ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВНУТРЕННИХ СЛОЕВ МАССИВНЫХ ШИН ОПОРНЫХ КАТКОВ БЫСТРОХОДНЫХ ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН

Полезная модель относится к области проведения экспериментального определения тепловой напряженности шин опорных катков быстроходных гусеничных машин.
В современных условиях применения быстроходных гусеничных машин возрастает уровень требований по надежности механизмов и систем, которые обеспечивают их подвижность. Особую значимость приобретает безотказная работа гусеничного движителя, который взаимодействует с многопараметрической внешней средой и подвержен наибольшим динамическим нагрузкам. Элементами, ограничивающими долговечность движителя, являются шины опорных катков. Долговечность шин во многом определяется их тепловой напряженностью. Длительное воздействие высоких температур при пробегах машин с максимальной скоростью приводит к интенсивному накоплению необратимых структурных изменений (деградации) в массивных шинах, ухудшению упругих и прочностных свойств материала и тепловому разрушению. Нагрев шины происходит вследствие образования теплоты от внутреннего трения в процессе деформации. Значение температуры шин зависит от условий движения машины, вида грунта, температуры окружающей среды и параметров конструкции, физико-механических свойств материалов шины и беговой дорожки гусеницы, площади теплопередачи и др.
Основным параметром тепловой напряженности является температура в центральной части резинового массива. Наиболее распространенным типом измерительных приборов являются пирометры, позволяющие дистанционно определить наружную температуру шин, например Optris «LaserSight» (аналог). Для определения температуры внутренних слоев по значению измеренной температуры необходимо решение уравнений теплопроводности. В этих уравнениях введен ряд параметров, граничных и начальных условий, которые в процессе проведения измерений существенно изменяются. В частности, температура наружных слоев после остановки машины быстро снижается, что снижает точность расчетных значений температуры внутренних слоев.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является прибор для измерения температуры внутренних слоев массивных шин опорных катков быстроходных гусеничных машин (Благонравов А.А., Тараторкин И.А. и др., Вестник транспортного машиностроения, №4, 1994, стр. 56-57 - прототип). Этот прибор состоит из полой иглы с наконечником и расположенным в нем датчиком температуры в виде полупроводникового терморезистора КТД 2Б, сопротивление которого изменяется с изменением температуры. Датчик устанавливается в наконечник иглы и приклеивается с помощью эластичного клея. Этим же клеем соединяется наконечник с иглой. Выход датчика электрически соединен проводами с разъемом. Держатель иглы, в отверстие левого торца которого вкручивается игла и болт со сквозным отверстием, соединяет держатель с крышкой. Крышка соединена с корпусом прибора и стопорится винтом. В корпусе подвижно в осевом направлении расположена направляющая, в отверстии направляющей расположен правый торец держателя, образуя промежуточную подвижную опору иглы. Возвратная пружина упирается в правый торец держателя и в днище отверстия направляющей. В днище направляющей выполнено отверстие, образуя подвижную опору иглы. На наружной поверхности направляющей расположено кольцо ограничительное со стопорным винтом. В качестве блока измерения используется блок питания, усилитель постоянного тока типа К140УД6 и преобразователь напряжения. Результаты измерения отображаются на четырехразрядном индикаторе, собранном на основе семи сегментных светодиодных индикаторов АЛС333В.
Основные недостатки этого прибора заключаются в следующем: наконечник, в отверстии которого расположен датчик температуры, соединяется с иглой путем склеивания эластичным клеем. В процессе измерения нагретых слоев массивных шин повышается температура клея, нарушая жесткость соединения наконечника с иглой. Поэтому, в процессе измерения происходит относительная деформация наконечника и иглы. Это приводит к изменению сопротивления датчика и повышению погрешности измерения. Кроме того, относительная деформация наконечника и иглы ограничивает долговечность прибора. Долговечность ограничивается так же существенной деформацией иглы при действии сжимающих сил в процессе введения иглы в шину из-за значительной длины иглы (от наконечника до точки закрепления в крышке прибора). В процессе извлечения иглы из шины часто происходит смятие резьбы в зоне крепления в держателе и обрыв иглы. Применяемые датчики температуры в виде полупроводниковых терморезисторов типа КТД 2Б обладают низкой чувствительностью, что требует введение в измерительную систему усилителя, блока питания и преобразователя напряжения, т.е. возрастает сложность конструкции. Применяемый регистратор также является сложным и обладает большими габаритами. В связи с этим предлагается конструкция измерительного прибора для определения температуры внутренних слоев массивных шин опорных катков без указанных недостатков.
Предлагаемый прибор состоит из полой иглы с наконечником и расположенным в нем датчиком температуры. Выход датчика электрически соединен проводами с разъемом. Держатель иглы, в отверстие левого торца которого вкручивается игла и болт со сквозным отверстием, соединяет держатель с крышкой. Крышка соединена с корпусом прибора и стопорится винтом. В корпусе подвижно в осевом направлении расположена направляющая, в отверстии направляющей расположен правый торец держателя, образуя промежуточную подвижную опору иглы. Возвратная пружина с одной стороны упирается в фасонную гайку в правом торце держателя и в днище полой части направляющей с другой стороны. В днище направляющей выполнено отверстие, образуя подвижную опору иглы. На наружной поверхности направляющей расположено кольцо ограничительное со стопорным винтом. Новизна предлагаемого решения состоит в том, что наконечник выполнен из серебра и приварен к игле серебряным электродом, а датчик температуры выполнен в виде высокочувствительной термопары из хромель-аллюмелиевого спая. В отверстие правого торца держателя иглы введен разрезной фиксирующий конус, образуя вместе с фасонной гайкой цанговое соединение - неподвижную промежуточную опору иглы. Толщина днища направляющей и диаметр отверстия в нем, образующие подвижную опору иглы, выбраны из условия достаточности для размещения в нем части иглы вместе с наконечником и ограничения угловых деформаций иглы в процессе проведения измерений. Кроме того, регистратор выполнен в виде малогабаритного мультиметра, соединенного кабелем с разъемом.
Предлагаемая конструкция прибора приведена на фиг. 1. Прибор состоит из полой иглы 1 и наконечника 2, приваренного к игле серебряным электродом. В отверстии наконечника закреплен датчик температуры 3, который выполнен в виде высокочувствительного хромель-аллюмелиевого спая. Выход датчика 3 электрически соединен с разъемом 4. В отверстие левого торца держателя 5 вкручивается игла 1 и болт 6 со сквозным отверстием. Болт 6 соединяет держатель 5 с крышкой прибора 7, которая соединена с корпусом прибора 8 и фиксируется стопорным винтом 9. В корпусе 8 подвижно в осевом направлении расположена направляющая 10, в отверстии которой расположен правый торец держателя 5. Возвратная пружина 11 с одной стороны упирается в фасонную гайку 15 в правом торце держателя 5 и, с другой стороны, в днище полой части направляющей 10.
В днище выполнено отверстие диаметром, соответствующим толщине иглы, образуя подвижную опору иглы 1. Так как толщина днища направляющей и диаметр отверстия в нем, образующие подвижную опору иглы 1, выбраны из условия достаточности для размещения в нем части иглы вместе с наконечником 2, угловые деформации иглы 1 в процессе проведения измерений температуры ограничиваются. На наружной поверхности направляющей 10 расположено ограничительное кольцо 12 со стопорным винтом 13. В отверстие правого торца держателя 5 введен разрезной фиксирующий конус 14, образуя вместе с фасонной гайкой 15 цанговое соединение, т.е. неподвижную промежуточную опору иглы 1. Регистратор 16 соединен с разъемом 4 с помощью кабеля 17.
Работает предлагаемый прибор следующим образом. При подготовке прибора к работе кольцо ограничителя 12 устанавливается на требуемую глубину h измерения температуры и соответственно погружения наконечника 2 иглы 1 с датчиком 3 в массивную шину. Прибор через гибкий кабель 17 и разъем 4 соединяется с регистратором 16. Для ввода наконечника 2 и датчика 3 на требуемую глубину в объем массивной шины и измерение температуры заданного слоя необходимо направляющую 10 упереть в наружную поверхность шины. Затем переместить корпус 8 прибора в радиальном направлении (в направлении к оси опорного катка). При этом вместе с корпусом 8 перемещается крышка 7, болт 6, держатель 5, игла 1, наконечник 2 с датчиком 3 температуры, сжимая возвратную пружину 11 относительно неподвижной направляющей 10 на требуемую глубину h (до упора корпуса 8 в ограничительное кольцо 12). При этом сигнал с датчика 3 через разъем 4 поступает в регистратор 16, шкала которого проградуирована при тарировке прибора. Установившееся значение температуры на шкале регистратора соответствует температуре контролируемого слоя массивной шины. После проведения измерения корпус 8 прибора возвращается вверх, наконечник 2 иглы 1 извлекается из шины, возвратная пружина 11 приводит прибор относительно направляющей 10 в исходное положение. Проведенные натурные испытания показали, что предлагаемый прибор обеспечивает надежное измерение температуры во внутренних слоях массивных шин опорных катков.
Эффективность предлагаемого решения состоит в следующем.
Повышается точность измерения температуры за счет сокращения деформации наконечника, выполненного из серебра и приваренного к игле серебряным электродом, относительно иглы и отсутствия деформации этих элементов в начале измерения. Кроме жесткого соединения этих деталей обеспечивается и твердость наконечника и линейность характеристики датчика при температуре до 600°C.
Введение неподвижной опоры иглы, образованной фиксирующим разрезным конусом и фасонной гайкой, сокращает длину деформируемой части иглы и повышает ее устойчивость при нагружении силой сжатия в процессе проведения измерения температуры. Это повышает долговечность конструкции по сравнению с прототипом до 4 и более раз.
Повышение чувствительности датчика температуры и введение нового регистратора позволяет снизить сложность конструкции, т.к. не требуется применение усилителя, блока питания, преобразователя напряжения и сложного блока измерения и индикации.