Устройство для магнитного контроля продольных трещин крепежных элементов и валов с резьбой из ферромагнитных материалов с помощью эффекта Холла

Полезная модель относится к магнитной дефектоскопии. Полезная модель предназначена для входного контроля волосовин, продольных закалочных трещин и других продольных дефектов крепежных элементов и валов с резьбой.
Наиболее эффективным методом контроля трещин при входном контроле является магнитопорошковый метод. Однако для резьбы магнитопорошковый метод является мало подходящим. Так как сложный профиль резьбы создает поле рассеяния, то в конце процесса контроля индикации над дефектами могут быть скрыты полосками ложных индикаций. В результате наблюдение приходится вести во время накопления порошка, что снижает производительность труда.
Аналогом применения эффекта Холла является контроль магнитными дефектоскопами с измерительными преобразователями с датчиками Холла. Ручной контроль с помощью измерительных преобразователей (зондов, щупов) предполагают большую трудоемкость контроля.
Ближайшим аналогом к предлагаемому техническому решению по принципу работы является Сканер типа «Скоба» для контроля наружной резьбы для вихретокового дефектоскопа «Константа ВД1» [Дефектоскопы вихретоковые Константа ВД1. Свидетельство об утверждении типа средств измерений. RU.C.27.001.A №39937]. Известный прототип не обеспечивает контроля гладкой части болта или вала. В описании прототипа отмечено, что он предназначен для контроля только метрической резьбы. Прототип не рассчитан для массового или сплошного контроля.
Целью предлагаемого технического решения является создание устройства для магнитного контроля ОК с резьбой с помощью эффекта Холла с большой производительностью труда для входного контроля изделий.
Предлагаемое устройство может быть изготовлено для любого вида крепежной, кинематической или специальной резьбы. Поперечное намагничивание ОК и установка датчика Холла вдоль ОК позволяет выявить волосовины, продольные закалочные трещины и другие продольные дефекты.
Устройство позволяет производить одновременный контроль в резьбовой и в гладкой частях ОК. Устройство позволяет повысить производительность труда при входном контроле изделий. Так как фиксация дефекта осуществляется прибором без участия человека, устройство позволяет автоматизировать процесс проведения входного контроля изделий.
Конструкция устройства представлена на Фиг. 1. Устройство представляет собой одно или (в зависимости от ОК) несколько звеньев (1, 2 и 3), жестко соединенных между собой направляющими планками 4, в которые установлены датчики Холла 5. Звено с резьбой 1 жестко соединено с направляющими планками 4, звенья 2 и 3 могут раздвигаться по планкам 4 и фиксироваться в нужном положении.
Основное звено с резьбой (Фиг. 2) состоит из двух полюсных наконечников 8 с внутренней резьбой. Планки-держатели из немагнитного материала 7 жестко скрепляют полюсные наконечники 8 таким образом, что внутренняя резьба полюсных наконечников 8 является “гайкой” для внешней резьбы ОК (6). Дополнительное звено 2 (Фиг. 1, Фиг. 3) отличается от звена 1 тем, что не имеет внутренней резьбы. Два полюсных наконечника 9 могут раздвигаться вдоль планок-держателей 7. В рабочем положении между полюсными наконечниками 9 и ОК 6 имеется минимальный зазор, чтобы не создавать сухого трения. Во время замены ОК на следующий полюсные наконечники могут раздвигаться в стороны либо принудительно, либо за счет люфта (в соединении полюсных наконечников 9 и планок-держателей - 7), чтобы не создавать трудности для быстрой замены ОК.
Звено с резьбой является основным. Количество дополнительных звеньев без резьбы зависит от соотношения длин резьбовой и гладкой частей ОК - за время прохождения основным звеном резьбовой части ОК другие звенья должна с перекрытием пройти всю гладкую часть ОК. На Фиг. 4 показано начальное положение звеньев при контроле болта (частный случай с тремя звеньями). На Фиг. 5 показано конечное положение при контроле. Расстояния L2 и L3 устанавливаются таким образом, что в то время, как звено 1 проходит расстояние L1 по резьбе, звенья 2 и 3 проходят гладкую часть ОК с перекрытием (Фиг. 5).
Звено с резьбой является основным. Количество дополнительных звеньев без резьбы зависит от соотношения длин резьбовой и гладкой частей ОК - за время прохождения основным звеном резьбовой части ОК другие звенья должны с перекрытием пройти всю гладкую часть ОК.
Контроль шпилек, имеющих гладкую часть, производится за два прохода с двух сторон - Фиг. 6 и 7.
Контроль только резьбовой части ОК проводится одним основным звеном с резьбой.
Для галтельной части валов или в местах сопряжения гладкой части болта с головкой необходимо установить пакет датчиков Холла для большей информативности - Фиг. 8., звено 2.
Так как между внешней и внутренней резьбой имеются зазоры 14 (Фиг. 9), то для более стабильного магнитного потока при контроле следует смазать ОК магнитной суспензией, которая заполнит зазоры. Одновременно магнитная суспензия станет смазкой между магнитными наконечниками и ОК в звеньях без резьбы.
Минимальное количество датчиков Холла в звеньях без резьбы для галтельных частей и сопряжений легко определить компьютерным моделированием в пакете COMSOL Multiphysics.
Намагничивание в стационарных условиях технологичнее делать с помощью соленоида для быстрой смены ОК. Во время замены ОК магнитная цепь разомкнута.
Краткое описание чертежей.
На Фиг. 1 изображена конструкция устройства из одного звена с резьбой и двух дополнительных звеньев для контроля гладкой части ОК, где обозначено:
1 - звено с резьбой в сборе,
2, 3 - дополнительные звенья без резьбы в сборе,
4 - направляющие планки
Звено 1 жестко соединено с направляющими планками. Звенья 2 и 3 могут раздвигаться вдоль планки и фиксироваться в необходимом положении. Устройство фиксации условно не показано. Две направляющие планки необходимы для жесткости, так как полюсные наконечники дополнительных звеньев без резьбы являются подвижными.
5 - датчик Холла,
6 - ОК,
На Фиг. 2 показан вид сбоку на основное звено с резьбой 1, где обозначено:
7 - планки держатели из немагнитного материала,
8 - полюсные наконечники магнитной цепи,
10 - соленоид,
11 - магнитная цепь показана условно.
На Фиг. 3 показан вид сбоку на дополнительное звено без резьбы 2, где обозначено:
9 - полюсные наконечники из немагнитного материала,
Полюсные наконечники 9 могут раздвигаться в стороны либо принудительно, либо за счет люфта (в соединении полюсных наконечников 9 и планок-держателей - 7). Механизм принудительного раздвигания полюсных наконечников 9 во время замены ОК 6 условно не показан. Во время контроля полюсные наконечники сдвинуты к ОК, чтобы потери магнитного потока через зазор были минимальны.
На Фиг. 4 и 5 показан принцип, по которому считается количество дополнительных звеньев для гладкой части ОК. На Фиг. 4 показано начальное положение устройства при контроле ОК: звенья раздвинуты так, что в то время, как звено 1 пройдет расстояние L1 по резьбе, звенья 2 и 3 пройдут гладкую часть ОК с перекрытием. На Фиг. 3 показано конечное положение звеньев при контроле ОК: расстояния L1-2 и L2-3 - зоны перекрытий участков контроля звеньев.
На Фиг. 6 и 7 показан вариант контроля шпильки, имеющей гладкую часть. Фиг. 6 - контроль левой части резьбы и гладкой части. Фиг. 7 - контроль правой части резьбы.
На Фиг. 8 (звено 2) показан вариант нескольких датчиков Холла для галтельной части вала или сопряжения гладкой части болта с головкой.
На Фиг. 9 показан зазор между внутренней и внешней метрической резьбами, где обозначено:
12 - внешняя резьба ОК,
13 - внутренняя резьба магнитного наконечника звена с резьбой,
14 - зазоры между внутренней и внешней резьбами.
Основное применение устройства предполагается для входного контроля крепежных элементов и валов с резьбой.
Компьютерным моделированием легко установить минимально достаточное количество звеньев и датчиков Холла для любого изделия. Если достаточно одного звена с одним датчиком, то устройство может служить датчиком для стандартного (у одного прибора - один датчик) существующего прибора магнитного контроля. Если устройство имеет несколько датчиков Холла, то, используя стандартный прибор, контроль производить за несколько проходов, либо каждое звено подсоединять к своему прибору. При наличии большого количества датчиков и необходимости быстро делать контроль требуется переработать стандартную схему прибора магнитного контроля. Все датчики устройства через мультиплексор подсоединятся к одному прибору. Программное обеспечение переписывается таким образом, чтобы сплошной поток информации от мультиплексора разделялся на отдельные потоки и сравнение с контрольными образцами делалось отдельно по каждому потоку.