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專利名稱：一種發(fā)動(dòng)機(jī)軸承故障檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)和檢測(cè)的技術(shù)領(lǐng)域，也涉及飛機(jī)及車輛上動(dòng)力裝置的輔助設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域。特別是涉及一種針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承使用的故障測(cè)試診斷儀。
背景技術(shù)：
航空發(fā)動(dòng)機(jī)必須定期大修。發(fā)動(dòng)機(jī)大修出廠前，每一臺(tái)均須通過操作者細(xì)聽軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)發(fā)出的聲音以判定其軸間軸承和轉(zhuǎn)子間軸承是否存在故障。由于人類聽覺的靈敏度和分辨率是有限的，而且存在著個(gè)體差異，這種由專業(yè)人員的聽覺來判斷軸承故障的方法，僅僅依據(jù)專業(yè)人員的工作經(jīng)驗(yàn)，其人為的因素顯然是很大的。實(shí)踐證明，即便是經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人員，彼此間也存在著聽力誤差，因而很容易造成判斷錯(cuò)誤，或是耽誤發(fā)動(dòng)機(jī)的修理時(shí)間，或是影響發(fā)動(dòng)機(jī)維修質(zhì)量和飛機(jī)飛行的安全。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是尋求一種科學(xué)、可靠和盡量減小人為誤差的發(fā)動(dòng)機(jī)軸承故障測(cè)試診斷方法，并在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)軸承故障檢測(cè)儀。
發(fā)明人通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)軸承運(yùn)行的長(zhǎng)期觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)軸承正常運(yùn)行時(shí)其振動(dòng)頻譜與發(fā)生故障時(shí)的振動(dòng)頻譜兩者有著明顯的區(qū)別。同一個(gè)軸承的不同時(shí)期，包括新安裝期、使用中期和使用后期等其振動(dòng)頻譜也有所差異。經(jīng)過對(duì)軸承上述振動(dòng)頻譜采集、對(duì)比和分析，并結(jié)合對(duì)軸承的結(jié)構(gòu)和缺陷的金相顯微分析，積累了大量的科學(xué)數(shù)據(jù)，從而總結(jié)出軸承結(jié)構(gòu)與其振動(dòng)頻譜之間關(guān)系的科學(xué)規(guī)律。
在上述軸承故障測(cè)試診斷方法構(gòu)思的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)和制造的發(fā)動(dòng)機(jī)軸承故障檢測(cè)儀，其特征在于它由振動(dòng)傳感器、振動(dòng)信號(hào)放大器、矢量濾波器、多路開關(guān)及A/D轉(zhuǎn)換裝置、頻譜分析和微機(jī)處理系統(tǒng)等主要部件組成。振動(dòng)傳感器可以是位移傳感器或者速度傳感器，也可以是加速度傳感器。
與裝置相適應(yīng)，本實(shí)用新型還提供了供軸承故障檢測(cè)用計(jì)算機(jī)軟件，其程序主要包括有1、讀入傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)。
2、與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)(即常態(tài)數(shù)據(jù))進(jìn)行比較，相符則認(rèn)定軸承狀態(tài)正常，并直接輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)；不相符則進(jìn)入下一程序。
3、重新測(cè)量，讀入傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)。
4、與常態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行第二次比較。相符則再一次進(jìn)行測(cè)量并讀入傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)與常態(tài)數(shù)據(jù)第三次進(jìn)行比較，第三次比較相符則方可認(rèn)定軸承狀態(tài)正常并輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)；第二次比較不相符則進(jìn)入下一程序。
5、輸入專家系統(tǒng)，判斷軸承故障。
6、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
7、打印結(jié)果，結(jié)束。
本實(shí)用新型所提供的發(fā)動(dòng)機(jī)軸承故障檢測(cè)儀，根據(jù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)軸承振動(dòng)特征的研究，對(duì)軸承的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析、將缺陷軸承的振動(dòng)特征與缺陷的結(jié)構(gòu)分析和檢測(cè)結(jié)合起來，從而準(zhǔn)確判斷出軸承是否完好，是否有出現(xiàn)缺陷的趨勢(shì)。可以免受檢測(cè)過程中外界因素的干擾和減小了人為誤差，具有科學(xué)分析、判斷準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單、使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)的檢修過程中發(fā)揮極為顯著的良好效果。


圖1是本實(shí)用新型的故障檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)原理圖即結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實(shí)用新型的故障檢測(cè)計(jì)算機(jī)程序指令邏輯框圖；圖3是本實(shí)用新型的實(shí)際使用時(shí)的操作程序圖；圖4和圖5分別作為本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施方式
——航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承故障檢測(cè)儀的電路布局圖和電路圖；圖6是發(fā)動(dòng)機(jī)軸承(又稱設(shè)備)故障診斷儀的測(cè)試系統(tǒng)主界面圖；圖7是檢測(cè)儀設(shè)備管理操作界面圖；圖8是檢測(cè)儀參數(shù)設(shè)置界面圖；圖9是檢測(cè)儀時(shí)域分析界面圖；圖10是檢測(cè)儀頻域分析界面圖；圖11是檢測(cè)儀相關(guān)分析界面圖；圖12是檢測(cè)儀數(shù)據(jù)回放界面圖；圖13是檢測(cè)儀趨勢(shì)分析界面圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合說明書附圖來進(jìn)一步地闡述本實(shí)用新型的內(nèi)容。包括(1)發(fā)動(dòng)機(jī)軸承故障檢測(cè)儀和(2)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試和診斷用的計(jì)算機(jī)處理程序。我們?cè)跀⑹霰緦?shí)用新型的具體實(shí)施方式
時(shí)，將重點(diǎn)敘述(1)發(fā)動(dòng)機(jī)軸承故障檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)和(2)使用該檢測(cè)儀對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)軸承故障進(jìn)行測(cè)試診斷的實(shí)際操作過程。事實(shí)上，通過操作過程的敘述自然也就對(duì)本實(shí)用新型的軸承故障檢測(cè)儀有更清楚的了解。
本實(shí)用新型由硬件和軟件兩大部分組成。硬件系統(tǒng)可由嵌入式計(jì)算機(jī)(工業(yè)控制計(jì)算機(jī))、觸摸屏、采集板、傳感器等部件組成。軟件系統(tǒng)由Visual Basic語言進(jìn)行開發(fā)，用Access進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，頻譜分析系統(tǒng)采用LabView語言編寫，具有強(qiáng)大的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析功能。本實(shí)用新型構(gòu)思具有獨(dú)創(chuàng)性的；然而從總體構(gòu)思出發(fā)，檢測(cè)儀在結(jié)構(gòu)上則是組合各種已有的先進(jìn)技術(shù)而設(shè)計(jì)制造出來的，故這一部分可以認(rèn)定為一種組合實(shí)用新型。
發(fā)動(dòng)機(jī)軸承故障檢測(cè)儀系將振動(dòng)測(cè)量、數(shù)據(jù)采集與控制、振動(dòng)頻譜分析、數(shù)據(jù)庫(kù)(包括專家系統(tǒng))和外部設(shè)備等多項(xiàng)已知先進(jìn)技術(shù)和部件有機(jī)地結(jié)合在一起制成的，它具備振動(dòng)數(shù)據(jù)采集、判斷分析、趨勢(shì)分析、數(shù)據(jù)管理等功能。下面就分別地將上述各項(xiàng)技術(shù)予以公開，重點(diǎn)是數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)和振動(dòng)頻譜分析系統(tǒng)。
(一)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)依序由傳感器、電荷放大器、矢量濾波器等部體構(gòu)成并通過A/D轉(zhuǎn)換器與振動(dòng)頻譜分析系統(tǒng)相連接。
傳感器配置有位移傳感器、速度傳感器和加速度傳感器三種，可供測(cè)試者根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要選擇。當(dāng)選擇用加速度傳感器時(shí)，不加積分即為加速度信號(hào)，一次積分為速度信號(hào)，二次積分為位移信號(hào)；如選擇速度傳感器時(shí)，則積分一次即為位移信號(hào)。
分析頻率范圍的100Hz到50KHz，頻譜譜線數(shù)為100～3200，對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)數(shù)應(yīng)為采樣點(diǎn)數(shù)＝2.56×譜線數(shù)。
放大器分為自動(dòng)放大和固定放大兩種選擇，其中固定放大倍數(shù)包括±1、±2、±4、±16、±32、±64、±128和±256等16檔次。當(dāng)所測(cè)的信號(hào)幅值穩(wěn)定時(shí)，宜采用自動(dòng)放大，當(dāng)所測(cè)信號(hào)幅值不穩(wěn)定時(shí)，宜采用固定倍數(shù)放大。
(二)振動(dòng)頻譜分析系統(tǒng)振動(dòng)頻譜分析系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。
硬件部分如圖4所示包括嵌入式主機(jī)系統(tǒng)，可以采用研祥系列工控用主機(jī)板如CHA21172研祥嵌入式主機(jī)板。板上有集成低功耗AV1300MHzCPU、一個(gè)144PINSDRM插槽，安裝128MSDRM內(nèi)存(最大支持128MSDRM內(nèi)存)。系統(tǒng)芯片采用VT8606系列系統(tǒng)芯片。BIOS采用Award ACPI BIOS，SSD板上集成Compact Flash插座支持CF/SM卡。LAN采用Intel82559網(wǎng)絡(luò)芯片，支持10/100M以太網(wǎng)絡(luò)。IO接口提供一個(gè)并口(LPT)，兩個(gè)串口(RS-232)，兩個(gè)USB口，一個(gè)鍵盤鼠標(biāo)接口(KB/PS)。顯示系統(tǒng)采用S3Savage顯示芯片，支持普通顯示器(CRT)和液晶顯示器(LCD)顯示輸出。
軟件部分可以安裝Windows98操作系統(tǒng)(目前使用較為方便)，也可以選用其它操作系統(tǒng)。分析軟件分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分。下位機(jī)安裝在嵌入式便攜檢測(cè)儀中，主要用于現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試和簡(jiǎn)單分析；上位機(jī)安裝于筆記本電腦或者臺(tái)式機(jī)中，用于對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行全面詳盡的分析，觀察和打印輸出。
用本實(shí)用新型的發(fā)動(dòng)機(jī)軸承故障檢測(cè)儀對(duì)軸承進(jìn)行測(cè)試診斷時(shí)(如圖3所示)，可按下述步驟進(jìn)行(1)啟動(dòng)儀器、選擇測(cè)點(diǎn)。
啟動(dòng)儀器，此時(shí)顯示器將顯示出測(cè)試儀的主界面(見圖6)。主界面顯現(xiàn)四大功能模塊設(shè)備管理、數(shù)據(jù)采集、趨勢(shì)分析和數(shù)據(jù)回放。測(cè)試者可以點(diǎn)擊窗體上的按鈕在各功能塊之間切換或退出系統(tǒng)。
在進(jìn)行故障診斷時(shí)，可能對(duì)多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，也可能對(duì)一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)或多個(gè)測(cè)點(diǎn)(軸承)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)又可能有大量的數(shù)據(jù)需要采集、分析。此時(shí)點(diǎn)擊主界面上的設(shè)備管理模塊，測(cè)試儀顯示器上出現(xiàn)設(shè)備管理操作界面(見圖7)。
按操作界面要求，輸入設(shè)備(發(fā)動(dòng)機(jī))信息，如發(fā)動(dòng)機(jī)名稱、編號(hào)及軸承測(cè)點(diǎn)名稱、位置等信息。在軸承的確定部位上安裝所選定的傳感器，設(shè)定傳感器靈敏度、振動(dòng)信號(hào)類別等參數(shù)。
啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，開始測(cè)試工作。
(2)采集數(shù)據(jù)，對(duì)比分析。
在采集數(shù)據(jù)之前，必須確認(rèn)采集類型和采集模式。設(shè)定好參數(shù)后，單擊“開始”鍵，顯示器上顯現(xiàn)參數(shù)設(shè)置界面(見圖8)。
采集參數(shù)設(shè)置界面共有11個(gè)功能模塊，分別是傳感器選擇、分析頻率、高通設(shè)置、抗混濾波、通道數(shù)、采樣點(diǎn)數(shù)、積分設(shè)置、觸發(fā)源、量程選擇(即放大倍數(shù)選擇)、確定和取消功能等。
采集數(shù)據(jù)時(shí)，一定要保證系統(tǒng)時(shí)間正確無誤。
當(dāng)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析時(shí)，檢測(cè)儀設(shè)置三個(gè)以上的操作界面時(shí)域分析(見圖9)、頻域分析(圖10)、相關(guān)分析(圖11)。采用多頁框形式的界面，可以方便地在三種分析之間相互切換。
輸入采集的測(cè)試數(shù)據(jù)同標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，在各界面上可清晰的顯示出來，也可方便地進(jìn)入步驟(4)打印出來。
(3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，重復(fù)分析。
所采集的數(shù)據(jù)同標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)波形相符，則可認(rèn)定軸承無故障；如波形不相符，由按圖2的程序必須重新測(cè)量，與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)波形再次進(jìn)行比對(duì)分析。
此時(shí)，只須重復(fù)上述步驟，直到按程序最終確定軸承狀態(tài)是否正常和判斷出故障性質(zhì)。
(4)數(shù)據(jù)回放，打印輸出。
數(shù)據(jù)回放可調(diào)用用戶存儲(chǔ)的采集數(shù)據(jù)及波形，提供數(shù)據(jù)和波形回放，回放提供查詢、分析、打印功能。
數(shù)據(jù)回放其具體界面如圖12所示。數(shù)據(jù)回放提供四種查詢方式按設(shè)備名稱、按設(shè)備編號(hào)、按測(cè)點(diǎn)名稱、查詢?nèi)啃畔ⅰＯ冗x擇查詢條件，再輸入查詢內(nèi)容。單擊“查詢”按鈕，要查找的數(shù)據(jù)便會(huì)在信息列表中列出。
如需對(duì)測(cè)試軸承進(jìn)行趨勢(shì)分析，先利用查詢功能查找所要查看的數(shù)據(jù)，再輸入查詢內(nèi)容。從上述表中選出要分析界面(見圖13)，并會(huì)自動(dòng)地把同列表中被選中測(cè)點(diǎn)相同的所有測(cè)點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)列出來。然后選擇分析條件，包括峰值、有效值、1倍頻、2倍頻和3倍頻，單擊“開始分析”按鈕，顯示出趨勢(shì)分析圖來。
當(dāng)要打印輸出波形時(shí)，需先行確認(rèn)要打印的波形，請(qǐng)從列表中選中數(shù)據(jù)(被選中的數(shù)據(jù)呈高亮顯示)，然后單擊“顯示波形”按鈕，待在屏幕下面顯示出對(duì)應(yīng)的波形被確認(rèn)后，再點(diǎn)擊“打印”按鈕打印波形。
(5)退出系統(tǒng)，關(guān)閉儀器當(dāng)檢測(cè)完畢后，即可退出系統(tǒng)，關(guān)閉儀器。此時(shí)可以清理好所安裝的各種傳感器，以備下次使用。
本實(shí)用新型所提供的發(fā)動(dòng)機(jī)軸承故障檢測(cè)儀在實(shí)際使用中極為有效。在本公司航空發(fā)動(dòng)機(jī)的檢修車間里，由于使用了本實(shí)用新型的技術(shù)，排除了外界環(huán)境和人為因素的影響，迅速準(zhǔn)確地得出檢測(cè)結(jié)果，解決了長(zhǎng)期困繞著本公司(包括本技術(shù)領(lǐng)域)的一個(gè)技術(shù)難題，取得了人們意想不到的技術(shù)效果，從而也給本公司帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)軸承故障檢測(cè)儀，其特征在于該裝置由振動(dòng)傳感器、振動(dòng)信號(hào)放大器、矢量濾波器、多路開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換裝置、振動(dòng)頻譜分析和微機(jī)處理系統(tǒng)組成，振動(dòng)傳感器、振動(dòng)信號(hào)放大器、矢量濾波器通過A/D轉(zhuǎn)換器與振動(dòng)頻譜分析系統(tǒng)相連接，振動(dòng)頻譜分析系統(tǒng)由嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及嵌入其中的振動(dòng)頻譜分析程序構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型設(shè)計(jì)和制造出一種發(fā)動(dòng)機(jī)軸承故障檢測(cè)儀，其特征是它由振動(dòng)傳感器、振動(dòng)信號(hào)放大器、矢量濾波器、多路開關(guān)及A/D轉(zhuǎn)換裝置、頻譜分析和微機(jī)處理系統(tǒng)等主要部件組成，其中微機(jī)內(nèi)安有專供軸承故障檢測(cè)用的計(jì)算機(jī)軟件。在微機(jī)顯示器上還設(shè)計(jì)有11個(gè)操作界面，可供檢測(cè)人員方便地使用。本實(shí)用新型的檢測(cè)儀在實(shí)際使用中極為有效，它排除了外界環(huán)境和人為因素的影響，迅速準(zhǔn)確地得出檢測(cè)結(jié)果。由于它解決了長(zhǎng)期困繞著本技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)技術(shù)難題，不僅給本公司帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益，且具有極大的推廣價(jià)值。
文檔編號(hào)G01M15/00GK2814375SQ20052008919
公開日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2005年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月2日
發(fā)明者于文懷, 李樹會(huì), 隋雪冰, 李瑞民 申請(qǐng)人:沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司