УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА ВИНТА РЕГУЛИРУЕМОГО ШАГА

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для определения угловой скорости вращения гребных валов винтов регулируемого шага (ВРШ).
Известно устройство измерения частоты вращения вала, в котором на валу устанавливается многополюсной кольцевой магнит (см. патент РФ №2136003 «Датчик частоты вращения», МКИ G01P 3/487, 1995 г.). Известное устройство имеет сложную конструкцию и большие габариты, что является проблематичным для использования его в качестве измерителя частоты вращения валов ВРШ. Дело в том, что вал ВРШ, для обеспечения работы механизма поворота лопастей, выполнен пустотелым. Это приводит к увеличению внешнего диаметра гребного вала, достигающего одного метра.
Установка на таком вале сложной конструкции измерителя частоты вращения с регистрирующим датчиком требует выделения дополнительного объема пространства возле вала, что не всегда возможно.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является устройство измерения частоты вращения вала винта регулируемого шага, включающее дорожку с изменяемыми физическими свойствами по ее поверхности, нанесенную на внешнею поверхность вала, регистрирующий датчик, расположенный с воздушным зазором по отношению к валу в зоне установки дорожки, и блок обработки сигналов датчика (см. сайт www.stroitelstvo-new.ru Измерение частоты вращения гребных валов / Пропульсивные испытания судов). В известном устройстве на вал ВРШ крепится дорожка (плоская лента), на которой наклеены металлические полоски. Лента практически не занимает никакого объема и может быть установлена в любом месте вала. Однако к недостаткам данного устройства следует отнести необходимость каждый раз изготавливать ленту с наклеенными на ней металлическими полосками для конкретного вала, что усложняет устройство и повышает его стоимость.
Цель настоящей полезной модели - упрощение конструкции устройства, повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей.
Данная цель достигается тем, что в известном устройстве измерения частоты вращения вала винта регулируемого шага, включающем дорожку с изменяемыми физическими свойствами по ее поверхности, нанесенную на внешнюю поверхность вала, регистрирующий датчик, расположенный с воздушным зазором по отношению к валу в зоне установки дорожки, и блок обработки сигналов датчика, в нем дорожка выполнена в виде, по меньшей мере, двух дискретных плоских магнитных полосок различной длины, нанесенных по образующей вала с различными расстояниями между ними, при этом длина полосок находится в диапазоне (0,1-0,3) диаметра вала. Магнитные полоски с идентичным расположением могут быть нанесены на дополнительную дорожку, параллельную основной. При этом дополнительная дорожка может быть размещена в зоне вала, отделенной от зоны вала с основной дорожкой муфтой сцепления.
Для обеспечения более высокой точности измерения частоты вращения вала во всем диапазоне, в заявляемом устройстве по внутреннему алгоритму данный диапазон измерения автоматически разбивается на три зоны: при высокой скорости вращения измеряется частота импульсов (используется короткая магнитная полоска), при средней скорости вращения измеряется частота и длительность импульсов (используется короткая и длинная магнитные полоски), при медленной скорости, близкой к нулевым значениям, измеряется длительность импульса, пропорциональная времени прохождения датчика относительно магнитной полоски (используется длинная полоска). Таким образом, для обеспечения высокой точности измерения частоты вращения вала, требуется нанести на этот вал минимум две магнитные полоски различной длины: одна полоска должна быть короткой, а другая - длинной. Выбор длин магнитных полосок зависит от как технологических, так и конструктивных факторов. Проведенное экспериментальное исследование позволило установить зависимость длин магнитных полосок от диаметра вала гребного винта. Длины полосок должны находиться в диапазоне (0,1-0,3) D, где D - диаметр указанного вала.
Предлагаемое техническое решение позволяет определить за счет различной длины между магнитными полосками и направление вращения гребного вала. Для этого в устройстве вычисляются дополнительно длительность импульса, пропорционального времени прохождения датчика между полосками, и порядок их следования: длинное и короткое расстояние между полосками или короткое и длинное расстояние.
На поверхности вала может быть установлено несколько дорожек с дискретными плоскими магнитными полосками: если на одной дорожке выйдет из строя датчик или пропадет хотя бы одна магнитная полоска в работе останется другая, вторая дополнительная дорожка с идентичным расположением магнитных полосок, как и на основной дорожке. Введение дополнительной дорожки позволяет решить еще одну задачу. При необходимости выполнения длинных валов приходится использовать муфты сцепления для передачи крутящего момента с одного вала на другой. В этом случае можно расположить основную и дополнительную дорожки с магнитными полосками с разных сторон муфты сцепления. Это дает возможность при высокой точности измерения частоты вращения вала, которую обеспечивает предложенное устройство, определять проскальзывание одной части вала относительно другой в муфте сцепления.
На фиг. 1 показано устройство измерения частоты вращения на главном виде вала ВРШ, а на фиг. 2 - установка данного устройства по образующей вала. На данных фигурах показан вариант с тремя магнитными полосками со следующими обозначениями:
1 - гребной вал;
2 - регистрирующий датчик;
3 - короткая магнитная полоска;
4 - длинная магнитная полоска;
5 - основная дорожка для нанесения магнитных полосок;
6 - муфта сцепления;
7 - дополнительная дорожка для нанесения магнитных полосок;
8 - блок обработки сигналов датчика;
9 - средняя по длине магнитная полоска.
Предлагаемое устройство (фиг. 1, 2) включает дорожки 5 и 7, выполненные в виде дискретных магнитных полосок 3, 4 и 9 различной длины и нанесенные по образующей вала 1 с различными расстояниями между ними (L1>L2). На фигурах представлен оптимальный вариант выполнения устройства с тремя магнитными полосками и расположением основной 5 и дополнительной 7 дорожек для нанесения магнитных полосок по разные стороны муфты сцепления 6. Информация с магнитных полосок считывается регистрирующим датчиком 2 и поступает в блок обработки сигналов 8.
Устройство работает следующим образом. При вращении вала 1 магнитные полоски проходят под регистрирующим датчиком 2, оказывают воздействие на этот датчик, сигналы с которого поступают на блок обработки сигналов 8. При высокой скорости вращения (300 оборотов в мин и более) замеряется частота импульсов с короткой магнитной полоски 3, при средней скорости вращения (от 50 до 300 оборотов в мин) - частота и длительность импульса с полосок 3 и 4, а при скорости вращения менее 50 оборотов в мин - только длительность импульса с полоски 4. Указанные пределы скорости вращения вала являются условными и зависят от его диаметра. Направление вращения вала определяется по последовательности фиксации импульсов с магнитных полосок 3, 4 и 9. Фиксация различных расстояний L1 и L2 - это одно направление вращения, а фиксация расстояний L2 и L1 - это другое направление вращения. Предлагаемое устройство обладает предельной простотой, так как требуется только магнитная лента, из которой вырезаются наборы магнитных полосок различной длины, средство крепления этих полосок на поверхности вала (клей, метизы и др.), а также регистрирующий датчик, например датчик Холла. Возможность регистрации частоты импульсов, длительности импульсов и их комбинации позволяет существенно повысить точность измерения частоты вращения вала во всем диапазоне частот вращения. Если точность измерения этого параметра в изготавливаемом тахометре К1803 (производство АО «Приборостроительный завод «Вибратор») составляет 1,5-3,0%, в прототипе составляет 0,3%, то предлагаемое устройство позволяет достичь точности 0,1% и менее в любом требуемом поддиапазоне частоты вращения вала. Такая высокая точность позволяет зафиксировать проскальзывание одного вала относительно другого, соединенных между собой муфтой сцепления. Для этого две дорожки с магнитными полосками располагают по разные стороны муфты сцепления. Это позволяет расширить функциональные возможности предлагаемого технического решения: измерять проскальзывание валов относительно друг друга и направление вращения вала.