СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ СТРУКТУРНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ В МНОГОПОТОЧНЫХ ЗУБЧАТЫХ ПРИВОДНЫХ МЕХАНИЗМАХ Российский патент 1996 года по МПК G01M13/02 

Изобретение относится к способам контроля состояния зубчатых приводных механизмов, а более конкретно к способам обнаружения неисправностей вертолетного редуктора крутящего момента во время его работы.

Известен зубчатый приводной механизм, используемый для привода несущего винта вертолета, в конструкции которого имеется измеритель крутящего момента [1] Сигнал от датчика крутящего момента обрабатывается в электронных блоках и поступает на регистрирующий прибор, установленный в кабине пилота. Такое измерение крутящего момента позволяет косвенно судить о целости и работоспособности зубчатого механизма. Однако не дает возможности контролировать и фиксировать его структурные повреждения и расцепления в кинематической цепи механизма.

Настоящим изобретением решается задача своевременного выявления структурных повреждений, т.е. выявления расцепления кинематической цепи в многопоточных, в том числе многоступенчатых зубчатых механизмах. Такое выявление повреждений, например, повышает безопасность полетов при использовании данного способа в главных редукторах вертолетов, решает задачу, связанную с эксплуатацией зубчатых механизмов по состоянию, а не по расчетному ресурсу.

Упомянутые выше задачи решены благодаря способу выявления структурных повреждений в многопоточных зубчатых приводных механизмах, содержащих узлы разделения и объединения мощности и образующих замкнутые контуры, заключающемся в том, что измеряют крутящий момент в одном из элементов механизма и на основании этого измерения формируют сигнал для устройства, сигнализирующего о повреждении, отличающийся тем, что за элемент механизма принимают один из замкнутых контуров, а крутящие моменты измеряют на нескольких его потоках, сравнивают их между собой, а сигнал для устройства, сигнализирующего о повреждении, формируют при их неравенстве.

В случае привода зубчатого приводного механизма от нескольких двигателей дополнительно измеряют величины крутящих моментов на входных валах зубчатого механизма, сравнивают их с величинами крутящих моментов в соответствующих параллельных потоках, а сигнал для устройства, сигнализирующего о повреждении, формируют при их неравенстве.

В исправном зубчатом механизме, например, с приводом от двух двигателей, постоянно выдерживается условие
A×u×N = a+Δ
B×u×N = b+Δ,
где A крутящий момент на входе в зубчатый механизм от одного двигателя;
B крутящий момент на входе в зубчатый механизм от второго двигателя;
u передаточное число;
N количество параллельных ветвей в зубчатом механизме;
a крутящий момент в одной из параллельных ветвей, соответствующий крутящему моменту A;
b крутящий момент в одной из параллельных ветвей, соответствующий крутящему моменту B.

Это условие может быть преобразовано в следующий вид:
a = b ± Δ,,
где Δ заложенная в системе погрешность измерения крутящего момента, равная, например, 0,05 а.

При структурном повреждении (расцеплении кинематической цепи) в любой ступени это условие нарушается, т.к. мощность перераспределяется по сохранившимся звеньям пропорционально их крутильной жесткости, и
a ≠ b ± Δ.
Изменение крутящих моментов в параллельных ветвях может происходить как по величине, так и по направлению и зависит от того, в каком месте произошло расцепление.

При исправно работающем многопоточном зубчатом механизме
a k • A
b k • B,
где k коэффициент пропорциональности, равный отношению величин крутящих момент в соответствующих валах.

Условия, при которых должен выдаваться или отсутствовать сигнал о разрушении при работающих двигателях (условно A 1 и B 1):
a = b ± Δ
сигнал отсутствует
a ≠ b ± Δ
выдается сигнал о разрушении.

Однако эти условия недостаточны, т.к. возможен переток мощности при одном работающем двигателе или при разнице мощностей, выдаваемых двигателями. Поэтому необходимо сравнивать между собой не только величины крутящих моментов в параллельных ветвях, но и величины этих крутящих моментов с соответствующими величинами крутящих моментов на входных валах. Тогда
при A 1; B 0
a = k×A ± Δ
сигнал отсутствует
при A 0; B 1
b = k×B ± Δ
сигнал отсутствует
при A 1; B 0
a ≠ k×A ± Δ
выдается сигнал о разрушении
при A 0; B 1
b ≠ k×B ± Δ
выдается сигнал о разрушении
На фиг. 1 изображена кинематическая схема главного редуктора вертолета МИ-26; на фиг. 2 условное изображение кинематической схемы редуктора, изображенной на фиг. 1; на фиг. 3 схема размещения элементов системы выявления структурных повреждений редуктора, реализующей предлагаемый способ; на фиг. 4 схема распределения коэффициентов неравномерности крутящего момента по потокам редуктора при отсутствии разрушений; на фиг. 5 схема распределения коэффициентов неравномерности крутящего момента по потокам редуктора при разрушении звена контура привода трансмиссии хвостового вала; на фиг. 6, 7 схема распределения коэффициентов неравномерности крутящего момента по потокам редуктора при разрушении вала, передающего крутящий момент на первую ступень редукции или вала, соединяющего первую ступень со второй; на фиг. 8 схема распределения коэффициентов неравномерности крутящего момента по потокам редуктора при разрушении элементов второй ступени; на фиг. 9 - схема распределения коэффициентов неравномерности крутящего момента по потокам редуктора при разрушении элементов третьей ступени; на фиг. 10 схема распределения коэффициентов неравномерности крутящего момента по потокам редуктора при отсутствии разрушений при работе от одного двигателя; на фиг. 11 15 схемы распределения коэффициентов неравномерности при разрушении тех же элементов, что и на фиг. 5 9, но при работе от одного двигателя.

Стрелки на схемах указывают направление передачи мощности, а числовые значения у стрелок показывают величину коэффициента неравномерности крутящего момента Т для каждого звена.

Т=Мн/Мр,
где Мн крутящий момент в звене при нормальной работе;
Мр крутящий момент в звене при каком-либо структурном повреждении.

Главный редуктор вертолета Ми-2 является многопоточным трехступенчатым с зубчатыми колесами внешнего зацепления с приводом от двух двигателей с двумя выходами: один на вал ротора несущего винта, другой на хвостовую трансмиссию.

На фиг. 1 показано: 1 и 2 входные валы от приводных двигателей; 3 - выходной вал на привод несущего винта; 4 выходной вал на хвостовую трансмиссию; 5 первая ступень редукции; 6 вторая ступень редукции; 7 - третья ступень редукции; 8 узел разделения мощности от двигателя на два потока (на каждом входе) и на ветви подводящие мощность к выходному валу на хвостовую трансмиссию; 9 параллельные ветви кинематической цепи, по которым мощность подводится к коническим передачам первой ступени; 10 параллельные ветви (указаны две из четырех) подвода мощности к цилиндрической передаче второй ступени; 11 параллельные ветви (указаны четыре из шестнадцати) подвода мощности к цилиндрической передаче третьей ступени; 12, 13 - параллельные ветви подвода мощности к приводу на хвостовую трансмиссию; 14, 15 устройства, измеряющие крутящий момент на входных валах от двигателей; 16,17 устройства, измеряющие крутящий момент на валах привода хвостовой трансмиссии.

На представленной в качестве примера реализации предлагаемого способа схема размещения элементов системы выявления структурных повреждений видно, что измерители крутящего момента (ИКМ) 14, 15 установлены соответственно на входных валах 1 и 2. На валах 12, 13 подвода мощности к приводу хвостовой трансмиссии установлены ИКМ 16 и 17. В цифровое вычислительное устройство (ЦВУ) 18 поступают сигналы от ИКМ 14 17, а из ЦВУ или на стрелочный прибор 19, или на сигнальную лампу 20, либо на дисплей 21.

Работа такой системы выявления структурных повреждений редуктора происходит следующим образом. При полной исправности редуктора и его работе от двух приводных двигателей сигналы от ИКМ 14 17, поступают на ЦВУ 18 и, поскольку величины крутящих моментов на этих валах соответствуют коэффициенту неравномерности Т 1, сигнал о неисправности отсутствует.

На фиг. 5 показано структурное повреждение, произошедшее в одном из валов привода хвостовой трансмиссии (коэффициент Т 0). В этом случае при исправно работающих приводных двигателях, в другом параллельном потоке замкнутого контура величина крутящего момента будет соответствовать коэффициенту Т 2, а из ИКМ 12 сигнал, соответствующий коэффициенту Т 0. Из ИКМ 14 и 15 поступит сигнал, соответствующий коэффициенту Т 1. При таких сигналах из ЦВУ 18 пойдет сигнал на сигнальное устройство 19 (20; 21) о повреждении редуктора.

На фиг. 6 9 показаны различные места повреждений при нормальной работе приводных двигателей. Из этих схем видно, что в любом случае, где бы не произошло разрушение в редукторе, оно отразится на направлении передачи мощности и на величинах крутящего момента в других звеньях. Эти изменения будут пропорциональны коэффициенту неравномерности Т. Сигналы от ИКМ 12, 13, пропорциональные коэффициенту Т, поступят в ЦВУ и после их обработки приведут к подаче сигнала пилоту о разрушении редуктора.

Величины коэффициента Т, представленные на этих схемах, наглядно показывают его изменения в связи с различными местами разрушения.

Условия, при которых должен выдаваться или отсутствовать сигнал о разрушении при исправно работающих приводных двигателях
(A 1 и B 1)
a ≠ b ± Δ
Изобретение позволяет своевременно диагностировать состояние главного редуктора вертолета и его трансмиссии, тем самым повысить безопасность полетов. Оно решает часть проблем, связанных с эксплуатацией по состоянию: при наличии анализирующих устройств выдавать пилоту рекомендации о характере его последующих действий в зависимости от серьезности возможных последствий этих повреждений. ЫЫЫ14

Использование: машиностроение, способы контроля состояния зубчатых приводных механизмов. Сущность изобретения: крутящие моменты измеряют на нескольких параллельных потоках одного из замкнутых контуров, сравнивают их между собой, и при неравенстве формируют сигнал для устройства, сигнализирующего о повреждении. Кроме того, дополнительно измеряют величины крутящих моментов на входных валах зубчатого механизма, сравнивают их с величинами крутящих моментов в соответствующих параллельных потоках, а сигнал для устройства, сигнализирующего о повреждении, формируют при их неравенстве. 1 з. п. ф-лы, 15 ил.

1. Способ выявления структурных повреждений в многопоточных зубчатых приводных механизмах, содержащих узлы разделения и объединения мощности и образующих замкнутые контуры, заключающийся в том, что измеряют крутящий момент в одном из элементов механизма и на основании этого измерения формируют сигнал для устройства, сигнализирующего о повреждении, отличающийся тем, что за элемент механизма принимают один из замкнутых контуров, крутящие моменты измеряют на нескольких его параллельных потоках, сравнивают их между собой, а сигнал для устройства, сигнализирующего о повреждении, формируют при их неравенстве. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно измеряют величины крутящих моментов на входных валах зубчатого механизма, сравнивают их с величинами крутящих моментов в соответствующих параллельных потоках, а сигнал для устройства, сигнализирующего о повреждении, формируют при их неравенстве.