способ спектральной вибродиагностики нагруженности зубьев прямозубых передач мобильных машин при испытаниях

Формула изобретения

Способ спектральной диагностики нагруженности зубьев прямозубых передач мобильных машин при испытаниях, включающий снятие параметров вибраций с корпуса диагностируемой передачи, выделение путем фильтрации исходного сигнала колебаний корпуса, вызванных ударными нагрузками, определение огибающей отфильтрованного сигнала и спектра огибающей, выделение из полученных данных информативных составляющих, в качестве которых служат амплитуды снятых параметров вибраций, определение их статических характеристик и оценку по ним динамической нагруженности зубьев, отличающийся тем, что исходный сигнал колебаний корпуса выделен путем полосовой фильтрации исходного сигнала, а обработка огибающей отфильтрованного сигнала выполнена в последовательности: сглаживание огибающей и определение основной частоты огибающей из анализа ее спектра, определение числа периодов импульсов колебаний корпуса за время эксперимента, вычисление производной огибающей и минимумов огибающей, выделение глобальных минимумов огибающей, определение границ разделов и длительности периодов между импульсами колебаний, определение энергии ударов в каждом периоде.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при экспериментальном исследовании прямозубых цилиндрических передач.

Причиной возникновения высокочастотных колебаний в машинах являются ударные процессы, возбуждающие свободные колебания корпусных элементов на собственных частотах. Такая модель базируется на представлении процессов возбуждения колебаний в зубчатых передачах в виде периодической последовательности импульсов определенной формы. Задача выделения и определения характеристик этих импульсов является весьма сложной.

Известен способ вибрационной диагностики нагруженности зубьев зубчатых передач при испытаниях, по которому снимают параметры вибраций с подшипникового узла диагностируемой передачи и одновременно снимают данные с установленного на одном из зубьев колеса диагностируемой передачи средства прямого измерения нагруженности (например, с тензометра), из полученных данных выделяют информативные составляющие, в качестве которых служат амплитуды снятых параметров вибраций, определяют их статические характеристики с учетом зависимости их от динамической нагруженности любого зуба передачи [Белоруссия, МПК⁷ G 01 M 13/02. Институт надежности машин НАН Беларуси, Берестнев О.В., Ишин Н.Н., Басинюк В.Л., Берестнев Я.О., Басинюк Я.В. №19980960. Заявл. 21.10.1998. Опубл. 30.12.2001].

Недостатком этого способа является его большая трудоемкость.

Наиболее близким к предлагаемому является способ спектральной вибродиагностики нагруженности зубьев зубчатых передач при испытаниях, по которому снимают параметры вибраций с корпуса диагностируемой передачи, выделяют путем гребенчатой фильтрации исходного сигнала колебания корпуса, вызванные ударными нагрузками, определяют огибающую отфильтрованного сигнала и спектр огибающей, из полученных данных выделяют информативные составляющие, в качестве которых служат амплитуды снятых параметров вибраций, определяют их статистические характеристики и по ним судят о динамической нагруженности зубьев [Русов В.А. Спектральная вибродиагностика. - Пермь.: Вибро-центр., 1996. - 175 с. (стр.112, 119)].

Недостатком этого способа является то, что используемые алгоритмы обработки сигнала с помощью синхронной с частотой вращения вала зубчатого колеса гребенчатой фильтрации требуют при испытаниях поддержания с высокой точностью постоянства частоты вращения валов и наличия стробирующего сигнала. Выполнить же эти требования на реальной мобильной машине (транспортной, строительной, дорожной и др.) невозможно.

Задачей настоящего изобретения является выделение информативных составляющих из полученных данных параметров вибраций корпуса диагностируемой зубчатой передачи мобильной машины с помощью численных методов обработки информации.

Поставленная задача достигается тем, что в способе спектральной диагностики нагруженности зубьев прямозубых передач мобильных машин при испытаниях, включающем снятие параметров вибраций с корпуса диагностируемой передачи, выделение путем фильтрации исходного сигнала колебаний корпуса, вызванных ударными нагрузками, определение огибающей отфильтрованного сигнала и спектра огибающей, выделение из полученных данных информативных составляющих, в качестве которых служат амплитуды снятых параметров вибраций, определение их статических характеристик и оценку по ним динамической нагруженности зубьев отличительными от прототипа признаками является то, что исходный сигнал колебаний корпуса выделялся путем полосовой фильтрации исходного сигнала, а обработка огибающей отфильтрованного сигнала выполнялась в последовательности: сглаживание огибающей и определение основной частоты огибающей из анализа ее спектра, определение числа периодов импульсов колебаний корпуса за время эксперимента, вычисление производной огибающей и минимумов огибающей, выделение глобальных минимумов огибающей, определение границ разделов и длительности периодов между импульсами колебаний, определение энергии ударов в каждом периоде.

На фиг.1 представлена виброграмма полученного исходного сигнала, на фиг.2 - спектр исходного сигнала, на фиг.3 - виброграмма отфильтрованного сигнала, на фиг.4 - спектр отфильтрованного сигнала, на фиг.5 - огибающая отфильтрованного сигнала, на фиг.6 - спектр огибающей, на фиг.7 - положение минимумов огибающей и на фиг.8 - положение глобальных минимумов огибающей отфильтрованного сигнала.

Заявляемый способ спектральной вибродиагностики нагруженности зубьев прямозубых передач реализован при обработке результатов испытаний автогрейдера ГС-14.02. В процессе проведения испытаний снимались параметры вибраций с корпуса балансира, содержащего прямозубую цилиндрическую передачу, в виде регистрации виброускорений корпуса. В качестве чувствительного элемента для измерения величины виброускорений использовался акселерометр типа 4332 фирмы "Брюль и Кьер". Сигнал, пропорциональный ускорению, через согласующий усилитель и плату интерфейса L-330 фирмы "L-card" дискретизировался с частотой f_g=62,5 кГц и записывался в цифровой форме в файл данных на жесткий диск ЭВМ. Дальнейшая обработка цифровых данных осуществлялась в среде Matlab. В результате чтения файла построена виброграмма исходного сигнала (Фиг.1). Далее выполнялось вычисление среднего значения виброускорений, удаление постоянной составляющей сигнала и определение спектра исходного сигнала (Фиг.2). На спектре имеются максимумы в районе низких частот (20...600 Гц), средних (1200 Гц) и высоких (6100 Гц) частот. Причиной высокочастотных колебаний являются ударные процессы, возбуждающие свободные колебания корпусных элементов на собственных частотах. Путем фильтрации был выделен исходный сигнал колебаний корпуса, вызванных ударными нагрузками (Фиг.3), и определен спектр отфильтрованного сигнала (Фиг.4). Определение огибающей отфильтрованного сигнала проводилось с помощью преобразования Гильберта.

Огибающая A(t) сигнала x(t) имеет вид [Методическое и программное обеспечение автоматизированного эксперимента в динамике машин /М.Б.Левин, А.Б.Одуло, Д.Е.Розенберг и др. - М.: Наука, 1989, 294 с. (с.24)].

где - свертка x(t) и ¹/₂t, т.е. преобразование Гильберта. Полученная огибающая представлена на фиг.5.

Заявляемый способ спектральной диагностики нагруженности зубьев прямозубых передач отличается от прототипа тем, что исходный сигнал колебаний корпуса выделен путем полосовой фильтрации исходного сигнала. Фильтрация исходного сигнала выполнена с полосой 5900...6300 Гц. Обработка же огибающей отфильтрованного сигнала выполнена в изложенной ниже последовательности. Сглаживание полученной огибающей осуществлено методом усреднения по пяти значениям. Определен спектр огибающей (Фиг.6) и из анализа спектра определена основная частота f₀ огибающей.

Определено число N_П периодов (число ударов, число импульсов колебаний корпуса за время Т эксперимента) по формуле:

Вычислена производная огибающей методами численного дифференцирования и определено положение минимумов огибающей (Фиг.7). В память ЭВМ записан массив значений координат, определяющих положение минимумов огибающей. Выделены глобальные минимумы огибающей, разделяющие удары методом поиска положения минимума, ближайшего к ожидаемому, исходя из средней длительности периода.

Положение глобальных минимумов представлено на фиг.8. Сформированы массивы границ разделов и длительностей периодов между импульсами колебаний для автоматического расчета статистических характеристик параметров вибраций. Сформированы массивы энергии ударов в каждом периоде путем интегрирования колебательного процесса.

Далее по известным зависимостям определены необходимые статистические зависимости характеристик колебательного процесса.

Заявляемый способ спектральной вибродиагностики нагруженности зубьев прямозубых передач позволяет при испытаниях произвести обработку исходного сигнала колебаний корпуса диагностируемой зубчатой передачи мобильной машины, имеющей неравномерность хода, с использование численных методов обработки информации.