способ диагностики подшипника качения

Формула изобретения

СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ПОДШИПНИКА КАЧЕНИЯ, включающий измерение параметров состояния элементов подшипника при работе, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности диагностирования, обнаружения моментов возникновения дефектов и их развития по времени, останова подшипника без его внешнего разрушения, в контролируемой зоне подшипника накладывают внешнее постоянное локальное магнитное поле, при этом силовые линии поля направляют вдоль направления действия нагрузки, воспринимаемой подшипником, на контролируемых поверхностях элементов подшипника создают вихревые электрические токи путем вращения подшипника в постоянном внешнем магнитном поле, непрерывно измеряют сигналы электродвижущей силы индукции вторичного переменного магнитного поля, создаваемого вихревыми электрическими токами, сравнивают форму и амплитуду измеренных сигналов электродвижущей силы индукции с формой и амплитудой сигналов электродвижущей силы индукции, соответствующих исправному состоянию подшипника, и по степени отличия сравниваемых сигналов судят о моменте возникновения дефектов, развитии их по времени и о необходимости своевременного безаварийного останова подшипника качения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к разработке способов диагностики подшипников качения и может использоваться при диагностировании подшипников качения непосредственно в условиях динамической работы подшипников.

Известен способ диагностирования подшипника качения, в котором осуществляют диагностирование подшипника в процессе динамической работы его путем подачи напряжения к валу и наружному кольцу подшипника [1] .

Недостаток этого известного способа диагностирования подшипника - малая достоверность диагностирования, так как подача напряжения в условиях изделия, когда на валу помимо подшипника монтируются, например, диски турбин и т. п. , ведет к искажению измерений параметров состояния элементов работающего подшипника.

Известен способ диагностирования подшипника качения, включающий измерение параметров состояния элементов работающего подшипника путем измерения ускорений механических колебаний [2] .

Недостаток прототипа - малая надежность диагностирования, так как выделение искомых сигналов из суммарного сигнала виброускорений работающего изделия не дает однозначной картины характера и степени механических дефектов элементов подшипника, а также местоположения дефектов в подшипнике.

Целью изобретения является повышение надежности диагностирования, обнаружение моментов возникновения дефектов и их развитие по времени, останов подшипника без его внешнего разрушения.

Это достигается тем, что в известном способе диагностики подшипника качения, включающем измерение параметров состояния элементов работающего подшипника, накладывают в контролируемой зоне подшипника внешнее постоянное локальное магнитное поле, направляют при этом силовые линии поля вдоль направления действия нагрузки, воспринимаемой подшипником, создают на контролируемых поверхностях элементов подшипника вихревые электрические токи путем вращения подшипника в постоянном внешнем магнитном поле, непрерывно измеряют сигналы электродвижущей силы индукции вторичного переменного магнитного поля, созданного вихревыми электрическими токами, сравнивают форму и амплитуду измеренных сигналов электродвижущей силы индукции с формой и амплитудой сигналов электродвижущей силы индукции, соответствующих исправному состоянию подшипника, и по степени отличия сравниваемых сигналов судят о моменте возникновения дефектов, развития их по времени и о необходимости своевременного безаварийного останова подшипника качения.

Осуществление предложенного способа диагностики подшипника качения иллюстрируется на одном из возможных вариантов его исполнения, показанного на прилагаемом чертеже.

На фиг. 1 представлена физическая картина реализации способа диагностирования, где объектом диагностирования выбран в качестве примера радиальный подшипник качения; на фиг. 2 - характерные сигналы электродвижущей силы индукции при исправном состоянии подшипника; - 22. на фиг. 3 - сигналы электродвижущей силы индукции для подшипника, имеющего механический дефект. - 23.

На чертеже введены обозначения: 1 - подшипник качения; 2 - контролируемая зона подшипника; 3 - внешнее постоянное локальное магнитное поле; 4 - силовые линии внешнего постоянного локального магнитного поля; 5 - направление действия нагрузки, воспринимаемой подшипником; 6 - внутреннее кольцо подшипника; 7 - шарик подшипника; 8 - наружное кольцо подшипника; 9 - сепаратор подшипника; 10 - вихревые электрические токи на поверхностях и в теле шарика; 11 - вихревые электрические токи на поверхностях дорожки качения и в теле внутреннего кольца; 12 - вихревые электрические токи на поверхностях дорожки качения и в теле наружного кольца; 13 - направления вращения подшипника; 14 - вал подшипника; 15 - сигналы электродвижущей силы индукции; 16 - силовые линии вторичного переменного магнитного поля; 17 - первичный преобразователь сигналов электродвижущей силы индукции; 18 - телеметрическая измерительная цепь; 19 - регистратор сигналов электродвижущей силы индукции; 20 - анализатор сигналов электродвижущей силы индукции во временной и частотной областях, 21 - силовые линии внешнего постоянного локального магнитного поля, замыкающие поле диполя вне пределов зоны контроля.

Способ диагностики подшипника качения осуществляют следующим образом.

Накладывают в контролируемой зоне 2 подшипника 1 внешнее постоянное локальное магнитное поле 3, направляют при этом силовые линии 4 вдоль направления действия нагрузки 5, воспринимаемой подшипником. Создают на контролируемых поверхностях элементов подшипника-шарика 7, наружного кольца подшипника 8, внутреннего кольца подшипника 6, сепаратора подшипника 9 вихревые электрические токи 10, 11, 12 путем вращения подшипника 13 на валу 14 в постоянном внешнем магнитном поле 3. Непрерывно измеряют сигналы электродвижущей силы индукции 15 вторичного переменного магнитного поля 16, созданного вихревыми токами в контролируемых конструктивных элементах подшипника качения - в шариках, на дорожках качения наружного и внутреннего колец и в сепараторе.

Сравнивают форму и амплитуду измеренных сигналов электродвижущей силы индукции с формой и амплитудой сигналов электродвижущей силы индукции, соответствующих исправному состоянию подшипника. По степени отличия сравниваемых сигналов судят о моменте возникновения дефектов, развития их по времени и о необходимости своевременного безаварийного останова подшипника качения.

Для обеспечения работоспособности способа используют первичный преобразователь сигналов электродвижущей силы индукции 17, подсоединяемый с помощью телеметрической измерительной цепи 18 к регистратору сигналов электродвижущей силы индукции 19 и анализатору этих сигналов 20, с помощью которых представляется возможным провести анализ во временной и частотной областях.

Поскольку используют для диагностики подшипников качения постоянное магнитное поле - поле диполя, то силовые линии, замыкающие поля диполя, целесообразно иметь вне зоны контроля.

На фиг. 2 чертежа показаны характерные сигналы ЭДС-индукции при исправном состоянии подшипника. Видны регулярные сигналы электродвижущей силы индукции, обусловленные динамической работой подшипника. Способ, как видно, позволяет надежно диагностировать каждый шарик, ячеистую структуру сепаратора, дорожки качения колец, рабочий процесс.

На фиг. 3 приведена ситуация с большей нагрузкой на подшипник, виден уровень нагрузки на подшипник, однако вид и амплитуда сигнала для одного контролируемого шарика изменились, так как шар приобрел механический дефект, видеоизменивший структуру вихревых токов и соответственно видоизменивший сигнал электродвижущей силы индукции.

Действительно, технологический процесс диагностики подшипника качения является непосредственным, поскольку за счет взаимодействия движущихся элементов подшипника с магнитным постоянным локальным полем диагностируются сигналы электродвижущей силы индукции с каждого контролируемого элемента за каждый оборот подшипника и по степени отличия вида и амплитуды сигналов измеренных и сигналов, соответствующих исправному состоянию подшипника, реализуется безаварийный останов подшипника, не приводящий к его внешнему разрушению.

Такой безаварийный останов реализуется за счет современной вычислительной техники и анализа сигналов электродвижущей силы индукции в рамках назначенных алгоритмов аварийной защиты подшипника.

В качестве примера исполнения способа рассмотрен технологический процесс диагностирования для радиального подшипника качения, а так же для радиально-упорных подшипников с несколькими рядами тел качения, подшипников, изготовленных из разных сталей, например, из нержавеющих.

Способ эффективен при диагностировании подшипников, работающих при больших скоростях, так как он способен зафиксировать возникновение дефектов и их развитие по времени, особенности рабочего процесса, в том числе зафиксировать степень и частоту ударов, вибраций, что в итоге даст возможность в процессе эксплуатации зафиксировать реальный ресурс подшипника и провести своевременный останов подшипника, способствуя безопасности работы и экологической безопасности.

Способ позволяет провести научные исследования с более глубоким анализом рабочего процесса в части уточнения эффективности эксплуатируемых подшипников в различных отраслях, в том числе и при экстремальных условиях, позволяет производить диагностирование с высокой достоверностью контроля, что обусловливает экономический эффект.

Экономический эффект достигается за счет уменьшения потерь, связанных с аварийными ситуациями, ложными выключениями подшипника из работы в составе изделия, повышением уровня научно-исследовательских работ в части создания рациональных средств диагностирования подшипников качения.

Изобретение может использоваться и при диагностировании подшипников скольжения, особенно при контроле рабочего процесса смазки, например, при нарушении смазки вихревые токи в парах скольжения приобретают иную структуру, что обусловит соответственно изменение уpовня и вида сигналов электродвижущей силы индукции, фиксируемое телеметрическим каналом контроля и анализа состояния элементов работающего подшипника. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1397766, кл. G 01 M 7/00, 1989.

2. Авторское свидетельство СССР N 783620, кл. G 01 M 13/04, 1980.