Датчик вибрации

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано при контроле машин и устройств роторного действия, например буксовых узлов, электрических машин, трубопроводов различного назначения. Датчик вибрации на основе виброакустического пьезоэлектрического преобразователя содержит твердосплавную иглу с протектором, демпфер и привод, например пневматический, связанный с последним удлинителем штока. Демпфер оборудован тремя втулками, посаженными одна на другую: первая связывает протектор со второй и выполнена из пластика, например полиамида, вторая металлическая и связана с третьей, выполненной также из пластика. Привод снабжен пневмораспределителем, присоединенным к пневмосети. В результате повышается технологичность в обеспечении акустического контакта с объектом контроля и увеличивается уровень виброизоляции акустического тракта прохождения контролируемых волн вибрации от объекта контроля к вибропреобразователю. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Датчик вибрации относится к железнодорожному транспорту и может быть использован при контроле машин и устройств роторного действия, например, буксовых узлов, электрических машин, трубопроводов различного назначения и др.

В нижеприведенном заявочном материале предпринята попытка рассмотреть суть изобретения на примере виброакустического контроля наиболее уязвимых по дефектообразованию элементов подвижного состава, в частности, комплекта подшипников с лабиринтным кольцом, помещенных в корпус буксового узла. Неисправности буксовых узлов являются одной из главных причин срыва графика движения поездов.

Предлагаемое решение является универсальным, так как может быть применено по своему назначению в различных областях техники, где широко используют роторные машины.

Известно, что дефектообразование, в частности, роликовых подшипников в сборе с буксовым узлом, может быть своевременно выявлено применением вибрационных методов и средств неразрушающего контроля в процессе ремонта или в эксплуатации, см., например, патенты РФ №1716354, №1742732, №1747938, где основной функциональной частью являются вибропреобразователи, для которых необходимый акустический контакт обеспечивают соединением их с объектом шпильками или магнитами.

Контроль буксовых узлов обычно проводят в ремонтных депо в сборе с колесными парами при их принудительном вращении. Но применение в поточном ремонта подвижного состава вибропреобразователей с таким соединением является не технологичным, так как приводит к потерям времени на остановы ремонтного конвейера. При этом источники вибрационных помех, не связанных с объектом контроля, при этом не устраняются.

Определенный прогресс в диагностике технического состояния буксовых узлов достигнут к настоящему времени применением пьезоэлектрических вибропреобразователей, например, типа ДН3-М1 или ВД06А. Отметим, что в паспорте производителя ООО НТФ «МИКРОНИКС» вибропреобразователь типа ВД06А обозначен как датчик вибрации (см. Приложение) В нем контролируемые вибрации преобразуют в электрические колебания непосредственно, и его выходной сигнал пропорционален виброускорению.

В предлагаемом изобретении датчик вибрации типа ВДО6А принят в качестве прототипа предлагаемого изобретения.

Он содержит усилитель, встроенный в корпус, который, кроме того, обеспечивает согласование высокого выходного сопротивления пьезоэлектрического преобразователя (ПЭП) с низким входным сопротивлением соединительного кабеля и потому увеличивает дальность размещения последнего от ПЭП.

Однако закрепление датчика вибрации - прототипа, например, на корпусе буксового узла в условиях поточного ремонта колесных пар, остается такой же нетехнологичной операцией, как и в устройствах - аналогах. При этом элементы конструкции датчика вибрации так или иначе остаются механически связанными с узлами пространственной рамы, где колесная пара фиксируется, и случайные, не связанные с объектом контроля вибрации от элементов рамы будут беспрепятственно проходить к датчику вибрации и возбуждать его вибропреобразователь. Устранения их мешающего влияния можно достичь постановкой протектора (болванки) между объектом контроля и вибропреобразователем с трансформацией свободной поверхности протектора в «игольчатую конфигурацию» и исключения любого контакта типа «металл - металл» на пути передачи (акустического тракта) упомянутых вибраций к вибропреобразователю. Это позволит уйти от завертывания шпилек непосредственно в объект контроля и оснастить датчик вибрации узлом демпфирования случайных помех от внешних источников вибраций.

Таким образом, целью изобретения является повышение технологичности и помехоустойчивости датчика вибрации.

Цель достигается тем, что датчик вибрации, содержащий вибропреобразователь, присоединенный к протектору, дополнен приводом, например, пневматическим, и демпфером, содержащим короткую, например, полиамидную, длинную металлическую и полиуретановую втулки, имеющие бурты, и твердосплавной иглой, выполненной в рабочей части конусообразной с углом в вершине примерно 90 градусов и запрессованной своей хвостовой цилиндрической частью осесимметрично в протектор, который, охваченный буртом в средней части, оперт через бурт короткой втулки на бурт длинной, причем зазоры между цилиндрическими смежными поверхностями протектора и короткой втулки, а также длинной и короткой втулками уплотнены первым и вторым резиновыми кольцами соответственно, при этом длинная втулка посажена в полиуретановую втулку с опорой нижним торцом последней на внешний бурт удлинителя штока, цилиндрическая оконечность которого, введенная во внутреннюю полость полиуретановой втулки, охватывает оконечность длинной втулки, и зазор между смежными поверхностями последней и оконечности удлинителя штока уплотнен третьим резиновым кольцом, при этом данный удлинитель на свободном конце жестко соединен со штоком пневмоцилиндра упомянутого привода и с платформой соосно, на последней диаметрально смонтированы две направляющие, помещенные в сверления, выполненные в корпусе пневмоцилиндра, который смонтирован торцом на основании, прикрепленном с помощью стоек к плите пространственной рамы.

Также

- рабочая часть твердосплавной иглы выполнена конусообразной с углом в вершине примерно 90 градусов;

- привод датчика вибрации снабжен пневмораспределителем, выполненным четырехканальным двухпозиционным с управлением от кнопки «Выкл» - «Вкл», при этом в первом ее положении штоковая полость пневмораспределителя и штоковая полость пневмоцилиндра сообщены с пневмосетью, а поршневая полость пневмоцилиндра с атмосферой, во втором положении - наоборот.

На фигуре показан чертеж датчика вибрации.

Датчик вибрации содержит вибропреобразователь 1, имеющий шпилечное соединение с протектором 2, твердосплавную иглу 3, выполненную в рабочей части конусообразной с углом в вершине примерно 90 градусов и запрессованную своей цилиндрической частью в охваченный буртом протектор 2, демпфер, состоящий из короткой полиамидной втулки 4, длинной металлической втулки 5 и полиуретановой втулки 6, а также уплотнительных первого 7 и второго 8 резиновых колец, размещенных в зазорах между сопряженными поверхностью хвостовой части протектора 2 и внутренней поверхностью короткой втулки 4, ее внешней поверхностью и поверхностью длинной втулки 5, а также состоящей из удлинителя штока 9, имеющего наружный бурт 10 на его цилиндрической поверхности, служащей опорой полиуретановой втулке 5. Протектор 2 и втулки 4, 5 и 6 снабжены буртами, которые создают опоры для сопряжений: протектора 2 с короткой втулкой 4, короткой втулки 4 с длинной втулкой 5 и последней с полиуретановой втулкой 6. Удлинитель штока 9 имеет внутреннюю полость, в которой размещена оконечность длинной втулки 5, при этом данный удлинитель 9 своей цилиндрической оконечностью посажен в полость полиуретановой втулки 6 (приблизительно на одну треть ее длины) между внутренней ее стенкой и наружной стенкой длинной втулки 5 с возможностью уплотнения зазора между их смежными поверхностями третьим резиновым кольцом 11. Охват концевой части длинной втулки 5 внутренней цилиндрической частью удлинителя штока 9 выполнен на длину, достаточную для размещения уплотняющего резинового кольца 11 и с возможностью углового поворота (смещения) в этом сечении оси удлинителя штока 9 относительно оси вибропреобразователя 1. Это позволяет устранить возможное защемление его корпуса внутренней стенкой длинной втулки 5 при поперечных деформациях датчика вибрации,

Упомянутый удлинитель 9 на другом конце жестко соединен со штоком 12 пневмоцилиндра 13 и соосно с платформой 14, на которой диаметрально, с возможностью устранения проворота последнего, закреплены две направляющие 15, помещенные в сверлениях 16, выполненные в корпусе пневмоцилиндра 13, закрепленного торцом на основании 17. Полость пневмоцилиндра 13 со стороны штока и поршня сообщена пневмоканалами 18 через фитинги 19 с пневморукавами 20, присоединенными к четырехканальному двухпозиционному пневмораспределителю 21, имеющему кнопку 22 с положениями «Выкл» и «Вкл». Последняя объединена с пневмосетью 23 через с регулятор давления 24 и клапан 25. Датчик вибрации своим основанием 17 с помощью стоек 26 смонтирован на плите 27 рамы с обеспечением достаточного зазора между твердосплавной иглой 3 и поверхностью объекта контроля 28. Работа датчика вибрации состоит в следующем.

Исходное состояние: колесная пара с буксовыми узлами, предварительно подкатанная по рельсовой колее, закреплена на контрольной позиции, оборудованной рамной конструкцией, датчик вибрации ориентирован вертикально с возможностью движения твердосплавной иглы 3 снизу - вверх, клапан 25 подачи сжатого воздуха закрыт, кнопка 22 установлена в положении «Выкл», шток 12 с поршнем занимает в полости пневмоцилиндра 13 нижнюю позицию с возможностью установления технологически необходимого зазора между твердосплавной иглой 3 и поверхностью корпуса буксового узла контроля 28.

Включают привод (на фигуре не показан) вращения колесной пары с буксовыми узлами 28, и включением клапана 25 подают сжатый воздух в пневмоцилиндр 13. Переводят кнопку 22 в положение «Вкл», поршневая полость последнего заполняется воздухом, и шток 12 поршня вместе с удлинителем штока 9 перемещается вверх (условно по фигуре). Протектор 2 с твердосплавной иглой 3 и вибропреобразователем 1 приближают к поверхности контролируемого буксового узла 28, заставляя данную иглу 3 войти с ним в механический контакт и «прошивая» возможный слой грязи, краски и других покрытий. Предварительно регулятором 24 подбирают значение давления (в пределах 2…3 Бар) в пневморукавах 20 с возможностью создания достаточной силы давления твердосплавной иглы 3 на металл корпуса буксового узла 28 с тем, чтобы, «сминая» микронеровности от шероховатости в «точке» их взаимодействия, образовать «гладкую площадку» для акустического контакта и, следовательно, акустический тракт прохождения волн вибрации, возникающих при вращении колесной пары от элементов подшипников буксового узла 28 к вибропреобразователю 1. Последний, возбуждаясь, формирует на своем выходе электрический сигнал, поступающий через кабель 29 в измерительный блок (на фигуре не показан), в котором производят спектральный анализ результата контроля.

Виброизоляция датчика вибрации обеспечена узлом демпфирования: более 99% энергии поступивших в протектор 2 волн вибрации идет на возбуждение вибропреобразователя 1. Расчеты показывают, что коэффициент проникновения волн вибрации через граничный слой от протектора 2 к втулке 4 составляет менее 1% за счет резкого падения акустических сопротивления второго относительно первого. Проникновение в упомянутый акустический тракт вибрационных помех со стороны металлической длинной втулки 5 и полиуретановой втулки 6 от вибраций пространственной рамы, окружающего воздуха и других факторов так же исчезающе мало по тем же причинам. В итоге работу датчика вибрации можно охарактеризовать следующим образом: твердосплавная игла 3, играя роль чувствительного элемента, в полном «объеме» воспринимает волны вибрации, чему наилучшим образом способствует прямой угол при ее вершине; протектор 2, являясь основным звеном помехозащищенного акустического тракта, обеспечивает без потерь прохождение волн к корпусу вибропреобразователя 1, который, возбуждаясь, формирует электрический сигнал для обработки в измерительном блоке.

Работу датчика вибрации завершают в обратной последовательности: переводят кнопку 22 в положение «Выкл», в результате пневмораспределитель 21 соединяет поршневую полость пневмоцилиндра 13 с атмосферой, а штоковую - с пневмосетью, протектор 2 с твердосплавной иглой 3 и удлинителем штока 9 вместе с поршнем занимают исходное положение, клапан 25 отключают.

Технический эффект проявляется

1) в повышении технологичности обеспечения акустического контакта датчика вибрации с объектом контроля, в результате отпадает необходимость шпилечного соединения вибропреобразователя непосредственно с «телом» объекта контроля; соединение согласно настоящему изобретению реализовано «внутри» датчика вибрации;

2) в повышении уровня виброизоляции акустического тракта прохождения контролируемых волн вибрации от объекта контроля к вибропреобразователю.

1. Датчик вибрации, содержащий вибропреобразователь, присоединенный к протектору, дополнен приводом, например пневматическим, и демпфером, содержащим короткую, например полиамидную, длинную металлическую и полиуретановую втулки, имеющие бурты, и твердосплавной иглой, выполненной в рабочей части конусообразной с углом в вершине примерно 90 градусов и запрессованной своей хвостовой цилиндрической частью осесимметрично в протектор, который, охваченный буртом в средней части, оперт через бурт короткой втулки на бурт длинной втулки, причем зазоры между цилиндрическими смежными поверхностями протектора и короткой втулки, а также длинной и короткой втулками уплотнены первым и вторым резиновыми кольцами соответственно, при этом длинная втулка посажена в полиуретановую втулку с опорой нижним торцом последней на внешний бурт удлинителя штока, цилиндрическая оконечность которого, введенная во внутреннюю полость полиуретановой втулки, охватывает оконечность длинной втулки, и зазор между смежными поверхностями последней и оконечности удлинителя штока уплотнен третьим резиновым кольцом, при этом данный удлинитель на свободном конце жестко соединен со штоком пневмоцилиндра упомянутого привода и с платформой соосно, на последней диаметрально смонтированы две направляющие, помещенные в сверления, выполненные в корпусе пневмоцилиндра, который смонтирован на основании, прикрепленном с помощью стоек к плите пространственной рамы.

2. Датчик вибрации по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен пневмораспределителем четырехканальным двухпозиционным с управлением от кнопки «Выкл» и «Вкл», причем в первом ее положении штоковая полость пневмораспределителя и штоковая полость пневмоцилиндра сообщены с пневмосетью, а поршневая полость пневмоцилиндра - с атмосферой, во втором положении - наоборот.



 

Похожие патенты:

Использование: для оценивания состояния рессорного подвешивания тележек подвижного состава. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют контактное взаимодействие колес тележек с измерительным участком рельсового пути путем прогона подвижного состава по измерительному участку, регистрацию сигналов с тензорезисторов, установленных в зонах шейки рельса, измерительным устройством и обработку указанных сигналов, при этом выполняют прогон подвижного состава по участку искусственной неровности рельсового пути для инициирования колебаний вагонов на рессорном подвешивании, причем этом участок искусственной неровности располагают на рельсовом пути перед измерительным участком, либо частично или полностью совмещают с измерительным участком, а состояние рессорного подвешивания тележек оценивают по величине погонной динамической нагрузки, воздействующей на рельсовый путь от тележки, определяемой по определенному математическому выражению, и в случае превышения погонной динамической нагрузки фиксируется наличие перегрузки вагона или дефекта рессорного подвешивания тележки.

Изобретение относится к области диагностики рельсовых транспортных средств, в частности к стендам для диагностики тележек вагонов. Стенд содержит фундамент, подпружиненную опорную плиту, рельсы и опорные ролики.

Изобретение относится к области диагностики рельсовых транспортных средств и может быть использовано в научных целях при исследовании динамических свойств ходовых частей вагонов и локомотивов.

Изобретение относится к способу определения параметра колеса наблюдаемого железнодорожного транспортного средства. Усовершенствованный способ определения параметра колеса железнодорожного транспортного средства включает следующий этап: связанные с движением диагностические данные (4) по меньшей мере одного контрольного железнодорожного транспортного средства подают в блок оценки, причем диагностические данные (4) содержат связанные с движением свойства, от которых зависит параметр колеса контрольного железнодорожного транспортного средства.

Использование: для обнаружения дефектов колёс, а также для измерения воздействия подвижного состава на железнодорожный путь. Сущность изобретения заключается в том, что измерительный участок рельсового пути разделён на три участка «А», «В», «С», при этом на измерительных участках «А», «С» тензодатчики установлены на шейку рельса с обеих сторон оппозитно и попарно, образуя тензометрические блок-участки, расположенные в промежутках между шпалами, при этом тензодатчики установлены с шагом «а» от 308 до 418 мм, а шпалы на этих участках уложены с шагом «b» от 500 до 550 мм.

Изобретение относится к стенду для испытания колес и осей колесных пар и способу восстановления внутреннего диаметра кольца рельсоимитатора. В держателе и крышке держателя стенда для испытания колес и осей колесных пар, удерживающих кольцо рельсоимитатора, выполнен паз, обеспечивающий доступ режущего инструмента и сварочного оборудования к кольцу рельсоимитатора.

Изобретение относится к способу графической записи изменения напряженного состояния на поверхности деталей в процессе их эксплуатации с целью исследования прочностных свойств этих деталей.

Изобретение относится к устройству для измерения колесных пар рельсовых транспортных средств. Устройство (1) измерения колесных пар (2) рельсового транспортного средства предназначено для контроля колесных пар (2) рельсового транспортного средства, когда они установлены в рельсовом транспортном средстве, относительно эксплуатационной безопасности и сохранения предельных эксплуатационных размеров.

Изобретение предназначено для проведения лабораторных испытаний колесных пар рельсового подвижного состава для определения динамических и ресурсных характеристик, проведения приемочных испытаний.

Изобретение относится к способу непосредственного измерения степени износа реборды железнодорожного колеса при перемещении транспортного средства по криволинейному участку.

Изобретение относится к средствам контроля габаритов подвижных составов. Устройство включает П-образную раму (1), установленную над железнодорожным путем с размещенными на ней сканирующими лазерными дальномерами (2,3,4) со встроенными вычислителями, оптико-электронный датчик (5) начала состава и счета вагонов, телевизионные камеры оптико-электронных датчиков (6,7,8,9) распознавания и фиксирования номеров вагонов, телевизионную камеру (17) обзора крыш вагонов, лазерные дальномеры (12,13,15,16), ориентация в пространстве оптических осей которых соответствует линиям, ограничивающим предельные габариты вагонов, выходы которых через цифровые компараторы связаны со входами логического элемента «ИЛИ» (24), систему обработки данных (10), диспетчерский пульт (11), статоакустический сигнализатор (25), блоки (29,30) формирования аварийной и предупредительной информации на экране монитора (31), динамические весы (18) с вычислителем (27) поперечного смещения центра тяжести вагона.
Наверх