Определение пассивных и активных электрических параметров подшипников при функциональном диагностировании

УДК 620.179.1.082.7:658.58

М. Г. ЗАХАРОВ

M. G. ZAKHAROV

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАССИВНЫХ И АКТИВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОДШИПНИКОВ ПРИ ФУНКЦИОНАЛЬНОМ ДИАГНОСТИРОВАНИИ

DEFINITION OF PASSIVE AND ACTIVE ELECTRIC PARAMETERS OF BEARINGS AT FUNCTIONAL DIAGNOSING

Рассмотрено преобразование сигнала в цепи, состоящей из активного и пассивного двухполюсника, и являющейся схемой замещения зон трения подшипника, используемой при его функциональном диагностировании электропараметрическими методом. Приведены основные выражения позволяющие определить параметры схемы замещения, используемые в качестве первичных диагностических параметров. Представлен пример реализации метода при измерении тока, сделаны выводы.

Ключевые слова: подшипник, функциональное диагностирование, электропараметрический метод, схема замещения, диагностический сигнал.

Transformation of a signal to the circuits, consisting of the active both passive two-pole network, and by being equivalent circuit of zones of friction of the bearing, used is considered at his functional diagnosing electroparametrical a method. The basic expressions allowing are resulted to define the circuit parameters of replacement used as initial diagnostic parameters. The example of realization of a method is submitted at a current measurement, conclusions are made.

Key words: the bearing, functional diagnosing, an electroparametrical method, an equivalent circuit, a diagnostic signal.

Основной износ подшипников происходит в их зонах трения представляемых при реализации электропараметрических методов в виде схемы замещения, параметры элементов которой характеризуют техническое состояние опоры и используются в качестве диагностических [1].

Подшипниковая опора при функциональном диагностировании подобными методами включается в единый контур со средством диагностирования, создающим тестовое электрическое воздействие на объект исследования. Мгновенные значения тока в измерительном контуре носят случайные изменения, связанные с особенностями физических процессов, протекающих в зонах трения и характеризующихся параметрами схемы замещения.

Компромиссом между адекватностью, универсальностью и простотой определения параметров представляется схема замещения, состоящая из последовательно соединенного резистора и источника ЭДС. Проводимость резистора в зависимости от режима смазки характеризует либо контактное сопротивление зоны трения либо толщину слоев смазочного материала. ЭДС генерируемая подшипниковой опорой, также определяется режимом смазки или является результатом совместного действия всех внутренних источников и внешних помех. Таким образом, параметры резистора и источника ЭДС характеризуют физические процессы, происходящие в зоне трения опоры и определяющие её техническое состояние.

В качестве основных диагностических параметров, использует параметры проводимости резистора схемы замещения, а в качестве дополнительных – параметры напряжения источника ЭДС, но только в том случае, если действием внешних помех можно пренебречь. Однако источник ЭДС в любом случае создает погрешности измерения параметров активного сопротивления, что сказывается на результате диагностирования [2].

Тем не менее, совместное измерение параметров указанных элементов схемы замещения позволяет получить дополнительную информацию о процессах, протекающих в зонах терния рабочих поверхностей опор.

Подшипниковую опору включают в единый контур со средством диагностирования, создающим переменное тестовое электрическое воздействие на объект исследования. При этом выполняют измерения мгновенного значения тока (рисунок 1, а) протекающего в измерительном контуре или падения напряжения (рисунок 1, б) на его элементах при известных значениях тестового воздействия.

На рисунке 1 и далее приняты следующие обозначения: PF – схема замещения подшипниковой опоры; XA – токосъемное устройство; MD – средство диагностирования; G – проводимость, зависящая от внутреннего сопротивления rвн источника тестового воздействия Е и добавочного резистора Rд, ; Gpa(pv) – проводимость средства диагностирования зависящая от внутреннего сопротивления Rа(v) измерителя тока (напряжения) и соединительных проводников rпр, ; eo – ЭДС источника; roi, goi – мгновенное сопротивление и проводимость подшипниковой опоры соответственно,.

Основываясь на результатах измерений тока, составляют систему уравнений

результатом решения, которой является определение искомых параметров схемы замещения, характеризующие состояние зоны трения подшипниковой опоры

; ,

где Ei и Ei+1 – мгновенные значения ЭДС источника тестового воздействия при i-ом и i+1 измерении токов I­­i и I­­i+1 соответственно; g­­oi, eoi – квазимгновенное значение проводимости и ЭДС соответственно; i – порядковый номер измерения во времени, .

Выполнение условия позволяет определить goi в более простом виде:

.

При измерении напряжения система уравнений принимает вид

и ее решение позволяет определить параметры схемы замещения:

; .

Выполнение условия позволяет упростить выражения:

; .

Пример реализации математического моделирования предложенного метода измерения и преобразования диагностического сигнала, а также результат расчета диагностических параметров по предложенному алгоритму приведен на рисунке 2.

Сравнение исходного характера изменения проводимости и ЭДС подшипниковой опоры (рисунок 2, а) и полученного в результате реализации предложенного подхода (рисунок 2, д) позволяет утверждать, что они совпадают с точностью до погрешности усреднения.

Анализ метода определения квазимгновенных значений проводимости и ЭДС показывает, что в процессе измерения возникает составляющая погрешности, вызванная несоответствием значений проводимости и ЭДС в i-й и i+1 - й моменты времени измерения соответствующих токов или напряжений входящих в ранее приведенные выражения.

Представляя указанную составляющую погрешности в виде максимально допустимого относительного приращения измеряемых параметров можно указать на её связь с максимально допустимым временем усреднения

,

где ∆t – максимально допустимое усреднение по времени; – частота дискретизации; f – максимальная частота в спектре исследуемого сигнала.

Частота тестового воздействия с учетом погрешности выражается по формуле:

.

Очевидно, что увеличение частоты дискретизации приводит к снижению погрешности усреднения и наоборот. Однако более детальное рассмотрение указывает на то, что повышение частоты дискретизации целесообразно только до некоторого предельного значения, которое связано с выбором максимальной информационной частоты fmax в спектре диагностического сигнала. Частоты диагностического сигнала, для которых выполняется условие целесообразно отфильтровать для устранения дополнительных погрешностей связанных с преобразованием и обработкой дискретных сигналов.

Выводы

1 Разработанный метод позволяет определить квазимгновенные пассивные и активные параметры схемы замещения подшипниковой опоры, а именно проводимость (или сопротивление) и ЭДС, которые могут быть использованы в качестве диагностических параметров.

2 Совместное определение квазимгновенной проводимости и ЭДС подшипниковой опоры позволяет повысить достоверность диагностирования, что связано не только со снижением погрешности определения проводимости, но также и с получением дополнительной информации связанной с ЭДС генерируемой опорой.

3 В условиях значительных помех метод позволяет получить, по сравнению с другими методами, более достоверную информацию о проводимости зоны трения, что в свою очередь повышает качество диагностирования в производственных условиях.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Подмастерьев, методы комплексного диагностирования опор качения [Текст] / . – М.: Машиностроение-1, 2001. – 376 с.

2 Захаров диагностирования трибосистем электропараметрическими методами [Текст] / // ОрёлГТУ. – Серия Машиностроение. Приборостроение. – Орёл: ОрёлГТУ, 2006. – №1. – С. 46–50.

ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК», г. Орел

Доцент кафедры «Приборостроение, метрология и сертификация»

Тел. (48E-mail: *****@***ru