RU199665U1

RU199665U1 - Fault recorder of transmission elements

Info

Publication number: RU199665U1
Application number: RU2020109542U
Authority: RU
Inventors: Евгений Петрович Тимашов; Александр Геннадиевич Пастухов; Оксана Валентиновна Тимашова
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2020-09-14

Abstract

Полезная модель относится к встроенным диагностирующим системам транспортных и технологических машин. Задача изобретения – создание устройства для достоверного контроля скорости повышения температуры элементов трансмиссии. Новый технический результат заключается в обеспечении возможности контроля элементов механических трансмиссий путем непрерывного наблюдения за скоростью увеличения температуры. Технический результат достигается тем, что регистратор неисправности элементов трансмиссии включает фотоэлементы инфракрасного излучения, объектив, причем устройство содержит только два фотоэлемента инфракрасного излучения с разной скоростью изменения сопротивления, два резистора, которые включены в измерительный мост, последовательно, с одним из фотоэлементов соединен ограничивающий резистор, измерительная диагональ моста соединена со входом компаратора, выход которого соединен с управляющим электродом тиристора, в исполнительную цепь которого включен световой индикатор, все детали соединены на плате, закрепленной неподвижно в корпусе. .The utility model relates to built-in diagnostic systems for transport and technological machines. The objective of the invention is to create a device for reliable control of the rate of temperature rise of transmission elements. The new technical result consists in providing the ability to control the elements of mechanical transmissions by continuously monitoring the rate of temperature increase. The technical result is achieved by the fact that the transmission element malfunction recorder includes infrared photocells, a lens, and the device contains only two infrared photocells with different resistance change rates, two resistors that are included in the measuring bridge, a limiting resistor is connected in series with one of the photocells, the measuring diagonal of the bridge is connected to the input of the comparator, the output of which is connected to the control electrode of the thyristor, in the executive circuit of which the light indicator is included, all the parts are connected on the board fixed in the housing. ...

Description

Полезная модель относится к встроенным диагностирующим системам транспортных и технологических машин. Основная задача регистратора – бесконтактный контроль температуры элементов трансмиссии (подшипники, механические передачи, подвижные и шарнирные соединения, муфты, карданные шарниры и т.п), направленный на выявление возможных неисправностей, вызванных механическим изнашиванием.The utility model relates to built-in diagnostic systems for transport and technological machines. The main task of the recorder is non-contact temperature control of transmission elements (bearings, mechanical transmissions, movable and articulated joints, couplings, cardan joints, etc.), aimed at identifying possible malfunctions caused by mechanical wear.

Известно устройство индикации неисправностей подшипника выполненное таким образом, что при возникновении относительного движения между осью и кольцом подшипника устройство механическим способом информирует о возникновении неисправности [Пат. РФ 2425264]. Недостатком данного технического решения является невозможность непрерывного контроля подшипника в процессе эксплуатации машины.A known device for indicating bearing faults is made in such a way that when a relative movement occurs between the axle and the bearing ring, the device mechanically informs about the occurrence of a malfunction [US Pat. RF 2425264]. The disadvantage of this technical solution is the impossibility of continuous monitoring of the bearing during the operation of the machine.

Известен способ диагностики подшипников качения на основе анализа их вибрационных характеристик [Пат. РФ № 2209410]. Недостатком такого способа является необходимость осуществления механического контакта диагностического оборудования и подшипника.A known method for the diagnosis of rolling bearings based on the analysis of their vibration characteristics [US Pat. RF No. 2209410]. The disadvantage of this method is the need for mechanical contact between the diagnostic equipment and the bearing.

Известен способ обнаружения дефектов подшипников акустическим методом при эксплуатации техники за счет использования рупоров с микрофонами, датчиков присутствия колеса и процессора акустического сигнала [Пат. РФ № 2395421]. Недостатком данного способа является необходимость использования сложного оборудования.A known method of detecting bearing defects by an acoustic method during the operation of equipment through the use of horns with microphones, wheel presence sensors and an acoustic signal processor [US Pat. RF No. 2395421]. The disadvantage of this method is the need to use complex equipment.

Известно устройство для контроля критической температуры подшипников [Пат. РФ № 117620]. В данном устройстве механический индикатор удерживается от возможного перемещения посредством противовеса за счет магнитного поля от постоянного магнита. При нагреве контролируемого подшипника и постоянного магнита выше точки Кюри механический индикатор под действием противовеса перемещается, чем сигнализирует о превышении температуры. Недостатком данного способа является его неприменимость для диагностики подшипниковых узлов с несколькими осями вращения, например - карданных шарниров. Силы инерции, возникающие при движении датчика, не позволят обеспечить однозначное срабатывание механического индикатора, действие которого основано на постоянном направлении вектора силы тяжести.Known device for controlling the critical temperature of bearings [US Pat. RF No. 117620]. In this device, the mechanical indicator is kept from possible movement by means of a counterweight due to the magnetic field from a permanent magnet. When the controlled bearing and the permanent magnet are heated above the Curie point, the mechanical indicator moves under the action of the counterweight, which signals that the temperature is exceeded. The disadvantage of this method is its inapplicability for diagnostics of bearing assemblies with several axes of rotation, for example, cardan joints. The forces of inertia arising from the movement of the sensor will not allow the unambiguous operation of the mechanical indicator, the action of which is based on the constant direction of the gravity vector.

Известно устройство для контроля критической температуры нагрева подшипниковых узлов, содержащее датчик температуры в виде цилиндра с наружной резьбой, установленного в корпусе подшипникового узла, и блок отображения состояния температуры [Пат. РФ № 108610]. Датчик температуры выполнен из ферромагнитного сплава, вне корпуса подшипникового узла в зоне распространения магнитного потока датчика установлен регистратор изменения магнитного потока датчика температуры, соединенный с блоком отображения состояния температуры. Недостаток датчика – возможное влияние на величину магнитного потока находящихся поблизости ферромагнитных деталей, электрической проводки или электрических машин, что приведет к увеличению погрешности измерений.There is a known device for monitoring the critical temperature of heating of bearing assemblies, containing a temperature sensor in the form of a cylinder with an external thread installed in the housing of the bearing assembly, and a display unit for the temperature state [US Pat. RF No. 108610]. The temperature sensor is made of a ferromagnetic alloy; outside the bearing unit housing in the zone of the sensor magnetic flux propagation, a recorder of the temperature sensor magnetic flux change is installed, connected to the temperature state display unit. The disadvantage of the sensor is the possible influence on the magnitude of the magnetic flux of nearby ferromagnetic parts, electrical wiring or electrical machines, which will lead to an increase in the measurement error.

Известно устройство для определения температуры нагрева подшипников в буксах железнодорожных вагонов, содержащее датчик температуры, выполненный в виде термоэлектрического преобразователя из полупроводниковой нанопроволоки, на подложке которого смонтирован индикатор, состоящий из трех светодиодов с различным пороговым напряжением срабатывания [Пат. РФ № 107748]. Недостатком данного решения является тот факт, что термо ЭДС зависит не только от температуры нагрева, но и от температуры охлаждения – например температуры окружающего воздуха, неучтенного фактора, оказывающего влияние на точность результатов диагностирования.A device for determining the heating temperature of bearings in axle boxes of railway cars is known, containing a temperature sensor made in the form of a thermoelectric converter of a semiconductor nanowire, on the substrate of which an indicator is mounted, consisting of three LEDs with different threshold voltage [Pat. RF No. 107748]. The disadvantage of this solution is the fact that the thermo EMF depends not only on the heating temperature, but also on the cooling temperature - for example, the ambient temperature, an unaccounted factor that affects the accuracy of the diagnostic results.

Известен термоиндикатор для визуального определения критических температур нагрева работающих подшипников, содержащий термокраситель, по изменению цвета которого определяется достижение критического значения температуры подшипникового узла [Пат. РФ № 82841]. Недостатками данного способа являются невозможность визуального контроля изменения цвета термоиндиктора при наличии загрязнений на поверхностях подшипниковых узлов, а также возможное влияние на точность диагностирования температурных полей других агрегатов, сопряженных с карданным шарниром.Known thermal indicator for the visual determination of critical heating temperatures of operating bearings, containing a thermal dye, the color change of which determines the achievement of the critical temperature of the bearing assembly [US Pat. RF No. 82841]. The disadvantages of this method are the impossibility of visual control of the color change of the thermal indicator in the presence of contamination on the surfaces of the bearing assemblies, as well as the possible effect on the accuracy of diagnosing the temperature fields of other units coupled with the cardan joint.

Известен термоиндикатор [АС СССР № 100969], закрепляемый на механизме – объекте наблюдения, состоящий из биметаллической спирали с флажком. При увеличении температуры пластинка деформируется, а движение флажка сигнализирует о превышении допустимой температуры. Недостатком этого термоиндикатора является необходимость непосредственного крепления термоиндикатора к объекту наблюдения.Known thermal indicator [AS USSR No. 100969], fixed on the mechanism - the object of observation, consisting of a bimetallic spiral with a flag. As the temperature rises, the plate deforms, and the movement of the flag signals that the permissible temperature is exceeded. The disadvantage of this thermal indicator is the need to directly attach the thermal indicator to the object of observation.

Известен сигнализатор нагрева подшипникового узла [Пат. РФ № 8666], закрепленный на подшипниковом узле и состоящий из корпуса с подпружиненным стержнем, зафиксированным плавкой вставкой. При повышении температуры выше допустимой вставка расплавляется, и стержень выходит из корпуса, сигнализируя о неисправности подшипникового узла. Недостаток заключается в необходимости закрепления датчика на подшипниковом узле, а также контроль только единственно параметра – превышения допустимой температуры.Known warning device for heating the bearing assembly [US Pat. RF No. 8666], fixed on the bearing assembly and consisting of a housing with a spring-loaded rod, fixed by a fusible link. When the temperature rises above the permissible value, the insert melts, and the rod comes out of the housing, signaling a malfunction of the bearing assembly. The disadvantage lies in the need to fix the sensor on the bearing assembly, as well as to control only one parameter - exceeding the permissible temperature.

Известен термоиндикатор максимальной температуры [Пат. РФ № 96959], выполненный в виде болта с радиальными проточками, внутри которых находятся сплавы металлов с различной температурой плавления. Индикация максимальной температуры производится путем крепления термоиндикатора к объекту измерения и наблюдения за расплавлением металлических сплавов. Недостатками являются необходимости закрепления датчика на подшипниковом узле, контроль только единственно параметра – превышения допустимой температуры и невозможность дистанционного наблюдения.Known thermal indicator of the maximum temperature [US Pat. RF No. 96959], made in the form of a bolt with radial grooves, inside which there are metal alloys with different melting points. The maximum temperature is indicated by attaching the thermal indicator to the measurement object and observing the melting of metal alloys. The disadvantages are the need to fix the sensor on the bearing assembly, control of only one parameter - exceeding the permissible temperature and the impossibility of remote observation.

Известен способ регистрации наступления предельного состояния элементов механических трансмиссий, например, подшипниковых узлов карданного шарнира, заключающийся в периодическом контроле температуры и фиксации момента времени, характеризуемого значительным ростом его температуры [Методика ускоренных испытаний карданных передач сельскохозяйственных машин. Руководящий технический материал РТМ 23.2.74-79. - М.: ВИСХОМ, 1980. - 40 с.]. Основные недостатки способа – необходимость периодического контроля температуры и невозможность непрерывного и дистанционного измерения температуры.A known method of registering the onset of the limiting state of mechanical transmission elements, for example, cardan joint bearing assemblies, consisting in periodic temperature monitoring and fixing a time point characterized by a significant increase in its temperature [Method of accelerated testing of cardan transmissions of agricultural machines. Guiding technical material RTM 23.2.74-79. - M .: VISKHOM, 1980. - 40 p.]. The main disadvantages of this method are the need for periodic temperature control and the impossibility of continuous and remote temperature measurement.

Наиболее близким техническим решением является способ определения температуры, как показателя технического состояния подшипникового узла, на основе системы для считывания состояния компонента ходовой части транспортного средства [Пат. РФ № 2393441], которая включает в себя датчик, содержащий матрицу инфракрасных считывающих элементов, направленных на зону элемента подшипниковых узлов. Недостатком данного способа является невозможность контроля скорости повышения температуры подшипникового узла.The closest technical solution is a method for determining the temperature, as an indicator of the technical condition of the bearing assembly, based on a system for reading the state of a vehicle running gear component [US Pat. RF No. 2393441], which includes a sensor containing a matrix of infrared reading elements directed to the area of the element of the bearing assemblies. The disadvantage of this method is the inability to control the rate of temperature rise of the bearing assembly.

Задача изобретения – создание устройства для достоверного контроля скорости повышения температуры элементов трансмиссии.The objective of the invention is to create a device for reliable control of the rate of temperature rise of transmission elements.

Новый технический результат заключается в обеспечении возможности контроля элементов механических трансмиссий путем непрерывного наблюдения за скоростью увеличения температуры. The new technical result consists in providing the ability to control the elements of mechanical transmissions by continuously monitoring the rate of temperature increase.

Технический результат достигается тем, что регистратор неисправности элементов трансмиссии включает, фотоэлементы инфракрасного излучения, объектив, причем устройство содержит только два фотоэлемента инфракрасного излучения с разной скоростью изменения сопротивления, два резистора, которые включены в измерительный мост, последовательно, с одним из фотоэлементов соединен ограничивающий резистор, измерительная диагональ моста соединена с входом компаратора, выход которого соединен с управляющим электродом тиристора, в исполнительную цепь которого включен световой индикатор, все детали расположены на плате, закрепленной неподвижно в корпусе.The technical result is achieved by the fact that the transmission element malfunction recorder includes infrared photocells, a lens, moreover, the device contains only two infrared photocells with different rates of resistance change, two resistors, which are included in the measuring bridge, in series, a limiting resistor is connected to one of the photocells, the measuring diagonal of the bridge is connected to the input of the comparator, the output of which is connected to the control electrode of the thyristor, in the executive circuit of which the indicator light is on, all parts are located on a board fixedly fixed in the case.

Регистратор неисправности элементов трансмиссии состоит из объектива 1, направленного на контролируемый объект 2. В пространстве изображений объектива 1 установлены инфракрасные фотоэлементы 3 и 4, отличающиеся между собой скоростью изменения сопротивления. У фотоэлемента 4 скорость изменения сопротивления меньше, чем у фотоэлемента 3. Последовательно с фотоэлементом 4 установлен ограничивающий резистор 5. Фотоэлементы 3 и 4, ограничивающий резистор 5 и резисторы 6 и 7 образуют измерительный мост, диагональ питания которого подключена через контакты 8 и 9 к источнику питания (не показан). К измерительной диагонали моста подключен компаратор 10, выход которого соединен с управляющим электродом тиристора 11, в исполнительную цепь которого включен световой индикатор 12. Все детали устройства установлены и закреплены любым доступным способом в корпусе (не показан), а соединения деталей выполнены в соответствии с приведенной принципиальной схемой, например, методом печатного монтажа.The fault recorder of transmission elements consists of a lens 1 directed at the controlled object 2. In the image space of the lens 1, infrared photocells 3 and 4 are installed, differing in the rate of resistance change. Photocell 4 has a lower resistance change rate than photocell 3. A limiting resistor 5 is installed in series with photocell 4. Photocells 3 and 4, limiting resistor 5 and resistors 6 and 7 form a measuring bridge, the diagonal of which is connected through pins 8 and 9 to the source power supply (not shown). A comparator 10 is connected to the measuring diagonal of the bridge, the output of which is connected to the control electrode of the thyristor 11, in the executive circuit of which the light indicator 12 is included. All parts of the device are installed and fixed in any way possible in the housing (not shown), and the connections of the parts are made in accordance with the given circuit diagram, for example, by printed wiring.

Регистратор неисправности элементов трансмиссии работает следующим образом. Регистратор устанавливается бесконтактно относительно исследуемого объекта трансмиссии 2 так, чтобы объект был расположен в фокусе объектива 1, после чего производятся все необходимые электрические соединения. The fault recorder of transmission elements works as follows. The recorder is installed contactlessly with respect to the transmission object under study 2 so that the object is located in the focus of the lens 1, after which all the necessary electrical connections are made.

Инфракрасное излучение от тепловыделяющего контролируемого объекта трансмиссии 2 через объектив 1 поступает на фотоэлементы инфракрасного излучения 3 и 4, уменьшая их сопротивление, на датчик через контакты 8 и 9 подается питающее напряжение. Сопротивление элементов (3, 4, 5, 6, 7) измерительного моста подобрано таким образом, чтобы на входы компаратора 10 поступала разность напряжения, обеспечивающая на его выходе отсутствие напряжения или логический «0». Тиристор 11 закрыт, индикатор 12 не светится – датчик находится в режиме ожидания.Infrared radiation from the heat-generating controlled object of the transmission 2 through the lens 1 enters the infrared photocells 3 and 4, reducing their resistance, a supply voltage is supplied to the sensor through contacts 8 and 9. The resistance of the elements (3, 4, 5, 6, 7) of the measuring bridge is selected in such a way that a voltage difference arrives at the inputs of the comparator 10, providing no voltage at its output or a logical "0". Thyristor 11 is closed, indicator 12 is off - the sensor is in standby mode.

В случае интенсивного механического изнашивания (неисправности) контролируемого объекта 2 он начинает выделять большее количество теплоты и нагревается, что приводит к уменьшению сопротивления фотоэлементов инфракрасного излучения 3 и 4. Как только сопротивление фотоэлементов станет меньше сопротивления ограничительного резистора 5 равновесие моста изменится и на вход компаратора 10 попадет разница напряжений, обеспечивающая напряжение на его выходе (или логическую «1»). Тиристор 11 откроется, а индикатор 12 начнет светиться, сигнализируя о неисправности элементов трансмиссии. Сопротивление ограничительного резистора подобрано таким образом, чтобы датчик срабатывал на определенное пороговое значение температуры. Таким значением, например, может быть величина температуры отпуска стали (≈ 150 ºС).In the event of intense mechanical wear (malfunction) of the controlled object 2, it begins to emit more heat and heats up, which leads to a decrease in the resistance of infrared photocells 3 and 4. As soon as the resistance of the photocells becomes less than the resistance of the limiting resistor 5, the balance of the bridge will also change to the input of the comparator 10 will get a voltage difference, providing voltage at its output (or logic "1"). Thyristor 11 will open, and indicator 12 will light up, signaling a malfunction of the transmission elements. The resistance of the limiting resistor is selected so that the sensor is triggered at a certain temperature threshold. Such a value, for example, can be the value of the tempering temperature of steel (≈ 150 ºС).

Для исключения воздействия внешних температурных полей на исследуемый объект 2 регистратор позволяет контролировать не только достижение максимального значения температуры, но также и значительное увеличение скорости ее роста, что характеризует значительное увеличение выделения теплоты от неисправного элемента трансмиссии. При резком повышении температуры контролируемого объекта 2 сопротивление фотоэлемента 4 уменьшается медленнее, чем фотоэлемента 3, что приводит к разбалансировке измерительного моста. При этом на вход компаратора 10 попадет разница напряжений, обеспечивающая напряжение на его выходе (или логическую «1»). Тиристор 11 откроется, а индикатор 12 начнет светиться, сигнализируя о неисправности трансмиссии.To exclude the effect of external temperature fields on the investigated object 2, the recorder allows you to control not only the achievement of the maximum temperature value, but also a significant increase in its growth rate, which characterizes a significant increase in heat release from a faulty transmission element. When the temperature of the controlled object 2 rises sharply, the resistance of the photocell 4 decreases more slowly than the photocell 3, which leads to an imbalance of the measuring bridge. In this case, the voltage difference will get to the input of the comparator 10, providing the voltage at its output (or logical "1"). Thyristor 11 will open and indicator 12 will light up, signaling a transmission malfunction.

Предлагаемый регистратор неисправности трансмиссии, в отличие от прототипа [Пат. РФ № 2393441], обеспечивает контроль скорости увеличения температуры. Контроль скорости увеличения температуры происходит следующим образом. При резком повышении температуры контролируемого объекта 2 сопротивление фотоэлемента 4 уменьшается медленнее, чем фотоэлемента 3, что приводит к разбалансировке измерительного моста. При этом на вход компаратора 10 попадет разница напряжений, обеспечивающая напряжение на его выходе (или логическую «1»). Тиристор 11 откроется, а индикатор 12 начнет светиться, сигнализируя о неисправности трансмиссии.The proposed transmission malfunction recorder, in contrast to the prototype [US Pat. RF No. 2393441], provides control of the rate of increase in temperature. The rate of temperature increase is controlled as follows. When the temperature of the controlled object 2 rises sharply, the resistance of the photocell 4 decreases more slowly than that of the photocell 3, which leads to an imbalance of the measuring bridge. In this case, the voltage difference will get to the input of the comparator 10, providing the voltage at its output (or logical "1"). Thyristor 11 will open and indicator 12 will light up, signaling a transmission malfunction.

Применение регистратора позволяет осуществить бесконтактный и непрерывный контроль температуры элементов механических трансмиссий как средство обеспечения мониторинга неисправностей.The use of the recorder allows for non-contact and continuous monitoring of the temperature of mechanical transmission elements as a means of ensuring fault monitoring.

Claims

Регистратор неисправности элементов трансмиссии, включающий фотоэлементы инфракрасного излучения, объектив, отличающийся тем, что устройство включает только два фотоэлемента инфракрасного излучения с разной скоростью изменения сопротивления, два резистора, которые включены в измерительный мост, последовательно, с одним из фотоэлементов соединен ограничивающий резистор, измерительная диагональ моста соединена со входом компаратора, выход которого соединен с управляющим электродом тиристора, в исполнительную цепь которого включен световой индикатор, все детали соединены на плате, закрепленной неподвижно в корпусе. Fault recorder of transmission elements, including infrared photocells, lens, characterized in that the device includes only two photocells of infrared radiation with different rates of change in resistance, two resistors that are included in the measuring bridge, a limiting resistor is connected in series with one of the photocells, the measuring diagonal of the bridge is connected to the input of the comparator, the output of which is connected to the control electrode thyristor, in the executive circuit of which the light indicator is included, all parts are connected on a board fixed motionless in the case.