приблизительно NL=40 пиков за один оборот, используется для указания состояния смазки.
Вариант осуществления процедуры для установления опорных значений APLrefvr для конкретного типа подшипника для всех релевантных частот вращения vr включает в себя этапы
контроль несмазанного эталонного подшипника при прогоне с двумя различными частотами вращения;
запись в качестве первого опорного значения (APLrefv1) значения пиковой амплитуды (APL) для детектированных пиков, имеющих частоту появления приблизительно NL пиков за один оборот, причем значение NL частоты появления является числом выше единицы, при прогоне подшипника с первой частотой вращения (v1);
запись в качестве второго опорного значения (APLrefv2), значения пиковой амплитуды (APL) для детектированных пиков, имеющих частоту появления приблизительно NL пиков за один оборот, причем упомянутое значение NL частоты появления является числом выше единицы, при прогоне подшипника со второй частотой вращения (v2); и
оценка третьего опорного значения (APLrefv3) для использования в качестве третьего опорного значения (APLrefv3) при прогоне контролируемого подшипника с третьей частотой вращения (v3), причем упомянутое третье опорное значение (APLrefv3) генерируется в зависимости от упомянутого первого опорного значения (APLrefv1) и упомянутого второго опорного значения (APLrefv2).
В вышеописанном способе могут быть установлены опорные значения для различных относительных скоростей vr, и могут быть графически представлены соответствующие значения амплитуды APL. Делая так, можно достичь графической линии 720, представляющей опорные пиковые значения сигнала APLref (фиг. 18). Следовательно, графическая линия 720 представляет опорные пиковые значения сигнала APLref, детектированные для эталонного подшипника, когда он прогоняется в несмазанном состоянии, т.е. без смазки.
Затем, если эталонный подшипник в достаточной мере смазан и повторяется вышеупомянутая процедура измерения, то можно получить другую графическую линию 726, показывающую пиковые значения сигнала APL; детектированные для эталонного подшипника, когда он прогоняется в правильно смазанном состоянии. Как показано на фиг. 18, номер позиции 728 показывает первое опорное значение APLv1 для детектированных пиков, имеющих частоту появления приблизительно 40 пиков за один оборот, при прогоне несмазанного эталонного подшипника с первой частотой вращения v1. Как показано номером позиции 730, детектированные пики, имеющих частоту появления приблизительно 40 пиков на один оборот, имеют более низкую амплитуду, при прогоне того же эталонного подшипника с первой частотой вращения v1 в правильно смазанном состоянии. Следовательно, значения амплитуды APL пиков, имеющих частоту появления приблизительно 40 пиков за один оборот, могут быть использованы для указания состояния смазки подшипникового узла.
Номера позиций 740 и 750 представляют постепенно растущие детектированные значения характерного значения пиковой амплитуды APL, по мере того как исходно хорошо смазанная подвижная часть, проработала долгое время, так что состояние смазки ухудшилось. Иллюстративные постепенно растущие детектированные значения 740 и 750 показаны в отношении конкретной скорости качения vr1, но реальная подвижная часть, конечно, может работать с варьируемой частотой вращения fROT/vr. Самое высокое иллюстративное значение 728 может представлять амплитуду пикового значения ALR, которое показывает, что состояние смазки контролируемой части ухудшилось до такой степени, что, по существу, на поверхностях качения не осталось никакой смазки.
Когда контролируется подшипниковый узел 7 (фиг. 1), пиковое значение APL может генерироваться или оцениваться, как описано выше, и пиковое значение смазки APL должно сравниваться с соответствующим опорным значением. Альтернативно, нормализованное характерное пиковое значение APLNorm должно генерироваться, согласно следующему уравнению:
ApLNonn=ApLrefvr-ApL,vr (уравнение 4),
где APLrefvr представляет опорное значение APLrefvr для конкретного типа подшипника и для конкретной относительной скорости качения vr, которое получено посредством контроля несмазанного эталонного подшипника конкретного типа подшипника и посредством записи детектированных пиковых значений сигнала, появляющихся с частотой появления NL пиков за один оборот; и
APLvr представляет генерированное или оценочное пиковое значение смазки APL, полученное, когда подвижная часть вращалась с частотой вращения fROT, соответствующей относительной скорости качения vr (см. выше уравнение 1 и 2).
После того как был рассчитан график опорных значений смазки (APLrefvr) для эталонного подшипника, как описано выше, рабочий подшипник, имеющий подобные физические характеристики, и кото
рый может содержать часть машины, может оцениваться путем измерения относительной скорости его элементов качения и значений пиковой амплитуды, которые появляются в нем. Затем состояние смазки рабочего подшипника может оцениваться со ссылкой на установленный график.
Чтобы компенсировать разницу шероховатости поверхностей, встречающуюся в подшипниках различных типов или в подшипниках одного типа, но от различных производителей, используется эталонный подшипник, который имеет физические характеристики рабочего подшипника, который должен оцениваться. Эталонный подшипник прогоняется сначала в несмазанном состоянии и затем в смазанном состоянии, чтобы позволить определить демпфирующий эффект упругогидродинамической пленки смазки при ударах, происходящих с эталонным подшипником, как обсуждалось выше в связи с фиг. 18.
При выполнении оценки смазанного состояния рабочего роликового подшипника согласно способу настоящего изобретения, применяющему метод измерения ударных импульсов, который здесь в основном описан, необходимо собирать информацию, относящуюся к прогону эталонного подшипника, имеющего физические характеристики, по существу, совпадающие с физическими характеристиками рабочего подшипника, который должен оцениваться. Конечно, эталонный подшипник должен быть правильно монтирован, в достаточной мере смазан и в других отношениях правильно обслуживаться, так, чтобы все условия, обычно отвечающие за поломку подшипников, за исключением усталости материала, были, по существу, устранены. Относительная скорость качения vr элементов качения эталонного подшипника может быть определена согласно уравнениям (2) и (3), описанным выше.
После того как был рассчитан график для эталонного подшипника, как обсуждалось выше, рабочий подшипник, имеющий подобные физические характеристики, и который может содержать часть машины, может оцениваться посредством измерения относительной скорости качения vr его элементов качения и амплитуды пиков APL, которые появляются в нем. Затем состояние смазки рабочего подшипника может оцениваться со ссылкой на установленный график.
Фиг. 19 - иллюстрация корреляции между амплитудой пиков APL, имеющих частоту появления более одного пика за один оборот, и параметром А упругогидродинамической пленки смазки.
Параметр упругогидродинамической пленки действующего эталонного подшипника может быть посчитан, основываясь на измерениях, выполненных в контролируемых условиях. Более точно, предварительно заданная нагрузка сначала прикладывается к действующему эталонному подшипнику. Так же измеряется температура действующего эталонного подшипника. Характеристики смазки конечно известны. Параметр упругогидродинамической масляной пленки определяется по формуле
Л= H[|Jo О N]0'73 Ро"0М Уравнен ие 5
где Л - параметр упругогидродинамической пленки смазки,
Н - значение, которое имеет отношение к геометрии и размерам испытуемого подшипника, Цо - динамическая вязкость смазки, измеряемая при рабочей температуре подшипника, а - коэффициент давления вязкости, измеряемый при рабочей температуре, N - частота вращения, и
Ро - эквивалентная нагрузка, вычисляемая по формуле
Ро~ Хо Fr + YoF8 Уравнение 6 где Х0 - коэффициент радиальной нагрузки, Fr - фактическая постоянная радиальная нагрузка, Y0 - коэффициент осевой нагрузки, и Fa - фактическая постоянная осевая нагрузка.
Существует зависимость между процентом времени, на протяжении которого предотвращается контакт металла с металлом в действующем подшипнике за счет наличия пленки смазки, и параметром Л упругогидродинамической пленки смазки. Эта зависимость, установленная Tallian иллюстрируется кривой Tallian, показанной на фиг. 20, и она может быть использована для подтверждения вычисленного значения параметра Л, определяемого посредством вышеупомянутой формулы и опытных измерений. Следовательно, фиг. 20 - иллюстрация кривой, показывающей отношение между параметром Л упругогидродинамической пленки смазки (горизонтальная ось на фиг. 20) и отрезком времени (вертикальная ось на фиг. 20), когда имеется контакт металла с металлом в подшипнике при двух различных нагрузках на подшипник. Измерение процента времени, на протяжении которого предотвращается контакт металла с металлом в действующем подшипнике за счет наличия пленки смазки, может выполняться, по существу, одновременно с другими измерениями, используемыми для вычисления значения параметра Л. Ссылка на вышеупомянутую зависимость, установленную Tallian, может обеспечить грубую проверку вычисленных значений Л при различных рабочих частотах вращения эталонного подшипника.
Согласно изобретению улучшенный инструмент измерения обеспечивается для того, чтобы обеспечить значение измерения, характеризующее параметр пленки смазки рабочего подшипника и обеспечить прямой вывод последнего параметра. Инструмент может дополнительно включать в себя средство для выведения сигналов, показывающих другие рабочие состояния подшипника, как, например, значение или сигнал, характеризующий повреждение поверхности качения контролируемого подшипника.
На фиг. 21 показана блок-схема, иллюстрирующая улучшенное устройство, согласно варианту осу- 34
ществления настоящего изобретения показанное номером позиции 14 и используемое при практической реализации вышеописанных способов. Иллюстрируемое устройство 14 включает в себя преобразователь 10 для преобразования механических вибраций в подшипнике в аналоговые электрические колебания SEA. Предпочтительный современный преобразователь содержит резонансный пьезоэлектрический акселерометр, как обсуждалось выше в этом документе.
Согласно варианту осуществления устройство 14 может функционировать, как обсуждалось выше в связи с фиг. 1-17, для идентификации или выполнения оценки характерных значений пиковой амплитуды APR, характеризующих механическое состояние контактной поверхности качения в ответ на аналоговые электрические колебания SEA, генерированные преобразователем 10. Вариант осуществления, согласно фиг. 21, также выполнен с возможностью идентифицировать пики APL, амплитуда которых указывает состояния смазки поверхностей контролируемого подшипника.
Как показано на фиг. 21, детектированные пиковые значения АР, поступающие на выход 315 пикового детектора 310, могут подаваться на две ветви последующего анализа сигнала. Нижняя ветвь, показанная на фиг. 21, может передавать характерные значения пиковой амплитуды APR на выход 378, тогда как верхняя ветвь передает пики APL, амплитуда которых указывает состояние смазки поверхностей контролируемого подшипника.
Детектированные пики сигнала или детектированные пиковые значения сигнала (Ар) могут передаваться с выхода 315 пикового детектора на вход 840 логарифмического генератора 850. Логарифмический генератор 850 выполнен с возможностью генерировать логарифмические значения амплитуды, соответствующие амплитуде принятых детектированных пиков сигнала или детектированных пиковых значений сигнала Ар. Следовательно, выход 860 логарифмического генератора 850 выполнен с возможностью выдавать логарифмические значения амплитуды. Устройство 870 сортировки значений выполнено с возможностью принимать логарифмические значения амплитуды и сортировать принятые логарифмические значения амплитуды на поддиапазоны амплитуд, соответствующие принятым логарифмическим значениям амплитуды. Следовательно, устройство 870 сортировки значений может быть выполнено с возможностью выдавать сортированные значения амплитуды Ар, например, в форме таблицы, подобной таблице 470 гистограммы и/или таблице 530 совокупной гистограммы, как обсуждалось и описано выше в связи с фигурами 13Б и/или 13В.
В конце сеанса измерения устройство 875 установления пиковых значений смазки может быть выполнено с возможностью идентификации поддиапазона 500 амплитуд (фиг. 13Б), содержащего значения пиковой амплитуды APL, имеющие частоту появления приблизительно NL пиков за один оборот, причем упомянутое значение NL частоты появления является числом больше единицы.
Границы диапазонов амплитуд таблицы 470 при использовании для пиковых значений APL состояния смазки могут устанавливаться так, чтобы регулировать способность детектирования. Согласно варианту осуществления установка гистограммы может быть такой, как описано выше в связи с фиг. 13А, 13Б
и 13В.
Тогда как нижняя ветвь анализа сигналов, как иллюстрируется на фиг. 21, включает в себя подавитель эхо-сигналов для передачи характерных значений пиковой амплитуды APR на выход 378, верхняя ветвь не включает в себя никакого подавителя эхо-сигналов для передачи пиков APL. Следовательно, когда характерное значение пиковой амплитуды APR генерируется с вариантом осуществления, включающим в себя дополнительный подавитель 330 эхо-сигналов, тогда должна генерироваться отдельная таблицы 470 гистограммы для идентификации пиков APL. Однако, когда дополнительный подавитель 330 эхо-сигналов не содержится, устройство 375 установления пиковых значений смазки может действовать для использования таких же значений гистограммы, как те, которые использовались для идентификации характерного значения пиковой амплитуды APR.
Как упоминалось выше, изобретатель понял, что амплитуда пиковых значений, имеющих частоту появления более одного пика за один оборот вращающейся части, указывает параметр пленки смазки рабочего подшипника. Следовательно, частота появления релевантной амплитуды должна интерпретироваться с точки зрения количества (R) оборотов, выполняемых вращательной частью, когда собираются значения амплитуды.
Соответственно, параметры Rs и NL могут быть регулируемыми, для настройки конечного периода времени в терминах количества оборотов, и для настройки значения частоты появления NL. Параметр Rs, который может регулироваться через пользовательский интерфейс 102 или предварительно задаваться в памяти 60 (см. фиг. 21 в сочетании с фиг. 2А), таким образом, может задавать конечный период времени, используемый для установления значения APL. Поскольку частота появления пиков, характеризующих состояние смазки, намного выше, чем частота появления пиков, характеризующих повреждение подшипника, конечный период времени для установления значения APL может быть короче, чем конечный период времени для установления значения APR.
Когда начинается период измерения, устройство 875 установления пиковых значений смазки может быть выполнено с возможностью очищать память устройства 870, и после этого позволять устройству 870 считать появление значений амплитуды в пределах заданных диапазонов. Когда сигнал RD, принятый из датчика 450, показывает, что заданное количество Rs оборотов достигнуто, устройство 875 уста
новления пиковых значений смазки может быть выполнено с возможностью идентификации поддиапазонов амплитуд, имеющих X значений амплитуды, причем
X=RD-NL (уравнение 7).
Значение амплитуды Ar идентифицированного поддиапазона может быть использовано в качестве значения APL (фиг. 13Б).
Согласно другому варианту осуществления устройство 875 установления пиковых значений смазки может быть выполнено с возможностью идентификации поддиапазона 500 в таблице совокупной гистограммы (фиг. 13В), содержащего Z значений амплитуд, причем
Z=RD-NL (уравнение 8).
Если никакой поддиапазон не включает в себя точно Z значений, то устройство 875 установления пиковых значений смазки может быть выполнено с возможностью идентификации поддиапазона, содержащего ближайшее число значений, т.е. число N', ближайшее к числу NL. Тогда как таблица гистограммы, согласно фиг. 13Б, может включать в себя более одного поддиапазона амплитуд, содержащего X значений амплитуд, таблица совокупной гистограммы, иллюстрированная на фиг. 13В, может иметь только один поддиапазон, имеющий N'-NL значений, благодаря характеру таблица совокупной гистограммы. Это очевидно из рассмотрения формы кривой на фиг. 15А, которая представляет график, который может быть получен на основе данных в таблице 530, представляющей совокупную гистограмму.
Согласно другому варианту осуществления устройство 875 установления пиковых значений смазки может быть выполнено с возможностью идентификации Y-го самого высокого пикового значения амплитуды. При измерении и сборе значений пиковой амплитуды AP на протяжении конечного периода времени TPML, соответствующего, например, R=8 полным оборотам контролируемой части, и при последующем формировании значений пиковой амплитуды АР в виде таблицы гистограммы, как иллюстрируется на фиг. 13Б, значение пиковой амплитуды Ar, имеющее частоту появления более одного пика за один оборот, является очень стабильным, в том смысле, что непосредственно следующие друг за другом повторяющиеся измерения на одном подшипнике, будут преимущественно обеспечивать то же самое, или, по существу, то же самое значение APL. Соответственно, стабильное значение измерения, т.е. воспроизводимое обеспечение, по существу, одинаковой пиковой амплитуды, при выполнении многочисленных измерений на одной вращающейся части, может быть достигнуто, сосредотачиваясь на Y-м самом высоком пиковом значении амплитуды, где
Y=Rs-NL (уравнение 8)
и где Rs представляет число, характеризующее количество оборотов, выполняемых упомянутой контролируемой частью на протяжении времени контроля пикового уровня, TPML; и
NL представляет собой целое число, имеющее значение выше единицы (1) и ниже 200.
Следовательно, вариант осуществления настоящего изобретения включает в себя способ работы устройства для выполнения анализа состояния смазки части машины, вращающейся с частотой вращения fROT, способ, содержащий этапы
прием первого цифрового сигнала (SMD, SR, SF), зависящего от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части;
выполнение анализа упомянутого первого цифрового сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды Ар на протяжении конечного периода времени TPmL, причем упомянутый конечный период времени соответствует некоторому количеству RD оборотов, соответствующему более одному обороту упомянутой вращающейся части;
сортировка упомянутых детектированных значений пиковой амплитуды Ар на соответствующие диапазоны амплитуд (r), так чтобы отображать появление (N) детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) во множестве NR диапазонов амплитуд;
идентификация диапазона амплитуд (r), содержащего сортированные значения пиковой амплитуды (APL), которые на протяжении конечного периода времени (TPmL) имели среднюю частоту появления больше одного раза за один оборот.
Согласно предпочтительному варианту осуществления оценка включает в себя выбор Y-го самого высокого пикового значения амплитуды в качестве упомянутого характерного значения пиковой амплитуды (APL), где
Y=RS-NL
и где Rs представляет число, характеризующее количество оборотов, выполняемых упомянутой контролируемой частью на протяжении времени контроля пикового уровня, TPML; и
NL представляет собой целое число, имеющее значение выше единицы (1) и ниже 200.
Согласно предпочтительному варианту осуществления значение частоты появления NL может быть регулируемым. Согласно варианту осуществления устройство 875 установления пиковых значений смазки может быть выполнено с возможностью выбора значения амплитуды, имеющего частоту появления NL=40 пиков за один оборот.
Как упоминалось выше в связи с фиг. 11Б, детектор 450 может генерировать сигнал RD (фиг. 21), характеризующий количество R оборотов, и длительность измерения может управляться просто в зави
симости от количества оборотов упомянутой вращательной части 8, независимо от времени. Альтернативно, длительность TPm сеанса измерения может управляться в зависимости от информации времени, обеспеченной тактовым генератором 190 (фиг. 5), в сочетании с информацией частоты вращения fROT, обеспеченной детектором 450 так, чтобы длительность TPm адаптировалась, чтобы гарантировать, что контроль выполняется для желательного количества Rs оборотов.
Согласно варианту осуществления, когда устройство 14 должно генерировать оба значения APR и APL одновременно, параметр Rs подаваемый в устройство 875 установления пиковых значений смазки, может устанавливаться равным произведению параметров R и n, подаваемых в устройство 375 установления пиковых значений. В этой связи отмечается, что R является положительным числом больше единицы и n является положительным числом равным единице (1) или больше единицы (1). Параметр R может быть целым числом, но альтернативно он может быть дробным числом.
Как обсуждалось выше, значения параметров Rs и NL могут предварительно устанавливаться изготовителем устройства 14, и эти значения могут сохраняться в энергонезависимой памяти 52 или в энергонезависимой памяти 60 (фиг. 2А). Альтернативно, значения параметров Rs и NL могут быть установлены пользователем устройства 14 перед выполнением сеанса измерения. Значения параметров Rs и NL могут быть установлены пользователем посредством пользовательских интерфейсов 102, 107, описанных в связи с фиг. 2А.
Устройство 875 установления пиковых значений может быть выполнено с возможностью передачи пикового значения APL на выход 878 (фиг. 21), обеспечивая возможность передачи генерированного пикового значения APL на дисплей 106 или на порт 16 (фиг. 2А).
Соответственно, как показано на фиг. 21, устройство 14 варианта осуществления включает в себя пиковый детектор 310, действующий вместе с логарифмическим генератором 350 и/или 850, устройством сортировки значений 370 и/или 870, устройством 875 установления пиковых значений смазки и/или устройством 375 установления характерных пиковых значений, так, чтобы выполнять способ(-ы), описанный выше.
Устройство 875 установления пиковых значений может быть выполнено с возможностью передачи пикового значения APL с выхода 878 (фиг. 21) на первый вход компаратора 878, причем компаратор 878 имеет другой вход для приема опорного значения из устройства 879 обеспечения опорных значений. Устройство 879 обеспечения опорных значений может обеспечивать опорные значения APLrefvr, 720, как обсуждалось выше в связи с фигурой 18.
Аналогично, устройство 375 установления характерных пиковых значений может быть выполнено с возможностью передачи пикового значения APR с выхода 378 (фиг. 21) на первый вход компаратора 888, причем компаратор 888 имеет другой вход для приема релевантного опорного значения APrefvr из устройства 889 обеспечения опорных значений. Устройство 889 обеспечения опорных значений может обеспечивать опорные значения APLrefvr, 720, как обсуждалось выше в связи с фиг. 17, в зависимости от параметра Dm и действительной частоты вращения fROT.
Демпфирующий эффект упругогидродинамической пленки смазки в элементе качения подшипника является прямо пропорциональным толщине пленки смазки. Как отмечалось ранее, параметр упругогид-родинамической пленки смазки содержит функцию от толщины пленки смазки и шероховатости смазанных поверхностей. Эта зависимость выражается следующей формулой:
Л=h0/Ra (уравнение 11),
где Л - параметр упругогидродинамической пленки смазки,
h0 - средняя толщины пленки смазки,
Ra - средняя шероховатость поверхности смазанных поверхностей.
Далее, зависимость, выраженная вышеприведенной формулой, используется в сочетании с методом измерения значений ударных импульсов, чтобы обеспечить практический способ для достижения полезного определения абсолютной толщины пленки смазки в подшипнике, работающем в нормальных условиях эксплуатации.
Средняя шероховатость поверхности подшипника (Ra), конечно определятся методами изготовления, используемыми в финишной обработке элементов подшипника. Такие методы изготовления включают в себя шлифование, механическую обработку и горячую прокатку, и производят различные степени шероховатости поверхности. Шариковые подшипники и особенно используемые в прецизионных применениях, таких как летательные аппараты, обычно подвергаются зеркальной отделке поверхности. Однако выгоды из зеркальной отделки поверхности других типов подшипников, таких как, например, промышленные роликовые подшипники, не считаются настолько большими, чтобы оправдать дополнительную стоимость.
Чтобы компенсировать разницу средней шероховатости поверхностей, встречающуюся в подшипниках различных типов или в подшипниках одного типа, но от различных производителей, используется эталонный подшипник, который имеет физические характеристики, по существу, совпадающие с физическими характеристиками рабочего подшипника, который должен оцениваться. Эталонный подшипник прогоняется сначала в несмазанном состоянии и затем в смазанном состоянии, чтобы позволить опреде
лить демпфирующий эффект упругогидродинамической пленки смазки при ударах, происходящих с эталонным подшипником.
Термин "несмазанный", используемый в настоящем описании и в последующей формуле изобретения, относится к подшипнику, который прогоняется почти в сухом состоянии или по меньшей мере при отсутствии эффективной смазки. Чтобы снизить риск заклинивания подшипника, желательно "смазывать" эталонный подшипник неэффективной, т.е. смазкой, которая имеет параметр упругогидродинами-ческой пленки смазки (Л) не более 0,6, такой как, например, керосин, который будет служить скорее охладителем, чем смазкой.
Предпочтительно, эталонный подшипник очищают подходящим растворителем перед тем, как его прогонять, чтобы удалить почти все следы фабричной смазки. Если для предотвращения заклинивания подшипника при высоких рабочих скоростях используется смазка с низкой вязкостью, такая как керосин, то к эталонному подшипнику должна прикладываться достаточная нагрузка, чтобы гарантировать, по существу, постоянный контакт металла с металлом в действующем подшипнике. Должна быть обеспечена подходящая схема для измерения электрического контакта, для контроля эталонного подшипника, чтобы убедиться, что контакт металла с металлом поддерживается по существу все время, пока эталонный подшипник прогоняется в несмазанном состоянии.
Определяется относительная скорость качения элементов качения несмазанного действующего эталонного подшипника. Несмазанный действующий эталонный подшипник также контролируется с помощью инструмента измерения ударных импульсов, как описано выше, для определения величины появления ударных импульсов, происходящих при различных рабочих частотах вращения.
Затем эталонный подшипник смазывают и определяют величину появляющихся ударных импульсов в смазанном эталонном подшипнике при различных рабочих частотах вращения, предпочтительно соответствующих рабочим частотам вращения, при которых выполнялись измерения ударных импульсов в несмазанном эталонном подшипнике.
Как показано на фиг. 18, графическая линия 720 представляет опорные пиковые значения сигнала APLref, детектированные для эталонного подшипника, когда он прогоняется в несмазанном состоянии, и графическая линия 726 представляет пиковые значения сигнала APL; детектированные для эталонного подшипника, когда он прогоняется в правильно смазанном состоянии.
Разность между пиковыми значениями APLref, полученными для несмазанного эталонного подшипника, и пиковыми значениями сигнала APL, детектированными для смазанного эталонного подшипника при любой заданной рабочей скорости vr, обеспечивает возможность определения демпфирующего эффекта при ударах, происходящих в подшипнике при рабочей скорости, свойственной для добавления достаточной упругогидродинамической пленки смазки. Параметр Л упругогидродинамической пленки смазки для смазанного эталонного подшипника может быть легко определен посредством одного из вышеописанных способов.
Когда получено достаточно опытных данных посредством прогона эталонного подшипника в несмазанном и смазанном состояниях, эталонный подшипник демонтируют, и определяют среднюю шероховатость обоймы и контактных поверхностей элементов подшипника (Ra) посредством физического измерения, используя методы измерения, хорошо известные в уровне техники. Абсолютное значение толщины пленки смазки (h0) в центральной области контакта может быть теперь вычислено с использованием формулы
ho^-Ra (уравнение 12).
Как показано на фиг. 18 и в уравнении 4, пиковое значение смазки APL может генерироваться, как обсуждалось выше, и сравниваться с соответствующим опорным значением, чтобы получить информацию, характеризующую толщину h0 пленки оставшейся смазки в контролируемом подшипниковом узле 7 (см. фиг. 1 в сочетании с фиг. 21 и 18).
Альтернативно, нормализованное пиковое значение смазки APLNorm может генерироваться согласно уравнению
ApLNonn=ApLrefvr-ApL,vr, (уравнение 4),
где APLrefvr представляет опорное значение APLrefvr для конкретного типа подшипника и для конкретной относительной скорости качения vr, которое получено посредством контроля несмазанного эталонного подшипника конкретного типа подшипника и посредством записи детектированных пиковых значений сигнала, появляющихся с частотой появления NL пиков на один оборот; и
APLvr представляет генерированное или оценочное пиковое значение смазки APL, полученное, когда подвижная часть вращалась с частотой вращения fROT, соответствующей относительной скорости качения vr (см. выше уравнение 1 и 2).
Соответственно, значение нормализованного пикового значения смазки ApLNorm может показывать абсолютную толщину h0 пленки смазки в контролируемом подшипнике. Затем эта информация может использоваться для оценки состояния рабочего подшипника путем определения относительной скорости качения vr элементов качения рабочего подшипника и релевантных значений амплитуды APLvr, вышеописанным способом.
Теперь должно быть очевидно, что график опорных значений (APLrefvr), полученных посредством вышеописанного способа, может использоваться в описанном здесь измерительном устройстве 14. Требуемая информация может сохраняться в памяти 60 инструмента (см., например, фиг. 2А), предпочтительно в виде формул и уравнений, которые относятся к различным типам подшипников и к смазкам, используемым с ними. Инструмент, конечно, компонуется для приема требуемых входных данных, как, например, специфическая идентичность контролируемого подшипника и тип смазки, используемый в рабочем подшипнике, и может программироваться, чтобы обеспечивать управляемое считывание абсолютной толщины h0 пленки смазки.
Экспериментальная работа, выполненная другими авторами, окончательно установила, что толщина пленки смазки в элементах качения подшипника, первоначально развиваемая в области впускного отверстия перед плоской областью или областью Герца элементов качения. Статья Optical analysis of Ball Bearing Starvation, by L.D. Wedeven, D. Evans and A. Cameron, Journal of Lubrication Technology, American Society of Mechanical Engineers, июль, 1971, которая включена здесь ссылкой, как часть настоящего описания, содержит всестороннее обсуждение истощения смазки шарикового подшипника и экспериментов, проведенных для определения измерений упругогидродинамической масляной пленки для точечного контакта качения в условиях истощения, с использованием оптической интерферометрии. Эта экспериментальная работа, которая привела к полуэмпирической формуле для определения толщины пленки смазки в элементах качения подшипника и которая включает в себя рассмотрение эффектов истощения смазки. Указанная формула используется в сочетании с методами измерения ударных импульсов и вышеописанными здесь способами для обеспечения практического средства для определения появления состояния истощения смазки в рабочем подшипнике, работающем в нормальных условиях эксплуатации.
Более того, представлен способ выделения различий между различными типами состояний повреждения. Способ преимущественно позволяет показывать, было ли состояние повреждения связано с вращающимся валом 8; и если состояние повреждения имеется в контролируемом подшипнике 7, то указанный способ обеспечивает индикацию причины состояния повреждения.
Способ анализа согласно варианту осуществления может
показывать, когда причина состояния повреждения относится к состоянию смазки в контактной поверхности качения поверхностей подшипника; и способ согласно варианту осуществления также
показывает, когда причина состояния повреждения относится к степени шероховатости поверхностей металла в контактной поверхности качения поверхностей упомянутого подшипника.
Анализ обеспечивает возможность
детектирования значений амплитуды (APLj APR), которые могут быть использованы для указания того, связано ли состояние повреждения в контролируемом подшипнике 7 с вращающимся валом 8; и
если состояние повреждения имеется в контролируемом подшипнике 7, то анализ обеспечивает возможность выделения различий между
первыми детектированными значениями амплитуды (APL), используемыми для указания состояния смазки поверхностей подшипников, с одной стороны; и
вторыми детектированными значениями амплитуды (APR), используемыми для указания механического состояния поверхностей подшипников.
Согласно вариантам осуществления выделения различий между первыми детектированными значениями амплитуды (APL) и вторыми детектированными значениями амплитуды (APR), основано на числе (NL) появлений упомянутых пиковых значений (APL, APR) за один оборот; причем упомянутое число появлений за один оборот может относиться к оборотам вращающегося вала 8, связанного с контролируемым подшипником 7.
Фиг. 22 - иллюстрация варианта осуществления графика для обеспечения возможности выделения различий между первым параметром APL 740, показывающим состояние смазки поверхностей контролируемого подшипника (см. фиг. 22 и 18), и вторым параметром APR 640, показывающим механическое состояние поверхностей подшипника (см. фиг. 22 и 17).
Номер позиции 900 показывает типичное самое низкое значение амплитуды для второго параметра (APR, 640). Значение амплитуды, показанное номером позиции 900, соответствует типичному значению APR для совершенно нового и хорошо работающего подшипника.
По мере того как подшипник изнашивается, значение, детектированное для второго параметра APR, 640, будет расти согласно степени износа при прогоне с одинаковой частотой вращения fROT. Стрелка 910 показывает, как это растущее значение отображается в графике. Значение, детектированное для второго параметра APR, 640, может сравниваться со значением, показанным номером позиции 900, как опорным для неповрежденного эталонного подшипника, и/или может сравниваться со значением 650, как обсуждалось выше в связи с фиг. 17.
Значение амплитуды первого параметра APL 740 может сравниваться с первым опорным значением 728, APLrefvr, связанным с типом контролируемого подшипника и с действительной относительной скоростью vr1. Действительная относительная скорость vr1 может быть вычислена в ответ на сигнал fROT, который может выдаваться детектором 450 частоты вращения (см. фиг. 1 и 21). Согласно варианту осуществления результат такого сравнения зависимости между первым параметром APL, 740 и первым опор
ным значением 728, APLrefvr, является мерой толщины ho пленки смазки в контактной поверхности качения. По мере того как толщина h0 пленки смазки контактной поверхности качения уменьшается, например из-за длительного времени работы, детектированное значение амплитуды первого параметра APL, 740 должно увеличиваться, как показано стрелкой 920, так чтобы приблизиться к релевантному опорному значению смазки, показанному номером позиции 728.
Вариант осуществления относится к способу работы устройства для выполнения анализа состояния части машины, вращающейся с частотой вращения (fROT, vr), способ, содержащий этапы
прием первого цифрового сигнала (SMD, SR, SF), зависящего от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части;
выполнение анализа упомянутого первого цифрового сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды (APL) на протяжении конечного периода времени (TPm), причем упомянутый конечный период времени соответствует предварительно заданному количеству (А) оборотов упомянутой вращающейся части; причем упомянутое предварительно заданное количество (А) оборотов соответствует по меньшей мере одному обороту упомянутой контролируемой вращающейся части;
сортировка упомянутых детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) на соответствующие диапазоны амплитуд, так чтобы отображать появление детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) в упомянутом множестве диапазонов амплитуд;
использование значения амплитуды (APL, APR), связанного по меньшей мере с одним диапазоном амплитуд из числа упомянутых диапазонов амплитуд в качестве значения, характеризующего тип состояния упомянутой вращающейся части;
выделение различий между значениями амплитуды (APL, APR), используемыми для указания состояния смазки поверхностей подшипников, и
значениями амплитуды (APL, APR), используемыми для указания механического состояния поверхностей подшипников,
основываясь на числе появлений упомянутых пиковых значений за один оборот.
Согласно варианту осуществления значения амплитуды (APL), используемые для указания состояния смазки поверхностей подшипников, имеют первое значение частоты появления (NL) пиковых значений за один оборот; причем упомянутое первое значение частоты появления (NL) является числом больше одного пикового значения за один оборот.
Согласно варианту осуществления значения амплитуды (APR), используемые для указания механического состояния поверхностей подшипников, имеют второе значение частоты появления пиковых значений за один оборот; причем упомянутое второе значение частоты появления представляет собой число ниже одного пикового значения за один оборот.
Согласно варианту осуществления упомянутое значение NL частоты появления представляет собой число выше десяти.
Согласно варианту осуществления упомянутое значение NL частоты появления представляет собой число в диапазоне от 15 до 150.
Согласно варианту осуществления упомянутое значение NL частоты появления представляет собой число в диапазоне от 20 до 90.
Согласно варианту осуществления упомянутое значение NL частоты появления представляет собой число в диапазоне от 25 до 70.
Согласно варианту осуществления упомянутое значение NL частоты появления отображает число пиковых значений за один оборот контролируемой части.
Согласно варианту осуществления процедура для определения опорных значений (APRrefvr) для подшипника, связанного с вращающейся частью, включающая в себя этапы
прием первого цифрового сигнала (SMD, SR, SF), зависящего от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части;
выполнение анализа упомянутого первого цифрового сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды (Ар) на протяжении конечного периода времени (TPm), причем упомянутый конечный период времени соответствует некоторому количеству (R) оборотов упомянутого подшипника, причем, упомянутое некоторое количество (R) оборотов соответствует более, чем одному обороту упомянутой контролируемой вращающейся части;
контроль эталонного подшипника при прогоне с двумя различными скоростями вращения;
запись в качестве первого опорного значения (APRv1) наибольшего пикового значения сигнала (APR), появляющегося один раз в каждом R-м обороте при прогоне эталонного подшипника с первой скоростью; и
запись в качестве второго опорного значения (APRv2), наибольшего пикового значения сигнала (APR), появляющегося один раз в каждом R-м обороте, при прогоне эталонного подшипника со второй скоростью;
оценка третьего опорного значения (APRv3) для использования в качестве опорного значения при прогоне контролируемого подшипника с третьей скоростью, причем упомянутое третье опорное значение (APRv3) генерируется в зависимости от упомянутого первого опорного значения (APRv1) и упомянуто
го второго опорного значения (APRv2).
Согласно варианту осуществления обеспечивается: система для указания состояния смазки рабочего подшипника, содержащая
вход для приема первого цифрового сигнала (SMD, SR, SF), зависящего от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части;
средство (40, 240, 270, 280, 310) для выполнения анализа упомянутого первого цифрового сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды (APL) на протяжении конечного периода времени (TPm), причем упомянутый конечный период времени соответствует предварительно заданному количеству (Rs, RD) оборотов упомянутой вращающейся части; причем упомянутое предварительно заданное количество (Rs, RD) оборотов соответствует по меньшей мере одному обороту упомянутой контролируемой вращающейся части;
средство (850, 870, 875; 350, 370, 875) для сортировки упомянутых детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) на поддиапазоны амплитуд, так, чтобы
отображать (470) появление (N) детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) во множестве поддиапазонов диапазона амплитуд; или так, чтобы
отображать (530) появление (N' ) детектированных пиков, имеющих амплитуду выше амплитуды (Ar') связанного поддиапазона амплитуд (r); и
средство (875) для установления значения пиковой амплитуды (APL) для детектированных пиков, имеющих частоту появления (N') приблизительно NL пиков за один оборот, причем упомянутое значение NL частоты появления является числом больше единицы;
средство для определения соотношения упомянутого установленного значения пиковой амплитуды (APL) со справочной информацией, содержащейся в памяти (879, 60, 52); и
средство для обеспечения выхода (APLNorm), характеризующего толщину пленки смазки в упомянутом рабочем подшипнике в зависимости от упомянутого соотношения.
Согласно варианту осуществления упомянутое средство для определения соотношения выполнено с возможностью создания визуального выхода, характеризующего упомянутое установленное значение пиковой амплитуды (APL), и характеризующего упомянутую справочную информацию, содержащуюся в
памяти (879, 60, 52).
Согласно варианту осуществления упомянутое средство для определения соотношения выполнено с возможностью вычисления значения (APLNorm) в зависимости от упомянутого установленного значения пиковой амплитуды (APL) и упомянутой справочной информации.
Процедура, описанная в этом документе, для установления значения APL, характеризующего состояние смазки, может успешно использоваться для контроля состояния вращательных частей, имеющих низкую частоту вращения (fROT). Процедуры настоящего изобретения включают в себя отличительный признак:
выполнения анализа цифрового сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды (АР) на протяжении конечного периода времени (TPm), причем упомянутый конечный период времени соответствует предварительно заданному количеству (Rs, RD) оборотов упомянутой вращательной части; причем упомянутое предварительно заданное количество (Rs, RD) оборотов соответствует по меньшей мере одному обороту упомянутой контролируемой вращательной части.
Отличительный признак преимущественно обеспечивает результаты измерения, такие как APL и/или APR, которые могут быть сравнимыми, даже когда частота вращения fROT варьируется. Следовательно, значение APL1, полученное путем выполнения описанного здесь способа с первой частотой вращения fROT1, может сравниваться с другим значением APL2, полученным путем выполнения такого же способа со второй частотой вращения fROT2.
Процедуры настоящего изобретения включают в себя отличительный признак: выполнения анализа цифрового сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды (АР) на протяжении конечного периода времени (TPm), причем упомянутый конечный период времени соответствует предварительно заданному количеству (Rs, RD) оборотов упомянутой вращательной части; причем, упомянутое предварительно заданное количество (Rs, RD) оборотов соответствует по меньшей мере одному обороту упомянутой контролируемой вращательной части.
Изобретатель сделал вывод, что частота импульсов механических вибраций и/или ударных импульсов, обусловленных состоянием смазки и механическим состоянием контролируемой вращательной части, зависит от частоты вращения контролируемой вращательной части; и, следовательно, выгодно задавать конечный период времени TPm в терминах количества (Rs, RD) оборотов упомянутой вращательной части. По этим причинам настоящее изобретение особенно подходит для анализа вращательных частей с низкими частотами вращения. Примеры таких низких частот вращения обеспечиваются ниже.
В применении ветряного двигателя вал, подшипник которого анализируется, может вращаться с частотой менее, чем 120 оборотов в минуту, т.е. частота вращения вала, fROT, меньше 2 оборотов в секунду (rps). Иногда такой вал вращается с частотой менее 50 оборотов в минуту (rpm), т.е. частота вращения вала, fROT, меньше 0,83 оборота в секунду. В действительности, частота вращения обычно может быть меньше 15 оборотов в минуту. Тогда как вал, имеющий частоту вращения 1715 оборотов в минуту, как
обсуждалось в вышеупомянутой книге, производит 500 оборотов в 17,5 секунд; вал, вращающийся со скоростью 50 оборотов в минуту, производит 500 оборотов за десять минут. Некоторые большие ветровые электростанции имеют валы, которые обычно могут вращаться с частотой 12 RPM=0,2 rps. При 12 оборотах в минуту, для совершения пяти оборотов тратится более четырех минут, и соответственно, риск ударного шума, происходящего во время измерения, намного выше, чем при анализе пикового уровня, выполняемого на вращающейся части, имеющей такую низкую частоту вращения. Подобным образом, некоторые части машины на бумажных комбинатах также вращаются со скоростью менее 50 оборотов в минуту.
Как упоминалось выше, изобретатель сделал вывод, что желательно контролировать вращающуюся часть на протяжении конечного периода времени ТРМ, соответствующего некоторому количеству R оборотов упомянутой вращательной части; причем упомянутое некоторое количество R оборотов соответствует многочисленным оборотам упомянутой контролируемой вращательной части, чтобы установить значение пиковой амплитуды АР, которое характеризует состояние смазки контролируемой части. Однако изобретатель сделал вывод, что предпочтительно контролировать вращающуюся часть на протяжении конечного периода времени ТРМ, соответствующего некоторому количеству R оборотов упомянутой вращательной части; причем упомянутое некоторое количество R оборотов соответствует по меньшей мере двум оборотам (R=2). Когда выполняется одновременный анализ для установления истинного значения пиковой амплитуды APR, которое характеризует механическое состояние контролируемой части; и в то же время для установления значения пиковой амплитуды АР, которое характеризует состояние смазки контролируемой части, выгодно выполнять контроль вращающейся части на протяжении конечного периода времени ТРМ, соответствующего, по меньшей мере, некоторому количеству R оборотов упомянутой вращательной части; причем упомянутое некоторое количество R оборотов соответствует по меньшей мере восьми оборотам (R=8), как упоминалось выше в этом документе.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Система для указания состояния смазки рабочего подшипника, содержащая
вход для приема первого цифрового сигнала (SMD, SR, SF), зависящего от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части;
средство (40, 240, 270, 280, 310) для выполнения анализа первого цифрового сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды (APL) на протяжении конечного периода времени (TPm), причем конечный период времени соответствует предварительно заданному количеству (Rs, RD) оборотов вращательной части; причем предварительно заданное количество (Rs, RD) оборотов соответствует по меньшей мере одному обороту контролируемой вращательной части;
средство (850, 870, 875; 350, 370, 875) для сортировки детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) в поддиапазоны амплитуд, так чтобы
отражать (470) появление (N) детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) во множестве поддиапазонов диапазона амплитуд; или так, чтобы
отражать (530) появление (N') детектированных пиков, имеющих амплитуду выше амплитуды (Ar') связанного поддиапазона амплитуд (r); и
средство (875) для установления значения пиковой амплитуды (APL) для детектированных пиков, имеющих частоту появления (N') приблизительно NL пиков за один оборот, причем значение NL частоты появления является числом больше единицы;
средство для определения соотношения установленного значения пиковой амплитуды (APL) со справочной информацией, содержащейся в памяти (879, 60, 52); и
средство (878) для обеспечения выходного сигнала (APLNorm), указывающего толщину пленки смазки в упомянутом рабочем подшипнике в зависимости от упомянутого соотношения.
2. Система по п.1, в которой средство для определения соотношения выполнено с возможностью создания визуального выходного сигнала, указывающего установленное значение пиковой амплитуды (APL) и указывающего справочную информацию, содержащуюся в памяти (879, 60, 52).
3. Система по п.1, в которой средство для определения соотношения выполнено с возможностью вычисления значения (APLNorm) в зависимости от установленного значения пиковой амплитуды (APL) и справочной информации.
4. Способ работы устройства для выполнения анализа состояния смазки части машины, вращающейся с частотой вращения (fROT), охарактеризованного в пп.1-3, причем способ, содержащий этапы, на которых
принимают первый сигнал (SMD, SR, SF), зависящий от механических вибраций, происходящих из-за вращения упомянутой части;
выполняют анализ первого сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды (Ар);
сортируют детектированные значения пиковой амплитуды (Ар) в соответствующие поддиапазоны амплитуд,
отличающийся тем, что
упомянутый первый сигнал (SMD, SR, SF) является первым цифровым сигналом (SMD, SR, SF); и тем,
что
выполняют анализ детектирования значений пиковой амплитуды на протяжении конечного периода времени (TPmL), причем конечный период времени соответствует некоторому количеству (Rs, RD) оборотов вращающейся части; причем некоторое количество оборотов (Rs, RD) соответствует более чем одному обороту упомянутой вращающейся части; причем
детектированные значения пиковой амплитуды (Ар) сортируют в соответствующие поддиапазоны амплитуд, так чтобы отражать (470) появление (N) детектированных значений пиковой амплитуды (Ар) во множестве поддиапазонов диапазона амплитуд; или так, чтобы отражать (530) появление (N') детектированных пиков, имеющих амплитуду выше амплитуды (Ar') связанного поддиапазона амплитуд (r); и
устанавливают значение пиковой амплитуды (APL) для отсортированных значений пиковой амплитуды (APL), которые на протяжении конечного периода времени (TPmL) имели среднюю частоту появления (NL) более одного пика за один оборот; причем
установленное значение пиковой амплитуды (APL) указывает состояние смазки.
5. Способ по п.4, в котором упомянутый этап установления включает в себя этапы, на которых
идентифицируют при достижении заданного количества (Rs, RD) оборотов поддиапазон амплитуд, в
котором было посчитано X значений амплитуд, где
X=RD-NL
и где RD представляет собой число, соответствующее заданному количеству (Rs, RD) оборотов; и используют значение амплитуды идентифицированного диапазона амплитуд в качестве значения пиковой амплитуды (APL).
6. Способ по п.5, в котором упомянутый диапазон амплитуд представляет собой диапазон (500, r) на
гистограмме детектированных значений пиковой амплитуды.
7. Способ по п.4, в котором этап установления включает в себя этапы, на которых идентифицируют при достижении заданного количества (Rs, RD) оборотов поддиапазон амплитуд, в
котором было посчитано Z значений амплитуд, где
Z отражает (530) появление (N') детектированных пиков, имеющих амплитуду выше амплитуды (Ar') связанного поддиапазона амплитуд (r); и
Z=RD-NL,
и где RD представляет собой число, соответствующее предварительно заданному количеству оборотов; и этап установления дополнительно включает в себя этап, на котором
используют значение амплитуды идентифицированного диапазона амплитуд в качестве значения пиковой амплитуды (APL).
8. Способ по любому из пп.4-7, в котором
конечный период времени (TPm) определяют (875) в зависимости от заранее заданного значения количества (RJ оборотов и от сигнала, указывающего действительное количество (RD) оборотов; в котором
предварительно заданное количество (Rs, RD) оборотов соответствует по меньшей мере одному обороту контролируемой вращающейся части; или
предварительно заданное количестве (Rs, RD) оборотов соответствует по меньшей мере двум оборотам контролируемой вращающейся части; или
предварительно заданное количество (Rs, RD) оборотов соответствует по меньшей мере трем оборотам контролируемой вращающейся части; или
предварительно заданное количество (Rs, RD) оборотов соответствует по меньшей мере четырем оборотам контролируемой вращающейся части; или
предварительно заданное количество (Rs, RD) оборотов соответствует по меньшей мере восьми оборотам контролируемой вращающейся части; или
предварительно заданное количество (Rs, RD) оборотов соответствует по меньшей мере десяти оборотам контролируемой вращающейся части.
9. Способ по п.4, в котором этап установления включает в себя этап, на котором
выбирают Y-e самое высокое пиковое значение амплитуды в качестве значения пиковой амплитуды (APL), указывающего состояние смазки, где
Y=RS-NL
и где Rs представляет собой предварительно заданное количество (Rs) оборотов; и NL представляет собой целое число, имеющее значение больше единицы (1).
10. Способ по любому из пп.4-9, дополнительно содержащий следующие этапы:
используют значения амплитуды (APL, APR), связанные по меньшей мере с двумя поддиапазонами амплитуд из числа поддиапазонов амплитуд в качестве значений, указывающих состояние вращающейся части; причем способ дополнительно содержит этапы, на которых
выделяют различия между
первыми значениями амплитуды (APL), используемыми для указания состояния смазки поверхностей подшипников, и
вторыми значениями амплитуды (APR), используемыми для указания механического состояния поверхностей подшипников.
11. Способ по п.10, в котором
значения амплитуды (APL), используемые для указания состояния смазки поверхностей подшипников, имеют первое значение (NL) частоты появления числа пиковых значений за один оборот;
первое значение (NL) частоты появления является числом больше значения одного пика за один оборот.
12. Способ по п.10 или 11, в котором
значения амплитуды (APR), используемые для указания механического состояния поверхностей подшипников, имеют второе значение частоты появления в числе пиковых значений за один оборот;
второе значение частоты появления является числом меньше значения одного пика за один оборот.
13. Способ по любому из пп.4-12, в котором значение NL частоты появления представляет собой число больше десяти.
14. Способ по любому из пп.4-13, в котором значение NL частоты появления представляет собой число в диапазоне от 15 до 150.
15. Способ по любому из пп.4-14, в котором значение NL частоты появления представляет собой число в диапазоне от 20 до 90.
16. Способ по любому из пп.4-15, в котором значение NL частоты появления представляет собой число в диапазоне от 25 до 70.
17. Способ по любому из пп.4-16, в котором значение NL частоты появления отражает число пиковых значений за один оборот контролируемой части.
18. Способ по любому из пп.4-17, в котором установление значения (APL), указывающего состояние смазки, используют для контроля состояния вращательных частей, имеющих низкую частоту вращения
(fROT).
19. Способ по любому из пп.4-18, включающий в себя этап, на котором выполняют анализ цифрового сигнала так, чтобы детектировать значения пиковой амплитуды (Ар) на протяжении конечного периода времени (TPm), причем конечный период времени соответствует предварительно заданному количеству (Rs, RD) оборотов вращательной части; причем предварительно заданное количество (Rs, RD) оборотов соответствует по меньшей мере одному обороту контролируемой вращательной части.
20. Способ по п.19, в котором анализ обеспечивает результаты измерения, которые сравнимы даже, когда частота вращения (fROT) варьируется.
21. Способ по п.19 или 20, в котором первое значение (APL1), полученное путем выполнения способа по любому из предшествующих пунктов, на первой частоте вращения (fROT1) может сравниваться с другим значением (APL2), полученным путем выполнения такого же способа по любому из предшествующих пунктов, на второй частоте вращения (fROT2).
22. Способ по любому из пп.4-21, в котором, когда выполняется одновременный анализ для
установления истинного значения пиковой амплитуды (APR), которое указывает механическое со-
стояние контролируемой части; и
одновременного установления значения пиковой амплитуды (АР), которое указывает состояние смазки контролируемой части;
вращающуюся часть контролируют на протяжении конечного периода времени (ТРМ), соответствующего некоторому количеству (R) оборотов упомянутой вращающейся части; причем некоторое количество (R) оборотов соответствует по меньшей мере восьми (R=8) оборотам.
Фиг. 2Б
Фиг. 2Г
SEA 150 12
160
Фиг. 3
Фиг. 6А
Определение характерного значения пиковой амплитуды Ар^
Фиг. 11Б
Фиг. 13Б
•530
Фиг. 13В
-S170
^ Начало^
-S230
Фиг. 14А
Оценка диапазона амплитуд rR, представляющего амплитуду Арр, которая появляется один раз на каждом R-ом обороте
-S240
Фиг. 14Б
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
027452
027452
- 1 -
- 1 -
(19)
027452
027452
- 1 -
- 1 -
(19)
027452
027452
- 1 -
- 1 -
(19)
027452
027452
- 4 -
- 3 -
(19)
027452
027452
- 12 -
027452
027452
- 15 -
- 15 -
027452
027452
- 33 -
027452
027452
- 36 -
- 36 -
027452
027452
- 45 -
- 45 -
027452
027452
- 46 -
- 46 -
027452
027452
- 46 -
- 46 -
027452
027452
- 46 -
- 46 -
027452
027452
- 47 -
- 47 -
027452
027452
- 48 -
- 48 -
027452
027452
- 49 -
- 49 -
027452
027452
- 49 -
- 49 -
027452
027452
- 50 -
- 50 -
027452
027452
- 51 -
- 51 -
027452
027452
- 51 -
- 51 -
027452
027452
- 52 -
- 52 -
027452
027452
- 53 -
- 53 -
027452
027452
- 54 -
- 54 -