УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ И НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ КОНСТРУКЦИИ, УЗЛОВ ИЛИ ДЕТАЛИ ПРИ ПОМОЩИ ВИБРАЦИОННОГО АНАЛИЗА

Объектом настоящей полезной модели является устройство для диагностики и неразрушающего контроля конструкции, узлов или детали при помощи вибрационного анализа, содержащие средства измерения колебаний и вибрации, излучаемых конструкцией или деталью, для определения отклонения вибраций и колебаний от нормы, вызванных наличием дефекта в конструкции или детали. Средства измерения интегрированы в крепеж, выполненный с возможностью сцепления с поверхностью контролируемой конструкции или детали. Настоящая полезная модель находит применение для диагностики и неразрушающего контроля (НК) автотранспортных средств, однако ее можно использовать также во всех секторах промышленности, в которых важное место занимает контроль целостности и диагностика обработанных деталей, таких как конструкции и детали летательных аппаратов, железнодорожного транспорта, судов или ядерной энергетики.
В рамках эксплуатации и технического обслуживания автотранспортного средства необходимо применять методы диагностики и контроля, которые позволяют определить, повреждены ли конструкции, узлы или детали крупными или мелкими трещинами, нет ли ослабления крепления, не повреждая и не разбирая при этом деталь конструкции. Используемые технологии объединены под общим названием - технологии диагностики и неразрушающего контроля (НК). Существует множество технологий диагностики и НК, которые постоянно усовершенствуются, поскольку соответствующие секторы промышленности требуют повышения эффективности этих технологий. Секторы автомобильного и воздушного транспорта постоянно требуют применения все более эффективных способов диагностики и НК, чтобы одновременно обеспечивать повышение безопасности и экономию затрат.
Условия на любом производстве требуют постоянного контроля. А потому возникает необходимость своевременной диагностики даже самых незначительных неполадок, которые в дальнейшем могут стать причиной серьезных аварий.
Из уровня техники известен механический прибор на основе виброаккустических сигналов для определения технического состояния конструктивных элементов двигателей внутреннего сгорания. Он состоит из корпуса-ручки, стержня и телефона-наушника, выполненного с образованием конической полости. При этом один конец стержня свободный, на его середине размещена ручка, а к другому концу стержня жестко присоединен телефон-наушник. При использовании этого прибора стержень свободным концом прислоняют к прослушиваемой части двигателя, а наушник - к уху (см. Спичкин Г.В. Практикум по диагностированию автомобилей: учеб. пособие для СПТУ / Г.В. Спичкин, А.М. Третьяков. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1986. - с. 68-70).
Недостатками данного прибора являются низкая чувствительность, малая универсальность и неудобство использования.
Также из уровня техники известен виброскоп для определения технического состояния конструктивных элементов двигателей внутреннего сгорания, а также других машин и механизмов с вращающимися электромеханическими частями. Виброскоп состоит из наконечника, корпуса ручки с преобразователем и элементами питания, провода, аналого-цифрового преобразователя и персонального компьютера. Наконечник жестко присоединен к корпусу ручки и скоммутирован с преобразователем, который последовательно соединен с аналого-цифровым преобразователем и компьютером (см. RU 2012106276 A1, 27.08.2013).
Недостатком виброскопа является недостаточно точное определение технического состояния конструкций и деталей при их диагностировании на основе виброаккустических сигналов.
В качестве прототипа выбран многофункциональный виброметр, предназначенный для измерений и диагностики вибрации, а также для проведения балансировки. Виброметр содержит 2 акселерометра с крепежом и прочным спиральным кабелем, фотоэлемент для измерений скорости вращения до 250000 оборотов в минуту, флеш USB и прямоугольник (см. http://www.tek-know.ru/nondestmctive-inspection/vibration/vibroanalizators/cemb-n600-review.html).
Недостатком прототипа является высокая погрешность в измерениях, а также отсутствие возможности искусственно вызывать вибрации конструкции или детали для анализа.
Задачей настоящей полезной модели является, в частности, детектирование отклонений от нормы вибраций и колебаний, вызванных в конструкциях или деталях автотранспортного средства. В некоторых случаях эти колебания и вибрации свидетельствуют о появлении дефектов в конструкциях или деталях, например о появлении мелких или крупных трещин в материале конструкции, ослабления крепления или поломки конструкции, узла или детали. Другой задачей полезной модели является создание устройства повышенной точности для диагностирования конструкций, узлов или деталей по виброаккустическим сигналам и колебаниям.
Технический результат от использования полезной модели выражается в повышении точности и достоверности диагностики, а также появление возможности искусственно вызывать вибрации и колебания конструкции или детали для анализа.
Технический результат достигается использованием следующей совокупности существенных признаков: устройство для диагностики и неразрушающего контроля конструкции, узлов или детали при помощи вибрационного анализа содержит крепеж, датчик основных колебаний, также содержит гидронасос с гидробаком, рукава высокого давления с гидроклапанами, гидроцилиндр двухстороннего действия с поршнем, амплитудно-цифровой преобразователь и ЭВМ, при этом датчик основных колебаний подключен к амплитудно-цифровому преобразователю, а амплитудно-цифровой преобразователь к ЭВМ.
В частном случае исполнения полезной модели, в качестве датчика основных колебаний использован акселерометр.
На фиг. изображена принципиальная схема устройства для диагностики и неразрушающего контроля конструкции, узлов или детали при помощи вибрационного анализа.
Гидронасос (1) с гидробаком (2) создает давление, путем перегона рабочей жидкости по рукавам высокого давления (4). В определенных местах рукава высокого давления (4) оснащены гидроклапанами (3), обеспечивающими необходимую циркуляцию рабочей жидкости внутри системы устройства. Рукава (4) входят в гидроцилиндр (5) двухстороннего действия с поршнем, с одной стороны принимающий, а с другой, отдающий рабочую жидкость. Рабочая жидкость, поступающая в гидроцилиндр (5), создает поступательное движение поршня, необходимого для создания механических колебаний и вибраций. Гидроцилиндр (5) в свою очередь соединен с диагностируемой конструкцией или деталью, например ходовой части автомобиля, при помощи крепежа (7). Крепеж (7) служит передатчиком колебаний и вибрации, под влиянием которых, деталь будет издавать свои вибрации и колебания, не характерные для исправной, рабочей детали. На крепеже (7) установлен датчик основных колебаний (6). В качестве датчика основных колебаний (6) использован акселерометр, улавливающий колебания и вибрацию детали, и составляющий график-пилу колебаний. В свою очередь акселерометр подключен к амплитудно-цифровому преобразователю (8) (далее АЦП), служащим для считывания показателей акселерометра. Далее АЦП (8) подключается к ЭВМ (9), который берет показатели АЦП (8) и сравнивает полученный график-пилу с графиком исправной детали или узла, выявляя отклонения от нормы. Затем ЭВМ (9) приводит показания в наглядный для оператора вид, а именно распечатанный лист бумаги с описанием детали ходовой части автомобиля со степенью износа в процентном соотношении.
Заявленное техническое решение отвечает всем критериям патентоспособности полезной модели.