Диагностика строительных машин / Датчики средств диагностирования строительных машин / Глава 4.9
Датчики для измерения параметров вибрации
Вибрационные методы диагностирования агрегатов двигателя (цилиндропоршневой группы, кривошипно-шатунного механизма, механизма газораспределения и топливной аппаратуры) находят все большее распространение.
В используемой при этом аппаратуре применяют в основном пиброакселерометры, которые устанавливают в диагностической зоне механизма. С помощью акселерометров высокочастотные механические колебания и ударные импульсы преобразуются в электрический сигнал, при этом осуществляется частотное разделение сигналов полосовыми фильтрами (из общего уровня вибраций выделяется активная полоса, несущая максимальную информацию) и их фазовая (временная) селекция.
Вибро акселерометры работают в комплекте со специальной усилительно-преобразующей, анализирующей и регистрирующей аппаратурой. При этом важной особенностью является правильное согласование величины входного сопротивления входной емкости усилителя-преобразователя с нагрузочными характеристиками датчика и установление необходимого коэффициента.
Вибрационные колебания с определенными амплитудами и частотами в основном возникают от соударения (упругие ударные воздействия) сопрягаемых деталей при наличии между ними зазоров (например, при перекладке поршня с одной стороны гильзы на другую). Имеется несколько способов выделения информативного диагностического сигнала при вибрационном диагностировании. Самый простой способ - выделение общего уровня вибраций в диагностических дефектационных зонах двигателя. В этом случае для установления нормативных значений диагностического параметра необходимо знать математическое ожидание общего уровня вибраций для номинального и предельно изношенного состояний. Например, для номинального зазора в сопряжении гильза-поршень дизельного двигателя СМД-14 6 = 0,18-0,22 мм общий уровень вибраций соответствует.
Данный упрощенный вибрационный метод реализован в диагностическом приборе ЭМДП-2 и позволяет оценить техническое состояние цилиндропоршневой группы, тепловые зазоры в клапанном механизме (без снятия клапанной крышки головки блока), шатунных подшипников двигателя.
Более точный способ вибрационного диагностирования основан на использовании частотного и временного выделения (селекции) вибросигнала. Сущность этого способа состоит в том, что вибрационный сигнал имеет определенный спектр частот сложной формы, который можно представить в виде множества гармонических составляющих. Эти составляющие можно оценить, измерив амплитуду вибросигнала в узкой полосе частот. Частотное разделение сигналов осуществляется с помощью фильтров и из общего уровня вибраций выделяется активная полоса, несущая максимальную диагностическую информацию. С этой целью используют узкополосные третьеоктавные фильтры, которые позволяют повысить отношение «полезный сигнал - помеха» и уменьшить влияние других сопряжений двигателя на сигнал исследуемого сопряжения. Для выделения диагностического сигнала в различных узлах двигателя используют различные фильтры: для цилиндропоршневой группы фильтр с частотой 5 кГц, для форсунок-16 кГц, для определения угла опережения подачи топлива - 32 кГц при пьезоакселерометре типа Д14.
Помимо частотной селекции важно осуществлять и временную селекцию, так как соударения деталей в кинематических парах агрегатов двигателя происходят в различные моменты времени. С этой целью проводится стробирование вибросигнала по конкретному сопряжению относительно опорной точки (верхней мертвой точки) поршня первого цилиндра. Благодаря временной селекции практически исключается влияние цилиндропоршневой группы и механизма газораспределения на виброударные процессы в топливной аппаратуре и наоборот.
Вибрационный метод диагностирования с частотной и временной селекцией реализован в диагностической и прогнозирующей системе КИ-13940-ГОСНИТИ. Здесь используется датчик верхней мертвой точки - для получения опорного импульса; датчик синхронизации (пьезоакселерометр Д14 устанавливается на топливопроводе высокого давления дизельного двигателя) - для получения импульса, соответствующего моменту срабатывания механизма, фазы которого определяются; датчик измерительный Д14, который устанавливается в определенной точке дефектационной зоны механизма. В качестве диагностических параметров используются амплитуда и фаза вибросигнала.
Вибропреобразователи Д14, Д11, ПДУ-2 и ИС-313А имеют один и тот же принцип действия.
Вибропреобразователь пьезоэлектрический Д14 предназначен для преобразования механических колебаний в электрические сигналы, пропорциональные ускорению колеблющегося объекта, и используется совместно с виброизмерительными устройствами для измерения параметров вибрации в производственных условиях.
На основании вибропреобразователя имеется резьбовое отверстие М5 для крепления вибропреобразователя к объекту. Изоляторы 11 и 12 опрессованы втулкой 10, которая центрирует контакт 13. В нерабочем состоянии на вибропреобразователь навинчены колпачки 14 и 15, которые предохраняют присоединительные, резьбы от забоин и загрязнения. Основание и корпус вибропреобразователя изготовлены из титанового сплава ВТЗ-1.
Принцип работы вибропреобразователя основан на прямом пьезоэффекте. При воздействии механических колебаний вдоль продольной оси вибропреобразователя инерционная масса испытывает действие силы, при этом пьезоэлементы подвергаются деформации сжатия-растяжения. В результате этого на электродах пьезоэлементов возникают электрические заряды, прямо пропорциональные действующему ускорению.
Сравнительный анализ различных вибропреобразователей, используемых в средствах диагностирования, приведен.