Способ испытания манжетных уплотнений
Владельцы патента RU 2761765:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет», (ДГТУ) (RU)
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля рабочих характеристик эластомерных уплотнений, например манжетных, широко применяемых в различных отраслях техники (машиностроении, автомобиле- и тракторостроении, авиации и т.д.). Сущность изобретения заключается в том, что способ испытания манжетных уплотнений включает получение токовых сигналов, пропорциональных величинам продольного смещения зоны контакта по валу и ширине этого контакта с помощью зондирующих электродов, установленных в пазу полого вала и контактирующих с рабочей поверхностью манжетного уплотнения, а сигналы, поступающие с электродов, усиливаются в усилителях и далее преобразуются в оптические сигналы, которые с вращающегося вала поступают в приемный блок, где приборами с зарядовой связью преобразуются в электрические аналоговые сигналы и после оцифровки в аналого-цифровом преобразователе анализируются с помощью электронно-вычислительной машины для получения результатов измерений. Технический результат заключается в повышении точности измерения за счет устранения помех в цепях передачи измерительной информации и позволяет измерять мгновенное значение ширины контакта манжетного уплотнения с валом, а также смещения контакта манжетного уплотнения вдоль вала одновременно и локально в нескольких точках по окружности вала, формировать графики зависимостей во времени ширины контакта и смещения манжетного уплотнения в заданных точках контакта с валом. 4 ил.
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля рабочих характеристик эластомерных уплотнений, например манжетных, широко применяемых в различных отраслях техники (машиностроении, автомобиле- и тракторостроении, авиации и т.д.).
Известно устройство для измерения ширины контакта манжетного уплотнения с валом (SU №504072 А1, G01B7/02, от 25.02.1976), которое состоит из имитатора вала, выполненного из непроводящего электрический ток материала, проводника электрического тока, укрепленного на цилиндрической части имитатора вала, двух электродов, электролитической ванны и омметра. Проводник выполнен в виде проволочной спирали, навитой с постоянным шагом на имитатор вала, и заглублен на половину диаметра проволоки, выступающая часть которой удалена заподлицо с поверхностью имитатора вала. Манжетное уплотнение разделяет электролитическую ванну на два самостоятельных объема, а в месте его контакта с имитатором вала изолирует часть проволоки от прямого контакта с жидким проводником. О ширине контакта манжетного уплотнения с валом судят по показаниях омметра, пропорциональным длине проволоки, закрываемой уплотнением.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является устройство для испытания манжетного уплотнения (SU №702204, F16 J15/32, от 05.12.1979), которое представляет собой корпус, заполненный электропроводящей жидкостью. В корпусе размещаются исследуемое и вспомогательное манжетное уплотнение, а также полый вал. В теле вала, уложены последовательно в ряд зондирующие электроды, которые своими торцами выведены на поверхность вала по линии, параллельной его образующей. Внутри полого вала размещается источник питания и измерительное устройство. Исследуемое манжетное уплотнение изолирует часть торцов зондирующих электродов от электропроводящей жидкости. По количеству зондирующих электродов, контактирующих с электропроводящей жидкостью, определяют ширину контакта манжетного уплотнения с валом.
Недостатками являются:
- недостаточная точность, обусловленная аналоговой обработкой измерительной информации, получаемой в дискретной форме;
- наличие помех, обусловленных щеточными контактами в цепях передачи измерительной информации,
- невозможно измерять мгновенное значение ширины контакта и смещения вдоль вала манжетного уплотнения одновременно и локально в нескольких точках по окружности вала,
- невозможность автоматически формировать графики зависимостей ширины или смещения контакта манжетного уплотнения вдоль вала одновременно в различных точках этого контакта от времени или частоты вращения вала.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в повышении точности измерения ширины контакта манжетного уплотнения с валом, устранение помех в цепях передачи измерительной информации, наличие возможности измерять мгновенное значение ширины контакта манжетного уплотнения с валом, а также смещения зоны контакта вдоль оси вала, одновременно и локально в нескольких точках по окружности вала и автоматически формировать графики зависимостей ширины или смещения контакта манжетного уплотнения с валом одновременно в различных точках этого контакта от времени или частоты вращения вала.
Сущность изобретения заключается в том, что способ испытания манжетных уплотнений, включающий получение токовых сигналов, пропорциональных величинам продольного смещения зоны контакта по валу и ширине этого контакта с помощью зондирующих электродов, установленных в пазу полого вала и контактирующих с рабочей поверхностью манжетного уплотнения, а сигналы, поступающие с электродов усиливаются в усилителях и далее преобразуются в оптические сигналы, которые с вращающегося вала поступают в приемный блок, где приборами с зарядовой связью преобразуются в электрические аналоговые сигналы и после оцифровки в аналого-цифровом преобразователе анализируются с помощью электронно-вычислительной машины для получения результатов измерений.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена электрическая структурная схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 показана конструкция измерительного блока устройства для реализации способа, на фиг. 3, 4 показаны варианты исполнения светодиодного индикаторного табло.
На фиг. 1 показаны следующие составляющие электрической структурной схемы: 1 - электродвигатель, 2 - измерительный блок, 3 - светодиодное индикаторное табло, 4 - объектив, 5 - матрица из приборов с зарядовой связью (ПЗС - матрица), 6 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП), 7 - схема управления, 8 - усилитель мощности (УМ), 9 - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), 10 - электронно-вычислительная машина (ЭВМ), 11 - регулируемый электропривод, 12 - приемный блок.
На фиг. 2 показаны следующие узлы и детали измерительного блока устройства: 13, 16 - ограничительные резисторы для ограничения тока через зондирующие электроды 29, 38; 14 - муфта для связи с электродвигателем 1; 15- блок питания для питания электронной схемы; 17 - полый вал для контакта с исследуемым манжетным уплотнением 24 и вспомогательными манжетными уплотнениями 21, 27; 18 - подшипник скольжения для фиксации полого вала 17 в корпусе 19; 19 - корпус для размещения в нем узлов и деталей измерительного блока; 20, 22, 25, 28 - установочные кольца для фиксации исследуемого манжетного уплотнения 24 и вспомогательных манжетных уплотнений 21, 27 в корпусе 19; 21, 27 - вспомогательные манжетные уплотнения для создания полостей под электропроводящую жидкость, 23, 26 - заливочные отверстия для заливки электропроводящей жидкости, 24 - исследуемое манжетное уплотнение, 29, 38 - зондирующие электроды; 30 - крышка корпуса; 31 - подшипник скольжения для фиксации полого вала 17 в крышке корпуса 30; 32, 33 - блоки электронных усилителей для усиления сигналов с зондирующих электродов 29, 38; 35 - маркерный светодиод для фиксации центра табло 37; 34, 36 - информационные светодиоды для передачи измерительной информации в приемный блок 12; 37 - информационное табло для размещения информационных светодиодов; Между вспомогательными манжетными уплотнениями 21, 27 и исследуемым уплотнением 24 залита электропроводящая жидкость.
На фиг. 3 показано светодиодное индикаторное табло для двух групп светодиодов.
На фиг. 4 показано светодиодное индикаторное табло для четырех групп светодиодов.
При работе устройства по предлагаемому способу сигнал с каждого зондирующего электрода проходит 4 стадии:
- преобразование электрического сигнала в оптический,
- передача оптического сигнала с вращающего вала в приемный блок,
- преобразование оптического сигнала в электрический сигнал,
- формирования измерительной информации.
Стадия преобразования электрического сигнала в оптический реализуется тем, что каждый зондирующий электрод подключен ко входу соответствующего электронного усилителя, а нагрузкой усилителя служит светодиод, размещенный на светодиодном индикаторном табло, прикрепленное к торцу вала.
Стадия передачи оптического сигнала с вращающего вала в приемный блок осуществляется путем передачи оптического сигнала от светодиодов, размещенных на световом табло, через объектив на ПЗС-матрицу.
Стадия преобразования оптического сигнала в электрический сигнал выполняется путем управления работой ПЗС-матрицы от ЭВМ через схему управления с дальнейшей передачей электрических сигналов от ПЗС-матрицы в АЦП, а затем в ЭВМ на обработку.
Стадия формирования измерительной информации осуществляется путем формирования базы данных измерительной информации в памяти ЭВМ с последующей обработкой этих данных по заданной программе в зависимости от целей исследования или контроля. Вывод измерительной информации производится на принтер или дисплей.
Способ осуществляется следующим образом. Регулируемый электропривод 11 передает вращающий момент в измерительный блок 2, где находятся исследуемое манжетное уплотнение, полый вал и электронная схема измерения мгновенного значения ширины и смещения контакта манжетного уплотнения одновременно и локально в нескольких точках по окружности вала. Схема, размещенная внутри полого вала, служит также для преобразования мгновенного значения ширины и смещения контакта манжетного уплотнения с валом в дискретный сигнал. Этот сигнал поступает в светодиодное индикаторное табло 3, прикрепленное к торцу полого вала. Оптический сигнал от светодиодов этого табло 3 поступает через объектив 4 в ПЗС-матрицу 5, которая управляется схемой управления 7 с помощью ЭВМ 10. В ПЗС- матрице 5 происходит преобразование оптического сигнала в электрический сигнал, который поступает через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6 в ЭВМ 10 для обработки и выработки выходного сигнала в зависимости от целей и программы исследования манжетного уплотнения.
Основными функциональными элементами устройства для осуществления способа являются: регулируемый электропривод 1, измерительный блок 2, светодиодное индикаторное табло 3, приемный блок 12, электронно-вычислительная машина 10.
Регулируемый электропривод 11 состоит из приводного электродвигателя постоянного тока 1 и схемы управления. В состав схемы управления приводного приводного электродвигателя1 входят усилитель мощности 8, который питает цепь якоря двигателя 1, а также цифро-аналоговый преобразователь 9, преобразующий цифровой код, поступающий от ЭВМ 10 в аналоговый сигнал, необходимый для управления приводным электродвигателем 1. Благодаря применению в приводном электродвигателе 1 независимого возбуждения имеется возможность регулировать в широких пределах частоту вращения вала двигателя. Частота вращения приводного электродвигателя определяется целями исследования манжетного уплотнения. Программа исследования записывается в память ЭВМ 10.
Конструкция измерительного блока показана на Фиг. 2. Полый вал 17 имеет от одного до нескольких продольных пазов, в каждом из которых уложен один ряд изолированных между собой зондирующих электродов 29, 38. Торцовые части зондирующих электродов срезаны заподлицо с наружной поверхностью полого вала и контактируют с исследуемым манжетным уплотнением 24 и жидким проводником. Количество пазов в полом валу определяется программой исследования манжетного уплотнения. Внутри полого вала 17 размещены блоки электронных усилителей 32, 33 и блок питания 15. Количество блоков электронных усилителей равно количеству пазов в полом валу. Зондирующие проводники подключены ко входам блоков электронных усилителей, поэтому количество усилителей в блоке равно количеству зондирующих проводников в одном ряду. К торцу полого вала прикреплено светодиодное индикаторное табло 37. Светодиоды 34, 36 соединены с выходами блоков электронных усилителей 32, 33.
Работа измерительного блока состоит в следующем. На зондирующие электроды 29, 38 через ограничительные резисторы 16, 13 подается напряжение смещения, равное логической единице относительно корпуса устройства 19 и полого вала 17. В зависимости от зоны контакта исследуемого манжетного уплотнения с полым валом торцы зондирующих электродов контактируют либо с материалом манжетного уплотнения, либо с проводящей жидкостью. Если торец зондирующего электрода контактирует с проводящей жидкостью, то напряжение становится равным уровню логического нуля, так как напряжение смещения через проводящую жидкость замыкается на корпус и полый вал. Напряжения с одной группы зондирующих электродов поступает на входы соответствующего блока электронных усилителей и после усиления по мощности подается на светодиоды, расположенные в светодиодном индикаторном табло 37. На светодиодном индикаторном табло 37 светятся только те светодиоды, которые через электронные усилители соединены с зондирующими электродами, находящимися в зоне контакта исследуемого манжетного уплотнения с валом и поэтому не контактируют с электропроводящей жидкостью. По количеству светящихся светодиодов в одной группе можно определить мгновенное значение ширины контакта исследуемого манжетного уплотнения 24 с соответствующим пазом полого вала 17.
Светодиодное индикаторное табло может иметь различное исполнение. На Фиг. 3 показан вариант исполнения светодиодного индикаторного табло для двух групп светодиодов. На Фиг. 4 показан вариант исполнения светодиодного индикаторного табло для четырех групп светодиодов. Для обозначения оси вала в центре табло установлен маркерный светодиод 35. Остальные светодиоды имеют информационную функцию. Количество групп светодиодов равно количеству пазов в полом валу. Количество светодиодов в группе равно количеству зондирующих проводников в соответствующем пазу полого вала 17.
Приемный блок 12 служит для преобразования оптического сигнала в электрический с последующей селекцией этого сигнала и передачей его в ЭВМ 10. В состав приемного блока входят: объектив 4, ПЗС-матрица 5 и схема управления 7. Управление приемным блоком осуществляется от ЭВМ 10.
Электронно-вычислительная машина 10 работает по заданной программе и выполняет следующие функции: прием и обработка информации, получаемой от ПЗС - матрицы 5, управление разверткой ПЗС - матрицы 5, управление частотой вращения регулируемого электропривода 11, вывод измеренных данных.
Способ испытания манжетных уплотнений, включающий получение токовых сигналов, пропорциональных величинам продольного смещения зоны контакта по валу и ширине этого контакта с помощью зондирующих электродов, установленных в пазу полого вала и контактирующих с рабочей поверхностью манжетного уплотнения, отличающийся тем, что сигналы, поступающие с электродов, усиливаются в усилителях и далее преобразуются в оптические сигналы, которые с вращающегося вала поступают в приемный блок, где приборами с зарядовой связью преобразуются в электрические аналоговые сигналы и после оцифровки в аналого-цифровом преобразователе анализируются с помощью электронно-вычислительной машины для получения результатов измерений.
