一種發(fā)動機(jī)軸承故障智能檢查儀的設(shè)計(jì)

李薇

摘要：主軸軸承是航空發(fā)動機(jī)的重要零件之一，它的運(yùn)行狀態(tài)直接影響著飛機(jī)的安全和飛行性能。為了實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動機(jī)手動轉(zhuǎn)子試車時(shí)的軸間和其他滾動軸承的故障檢測，本設(shè)備通過測量振動加速度有效值和監(jiān)聽耳機(jī)聲音來判斷軸承是否存在故障以及進(jìn)行故障定位。該設(shè)備還可擴(kuò)展應(yīng)用于燃汽輪機(jī)和其它機(jī)械手動轉(zhuǎn)子試車時(shí)的軸間和其它滾動軸承的振動檢測。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機(jī) 軸承 故障

中圖分類號：TH133 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）05-0000-00

在飛機(jī)發(fā)動機(jī)中，最關(guān)鍵的零部件之一是主軸軸承，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，主軸軸承故障占飛機(jī)機(jī)械故障的60%以上，因此，主軸軸承故障定期檢查和及時(shí)排除對飛機(jī)的性能和飛行安全有著直接影響，對提高飛機(jī)運(yùn)行的可靠性、降低維修費(fèi)用也起到重要作用。

發(fā)動機(jī)軸承故障檢查儀通過檢測和分析航空發(fā)動機(jī)手動轉(zhuǎn)子試車時(shí)的軸間和其他滾動軸承的振動值，結(jié)合監(jiān)聽耳機(jī)聲音的來判斷軸承是否存在故障以及進(jìn)行故障定位。

1 項(xiàng)目方案

發(fā)動機(jī)軸承故障檢查儀采用模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)分為5個模塊，即信號輸入模塊、信號調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示驅(qū)動模塊和電源模塊。在分別規(guī)定其相互間的接口信號及要求后，對5個模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，并按接口要求完成整個產(chǎn)品的整合與測試。其模塊結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 信號輸入模塊與信號調(diào)理模塊

信號輸入模塊實(shí)現(xiàn)振動信號的采集、放大與放大比例選擇，與信號調(diào)理模塊接口，并對信號按照用戶的選擇進(jìn)行調(diào)理。

信號放大器根據(jù)用戶選擇的“1：1”或“1：10”開關(guān)設(shè)定合適的放大倍數(shù)；濾波器的截止頻率可以通過編程來設(shè)定，這樣可以實(shí)現(xiàn)用戶對工作頻段的選擇；系統(tǒng)采用AD公司的AD736 有效值轉(zhuǎn)換器將振動加速度信號轉(zhuǎn)換成有效值信號；AD轉(zhuǎn)換器 采用AD公司的7822，用于將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸給處理模塊。

2.2 數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)頻率選擇按鈕選擇的頻段對濾波器的截止頻率進(jìn)行設(shè)定，同時(shí)發(fā)送控制信號給AD轉(zhuǎn)換器，接收AD轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)，進(jìn)行振動加速度有效值的百分比轉(zhuǎn)換后，發(fā)送控制信號給LED驅(qū)動電路。

2.3 顯示驅(qū)動模塊

該模塊根據(jù)數(shù)據(jù)處理模塊計(jì)算的結(jié)果點(diǎn)亮相對應(yīng)的發(fā)光二極管，用來表示振動加速度的有效值大小，同時(shí)驅(qū)動用來指示用戶所選擇頻段的發(fā)光二極管。該模塊還將調(diào)理和匹配后的振動信號輸出到耳機(jī)，供判斷故障使用。

由于需要驅(qū)動的發(fā)光二極管較多，設(shè)計(jì)對單片機(jī)的IO口進(jìn)行了擴(kuò)展，擴(kuò)展后驅(qū)動模塊可以滿足驅(qū)動發(fā)光二極管的需要。

2.4 電源模塊

電源模塊主要功能是在面板電源按鈕被按下后后，由按鈕控制芯片輸出使能信號，控制DC-DC轉(zhuǎn)換器開始工作，提供給電路+5V和-5V的穩(wěn)定電壓。當(dāng)面板電源按鈕再次按下后，按鈕控制芯片切斷DC-DC轉(zhuǎn)換器的工作。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件為單片機(jī)程序，采用C語言進(jìn)行設(shè)計(jì)，軟件的框圖如圖2所示。

4 測試情況

發(fā)動機(jī)軸承故障檢查儀測量數(shù)據(jù)見表1。

由表中數(shù)據(jù)可以看出，實(shí)測結(jié)果均與理論數(shù)值相符，該設(shè)備達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

發(fā)動機(jī)軸承故障檢查儀操作簡單、使用方便、性能穩(wěn)定，為發(fā)動機(jī)維護(hù)提供了可靠的保證，目前已應(yīng)用到了某型飛機(jī)發(fā)動機(jī)的軸承故障檢測中。該設(shè)備還可擴(kuò)展應(yīng)用于燃汽輪機(jī)和其它機(jī)械手動轉(zhuǎn)子試車時(shí)的軸間和其它滾動軸承的振動檢測。

參考文獻(xiàn)

[1]吉晨.《航空發(fā)動機(jī)軸承故障智能診斷方法研究》.北京化工大學(xué)，2014碩士論文，P4.