ФЕРРОГРАФ ДЛЯ ТЕКУЩЕЙ ДИАГНОСТИКИ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ Российский патент 2000 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для наблюдения за динамикой изнашивания узла трения в процессе его приработки и (или) эксплуатации, например, в двигателе внутреннего сгорания, коробке передач, редукторе, подшипнике и т.п. Также может быть использовано для определения концентрации частиц различных размеров или магнитных моментов при производстве ферро-и парамагнитных порошков.

Известны устройства для наблюдения за динамикой приработки и эксплуатации машин и механизмов на основе различных методов: индукционного, емкостного, оптического, магнитного.

Например, известно устройство [1] для контроля динамики изнашивания двигателя внутреннего сгорания в период приработки. Устройство содержит фильтр механических примесей, установленный между двумя емкостными датчиками, по разности параметров которых определяют качественно наличие примесей и, соответственно, состояние механизма двигателя. Однако данное устройство позволяет определять состояние механизма только до засорения фильтра. Далее требуется производить вскрытие системы, замену или очистку фильтра, что требует специального останова двигателя и дополнительных трудозатрат.

Известно также устройство - прямопоказывающий феррограф, на основе фотометрического метода измерения концентрации частиц [2]. Феррограф содержит маслопровод, два магнита, создающие поля слабой и сильной напряженности, источник света, два световода, два фоторезистора и электронный блок, в котором происходит вычисление концентрации крупных и мелких частиц, а также индекса интенсивности изнашивания. Но это устройство требует для проведения корректных измерений относительно чистого масла и дополнительного разведения его при больших концентрациях продуктов износа. Дополнительную погрешность вносит наличие в смазке образовавшихся в процессе работы механизма частиц полимеров трения, сажи, а также попадание в масло грязи в виде частиц песка, земли и т.д.

Известен также феррограф, монтируемый в смазочную магистраль [2], содержащий маслопровод, два магнита, создающие поля слабой и сильной напряженности, два конденсатора и электронный блок для вычисления концентрации крупных и мелких частиц, и вычисления индекса интенсивности изнашивания. Чувствительный к концентрации частиц элемент этого феррографа представляет собой намагниченную пластину конденсатора, емкость которого изменяется при высаживании на нее частиц износа из протекающего через объем конденсатора масла. Однако высаживание частиц на пластину конденсатора с течением времени непрерывно изменяет условия определения концентрации частиц, так как высаженные частицы уменьшают величину магнитного поля в объеме конденсатора, а также уменьшают просвет маслопровода, изменяя в результате этого скорость потока масла в этом месте. Эти явления оказываются опасными при начале процесса катастрофического разрушения или кратковременных форсированных нагрузках двигателя или механизма, так как маскируется начало и течение этих процессов за счет искажения действительного соотношения между концентрацией крупных и мелких частиц износа в масле.

В связи с тем, что высаживание частиц из масла происходит по величине их магнитного момента, а намагниченность и объем частиц износа зависит от химсостава трущихся деталей и технологии поверхностного упрочнения (объемная закалка, закалка токами высокой частоты, цементация, азотирование, лазерное упрочнение и т. д.), наименьшая погрешность рассмотренных выше феррографов при определении концентрации частиц будет только в случае трения деталей одинакового химсостава и технологии изготовления или деталей из магнитного и немагнитного материала. На практике часто необходимо контролировать износ пар трения из ферро- и (или) парамагнитных сталей различного химсостава и (или) технологии изготовления.

Сущность предлагаемого авторами изобретения заключается в том, что феррограф для текущей диагностики машин и механизмов содержит один конденсатор, расположенный в потоке масла с частицами износа, один магнит, расположенный вне потока масла, управляемый устройством вторичного преобразования сигнала, которое задает поля различной напряженности, а длительность существования этих полей определяется временем достижения заданного изменения емкости конденсатора. Предлагаемая совокупность существенных признаков расширяет диагностические возможности феррографа, повышает точность и увеличивает диапазон определения концентрации частиц, отличающихся по магнитному моменту, объему, намагниченности.

Расширение диагностических возможностей феррографа достигается увеличением числа градаций напряженности магнитного поля (более двух), при которых происходит высадка частиц на пластины (у) конденсатора. Это позволяет в случае отличия частиц износа (или частиц порошка) от различных деталей механизма по объему и (или) намагниченности производить оценку их износа раздельно. Повышение точности определения концентрации частиц и индекса интенсивности изнашивания деталей в феррографе достигается стабилизацией условий высадки частиц за счет вариации времени накопления частиц на обкладках конденсатора в зависимости от их концентрации: чем больше концентрация, тем меньше время их высадки, и наоборот, чем меньше концентрация, тем продолжительнее время их высадки. Это обеспечивает приблизительно одинаковый объем высаженных частиц, отличающихся по размерам и (или) намагниченности при любых концентрациях. Величина этого объема зависит от чувствительности устройства вторичного преобразования сигнала и может быть очень малой. Расширение диапазона определения концентрации частиц, отличающихся по объему и (или) намагниченности, осуществляется тем, что в качестве управляемого магнита используется электромагнит и (или) постоянный магнит, например, с большой энергией из сплавов на основе редких земель (SmCO₅, Sm₂ CO₁₇ и т.д.), расположенный вне потока масла.

Феррограф (см. чертеж) состоит из: маслопровода 1, содержащего масло с частицами 2, на внутренних стенках которого закреплены пластины конденсатора 3; управляемого магнита 4, расположенного снаружи маслопровода? и устройства вторичного преобразования сигнала 5. Пластины конденсатора 3 и управляемый магнит 4 подключены к устройству вторичного преобразования сигнала 5.

Устройство вторичного преобразования сигнала 5 осуществляет измерение емкости конденсатора 3, запоминание результата этого измерения, сравнение исходной (до высадки частиц) и текущей (во время высадки частиц) емкости конденсатора 3, включение и выключение магнитного поля управляемым магнитом в объеме конденсатора 3; задание паузы между измерениями концентрации частиц, вычисление ее и индекса интенсивности изнашивания деталей, запоминание результатов и индикацию их. Управление магнитным полем в объеме конденсатора 3 при использовании электромагнита 4 осуществляется путем включения и выключения в его обмотке тока, а в случае применения постоянного магнита путем приближения и удаления магнита относительно пластин(ы) конденсатора с помощью исполнительного устройства по сигналам, поступающим с устройства вторичного преобразования сигнала 5.

Феррограф работает следующим образом. Поток масла с частицами 2 проходит через объем конденсатора 3. Устройством вторичного преобразования сигнала 5 производится измерение исходной (до высадки частиц) емкости конденсатора 3 и запоминание ее величины. Далее, этим же устройством в объеме конденсатора 3, управляемым магнитом 5, включается магнитное поле заданной напряженности, которое высаживает частицы на пластины(у) конденсатора 3, и производится фиксация начала отсчета времени высаживания частиц. По мере высаживания частиц емкость конденсатора 3 непрерывно увеличивается. Устройство вторичного преобразования сигнала производит сравнение увеличивающегося значения емкости с исходной. При достижении заданного значения изменения емкости конденсатора 3 устройство вторичного преобразования сигнала производит выключение магнитного поля в объеме конденсатора 3 и фиксирует конец отсчета времени высаживания частиц. Интервал времени существования магнитного поля оказывается связанным с концентрацией частиц. Величина интервала времени запоминается устройством вторичного преобразования сигнала, и с учетом коэффициента связи выдается на отсчетное устройство, и используется для вычисления индекса интенсивности изнашивания деталей. После выключения магнитного поля в объеме конденсатора 3 в течение паузы между измерениями концентрации, задаваемой устройством вторичного преобразования сигнала, происходит смыв частиц с пластин(ы) конденсатора потоком масла с частицами. Это восстанавливает концентрационный состав частиц в масле к следующему измерению. По окончании паузы снова производится измерение исходной емкости конденсатора 3. Затем управляемым магнитом 5 в объеме конденсатора 3 включается магнитное поле другой заданной напряженности, и далее цикл повторяется в соответствии с количеством заданных напряженностей магнитного поля.

Информация, принятая во внимание.

1. Авторское свидетельство SU 1695213 А1 кл G01 N 27/22, 1989 г.

2. Заславский Ю. С. Трибология смазочных материалов, М, Химия, 1991 г., стр. 57-73.

Феррограф для текущей диагностики машин и механизмов относится к области измерительной техники и используется для наблюдения за динамикой изнашивания узла трения в процессе его приработки и(или) эксплуатации, например, в двигателе внутреннего сгорания, коробке передач, редукторе, подшипнике и т. п. Также может быть использован для определения концентрации частиц различных размеров и(или) намагниченности при производстве ферро- и парамагнитных порошков. Феррограф содержит один конденсатор и один управляемый магнит, расположенный вне потока масла, создающий в объеме конденсатора поочередно магнитное поле различной напряженности (более двух). Длительность существования магнитного поля определяется устройством вторичного преобразования сигнала, содержащего блок измерения времени достижения заданного изменения емкости конденсатора для заданной напряженности магнитного поля. Техническим результатом изобретения является расширение диагностических возможностей феррографа, повышение точности и увеличение диапазона определения размеров частиц и их концентрации, отличающихся по объему и(или) намагниченности. 1 ил.

Феррограф для текущей диагностики машин и механизмов, содержащий конденсатор, расположенный в потоке масла с частицами износа, подключенный к устройству вторичного преобразования сигнала, магнит, расположенный вне потока масла и создающий в объеме конденсатора магнитное поле, отличающийся тем, что магнит выполнен управляемым и соединен с устройством вторичного преобразования сигнала, выполненным с возможностью поочередного задания магнитных полей различной напряженности, длительность существования которых определяется временем достижения заданного изменения емкости конденсатора.