Регистратор неисправности элементов трансмиссии

Полезная модель относится к встроенным диагностирующим системам транспортных и технологических машин. Основная задача регистратора – бесконтактный контроль температуры элементов трансмиссии (подшипники, механические передачи, подвижные и шарнирные соединения, муфты, карданные шарниры и т.п), направленный на выявление возможных неисправностей, вызванных механическим изнашиванием.
Известно устройство индикации неисправностей подшипника выполненное таким образом, что при возникновении относительного движения между осью и кольцом подшипника устройство механическим способом информирует о возникновении неисправности [Пат. РФ 2425264]. Недостатком данного технического решения является невозможность непрерывного контроля подшипника в процессе эксплуатации машины.
Известен способ диагностики подшипников качения на основе анализа их вибрационных характеристик [Пат. РФ № 2209410]. Недостатком такого способа является необходимость осуществления механического контакта диагностического оборудования и подшипника.
Известен способ обнаружения дефектов подшипников акустическим методом при эксплуатации техники за счет использования рупоров с микрофонами, датчиков присутствия колеса и процессора акустического сигнала [Пат. РФ № 2395421]. Недостатком данного способа является необходимость использования сложного оборудования.
Известно устройство для контроля критической температуры подшипников [Пат. РФ № 117620]. В данном устройстве механический индикатор удерживается от возможного перемещения посредством противовеса за счет магнитного поля от постоянного магнита. При нагреве контролируемого подшипника и постоянного магнита выше точки Кюри механический индикатор под действием противовеса перемещается, чем сигнализирует о превышении температуры. Недостатком данного способа является его неприменимость для диагностики подшипниковых узлов с несколькими осями вращения, например -  карданных шарниров. Силы инерции, возникающие при движении датчика, не позволят обеспечить однозначное срабатывание механического индикатора, действие которого основано на постоянном направлении вектора силы тяжести.
Известно устройство для контроля критической температуры нагрева подшипниковых узлов, содержащее датчик температуры в виде цилиндра с наружной резьбой, установленного в корпусе подшипникового узла, и блок отображения состояния температуры [Пат. РФ № 108610]. Датчик температуры выполнен из ферромагнитного сплава, вне корпуса подшипникового узла в зоне распространения магнитного потока датчика установлен регистратор изменения магнитного потока датчика температуры, соединенный с блоком отображения состояния температуры. Недостаток датчика – возможное влияние на величину магнитного потока находящихся поблизости ферромагнитных деталей, электрической проводки или электрических машин, что приведет к увеличению погрешности измерений.
Известно устройство для определения температуры нагрева подшипников в буксах железнодорожных вагонов, содержащее датчик температуры, выполненный в виде термоэлектрического преобразователя из полупроводниковой нанопроволоки, на подложке которого смонтирован индикатор, состоящий из трех светодиодов с различным пороговым напряжением срабатывания [Пат. РФ № 107748]. Недостатком данного решения является тот факт, что термо ЭДС зависит не только от температуры нагрева, но и от температуры охлаждения – например температуры окружающего воздуха, неучтенного фактора, оказывающего влияние на точность результатов диагностирования.
Известен термоиндикатор для визуального определения критических температур нагрева работающих подшипников, содержащий термокраситель, по изменению цвета которого определяется достижение критического значения температуры подшипникового узла [Пат. РФ № 82841]. Недостатками данного способа являются невозможность визуального контроля изменения цвета термоиндиктора при наличии загрязнений на поверхностях подшипниковых узлов, а также возможное влияние на точность диагностирования температурных полей других агрегатов, сопряженных с карданным шарниром.
Известен термоиндикатор [АС СССР № 100969], закрепляемый на механизме – объекте наблюдения, состоящий из биметаллической спирали с флажком. При увеличении температуры пластинка деформируется, а движение флажка сигнализирует о превышении допустимой температуры. Недостатком этого термоиндикатора является необходимость непосредственного крепления термоиндикатора к объекту наблюдения.
Известен сигнализатор нагрева подшипникового узла [Пат. РФ № 8666], закрепленный на подшипниковом узле и состоящий из корпуса с подпружиненным стержнем, зафиксированным плавкой вставкой. При повышении температуры выше допустимой вставка расплавляется, и стержень выходит из корпуса, сигнализируя о неисправности подшипникового узла. Недостаток заключается в необходимости закрепления датчика на подшипниковом узле, а также контроль только единственно параметра – превышения допустимой температуры.
Известен термоиндикатор максимальной температуры [Пат. РФ № 96959], выполненный в виде болта с радиальными проточками, внутри которых находятся сплавы металлов с различной температурой плавления. Индикация максимальной температуры производится путем крепления термоиндикатора к объекту измерения и наблюдения за расплавлением металлических сплавов. Недостатками являются необходимости закрепления датчика на подшипниковом узле, контроль только единственно параметра – превышения допустимой температуры и невозможность дистанционного наблюдения.
Известен способ регистрации наступления предельного состояния элементов механических трансмиссий, например, подшипниковых узлов карданного шарнира, заключающийся в периодическом контроле температуры и фиксации момента времени, характеризуемого значительным ростом его температуры [Методика ускоренных испытаний карданных передач сельскохозяйственных машин. Руководящий технический материал РТМ 23.2.74-79. - М.: ВИСХОМ, 1980. - 40 с.]. Основные недостатки способа – необходимость периодического контроля температуры и невозможность непрерывного и дистанционного измерения температуры.
Наиболее близким техническим решением является способ определения температуры, как показателя технического состояния подшипникового узла, на основе системы для считывания состояния компонента ходовой части транспортного средства [Пат. РФ № 2393441], которая включает в себя датчик, содержащий матрицу инфракрасных считывающих элементов, направленных на зону элемента подшипниковых узлов. Недостатком данного способа является невозможность контроля скорости повышения температуры подшипникового узла.
Задача изобретения – создание устройства для достоверного контроля скорости повышения температуры элементов трансмиссии.
Новый технический результат заключается в обеспечении возможности контроля элементов механических трансмиссий путем непрерывного наблюдения за скоростью увеличения температуры.
Технический результат достигается тем, что регистратор неисправности элементов трансмиссии включает, фотоэлементы инфракрасного излучения, объектив,причем устройство содержит только два фотоэлемента инфракрасного излучения с разной скоростью изменения сопротивления, два резистора, которые включены в измерительный мост, последовательно, с одним из фотоэлементов соединен ограничивающий резистор, измерительная диагональ моста соединена с входом компаратора, выход которого соединен с управляющим электродом тиристора, в исполнительную цепь которого включен световой индикатор, все детали расположены на плате, закрепленной неподвижно в корпусе.
Регистратор неисправности элементов трансмиссии состоит из объектива 1, направленного на контролируемый объект 2. В пространстве изображений объектива 1 установлены инфракрасные фотоэлементы 3 и 4, отличающиеся между собой скоростью изменения сопротивления. У фотоэлемента 4 скорость изменения сопротивления меньше, чем у фотоэлемента 3. Последовательно с фотоэлементом 4 установлен ограничивающий резистор 5.  Фотоэлементы 3 и 4, ограничивающий резистор 5 и резисторы 6 и 7 образуют измерительный мост, диагональ питания которого подключена через контакты 8 и 9 к источнику питания (не показан). К измерительной диагонали моста подключен компаратор 10, выход которого соединен с управляющим электродом тиристора 11, в исполнительную цепь которого включен световой индикатор 12. Все детали устройства установлены и закреплены любым доступным способом в корпусе (не показан), а соединения деталей выполнены в соответствии с приведенной принципиальной схемой, например, методом печатного монтажа.
Регистратор неисправности элементов трансмиссии работает следующим образом. Регистратор устанавливается бесконтактно относительно исследуемого объекта трансмиссии 2 так, чтобы объект был расположен в фокусе объектива 1, после чего производятся все необходимые электрические соединения.
Инфракрасное излучение от тепловыделяющего контролируемого объекта трансмиссии 2 через объектив 1 поступает на фотоэлементы инфракрасного излучения 3 и 4, уменьшая их сопротивление, на датчик через контакты 8 и 9 подается питающее напряжение. Сопротивление элементов (3, 4, 5, 6, 7) измерительного моста подобрано таким образом, чтобы на входы компаратора 10 поступала разность напряжения, обеспечивающая на его выходе отсутствие напряжения или логический «0». Тиристор 11 закрыт, индикатор 12 не светится – датчик находится в режиме ожидания.
В случае интенсивного механического изнашивания (неисправности) контролируемого объекта 2 он начинает выделять большее количество теплоты и нагревается, что приводит к уменьшению сопротивления фотоэлементов инфракрасного излучения 3 и 4. Как только сопротивление фотоэлементов станет меньше сопротивления ограничительного резистора 5 равновесие моста изменится и на вход компаратора 10 попадет разница напряжений, обеспечивающая напряжение на его выходе (или логическую «1»). Тиристор 11 откроется, а индикатор 12 начнет светиться, сигнализируя о неисправности элементов трансмиссии. Сопротивление ограничительного резистора подобрано таким образом, чтобы датчик срабатывал на определенное пороговое значение температуры. Таким значением, например, может быть величина температуры отпуска стали (≈ 150 ºС).
Для исключения воздействия внешних температурных полей на исследуемый объект 2 регистратор позволяет контролировать не только достижение максимального значения температуры, но также и значительное увеличение скорости ее роста, что характеризует значительное увеличение выделения теплоты от неисправного элемента трансмиссии. При резком повышении температуры контролируемого объекта 2 сопротивление фотоэлемента 4 уменьшается медленнее, чем фотоэлемента 3, что приводит к разбалансировке измерительного моста. При этом на вход компаратора 10 попадет разница напряжений, обеспечивающая напряжение на его выходе (или логическую «1»). Тиристор 11 откроется, а индикатор 12 начнет светиться, сигнализируя о неисправности трансмиссии.
Предлагаемый регистратор неисправности трансмиссии, в отличие от прототипа [Пат. РФ № 2393441], обеспечивает контроль скорости увеличения температуры. Контроль скорости увеличения температуры происходит следующим образом. При резком повышении температуры контролируемого объекта 2 сопротивление фотоэлемента 4 уменьшается медленнее, чем фотоэлемента 3, что приводит к разбалансировке измерительного моста. При этом на вход компаратора 10 попадет разница напряжений, обеспечивающая напряжение на его выходе (или логическую «1»). Тиристор 11 откроется, а индикатор 12 начнет светиться, сигнализируя о неисправности трансмиссии.
Применение регистратора позволяет осуществить бесконтактный и непрерывный контроль температуры элементов механических трансмиссий как средство обеспечения мониторинга неисправностей.