Устройство для испытания манжетного уплотнения Российский патент 2021 года по МПК G01M13/05 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля рабочих характеристик эластомерных уплотнений, например манжетных, широко применяемых в различных отраслях техники (машиностроении, автомобиле- и тракторостроении, авиации и т.д.).

Известно устройство для измерения ширины контакта манжетного уплотнения с валом (SU №504072 А1, G01B 7/02, от 25.02.1976), которое состоит из имитатора вала, выполненного из непроводящего электрический ток материала, проводника электрического тока, укрепленного на цилиндрической части имитатора вала, двух электродов, электролитической ванны и омметра. Проводник выполнен в виде проволочной спирали, навитой с постоянным шагом на имитатор вала, и заглублен на половину диаметра проволоки, выступающая часть которой удалена заподлицо с поверхностью имитатора вала. Манжетное уплотнение разделяет электролитическую ванну на два самостоятельных объема, а в месте его контакта с имитатором вала изолирует часть проволоки от прямого контакта с жидким проводником. О ширине контакта манжетного уплотнения с валом судят по показаниях омметра, пропорциональным длине проволоки, закрываемой уплотнением.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является устройство для испытания манжетного уплотнения (SU №702204 А1, F16J 15/32, от 05.12.1979), которое представляет собой корпус, заполненный электропроводящей жидкостью. В корпусе размещаются исследуемое и вспомогательное манжетное уплотнение, а также полый вал. В теле вала, уложены последовательно в ряд зондирующие электроды, которые своими торцами выведены на поверхность вала по линии, параллельной его образующей. Внутри полого вала размещается источник питания и измерительное устройство. Исследуемое манжетное уплотнение изолирует часть торцов зондирующих электродов от электропроводящей жидкости. По количеству зондирующих электродов, контактирующих с электропроводящей жидкостью, определяют ширину контакта манжетного уплотнения с валом.

Недостатками описанных устройств являются:

- недостаточная точность, обусловленная аналоговой обработкой измерительной информации, получаемой в дискретной форме;

- наличие помех, обусловленных щеточными контактами в цепях передачи измерительной информации,

- невозможность измерять мгновенное значение ширины контакта манжетного уплотнения с валом одновременно и локально в нескольких точках по окружности вала,

- невозможность автоматически формировать графики зависимостей ширины или смещения контакта манжетного уплотнения вдоль вала одновременно в различных точках этого контакта от времени или частоты вращения вала.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в повышении точности измерения ширины контакта манжетного уплотнения с валом, устранение помех в цепях передачи измерительной информации, наличие возможности измерять мгновенное значение ширины контакта манжетного уплотнения с валом, а также смещения зоны контакта вдоль оси вала, одновременно и локально в нескольких точках по окружности вала и автоматически формировать графики зависимостей ширины или смещения контакта манжетного уплотнения с валом одновременно в различных точках этого контакта от времени или частоты вращения вала.

Сущность изобретения достигается тем, что устройство для испытания манжетного уплотнения, установленного в заполненной электропроводящей жидкостью полости корпуса, снабженное выходящими на поверхность контакта манжеты с полым валом зондирующими электродами, соединенными с источником питания и ограничительными резисторами, в котором для одновременного измерения величины продольного смещения зоны контакта по валу и ширины этого контакта в зависимости от угла поворота вала относительно манжеты, зондирующие электроды расположены в теле вала, уложены последовательно в ряд и выведены на поверхность вала по линии примерно параллельной его оси, при этом зондирующие электроды соединены с источником питания и ограничительными резисторами, дополнительно содержит второе вспомогательное манжетное уплотнение, а зондирующие электроды подключены к входам электронных усилителей, выходы которых подключены к укрепленному в торце полого вала светодиодному табло для передачи светового потока в приемный блок, при этом управление электроприводом осуществляется от электронно-вычислительной машины с помощью цифроаналогового преобразователя и усилителя мощности.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 показана конструкция измерительного блока устройства, на фиг. 3 показано светодиодное индикаторное табло для двух групп светодиодов, на фиг. 4 показано светодиодное индикаторное табло для четырех групп светодиодов.

Структурная схема устройства содержит: 1 - электропривод, 2 - измерительный блок, 3 - светодиодное индикаторное табло, 4 - объектив, 5 - матрица из приборов с зарядовой связью (ПЗС - матрица), 6 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП), 7 - схема управления, 8 - усилитель мощности (УМ), 9 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), 10 -электронно-вычислительная машина (ЭВМ), 11 - регулируемый электропривод, 12- приемный блок.

На фиг. 2 показаны следующие узлы и детали измерительного блока устройства: 13, 16 - ограничительные резисторы для ограничения тока через зондирующие электроды 29, 38; 14 - муфта для связи с электродвигателем 1; 15 - блок питания для питания электронной схемы; 17 - полый вал для контакта с исследуемым манжетным уплотнением 24 и вспомогательными манжетными уплотнениями 21, 27; 18 - подшипник скольжения для фиксации полого вала 17 в корпусе 19; 19 - корпус для размещения в нем узлов и деталей измерительного блока; 20, 22, 25, 28 - установочные кольца для фиксации исследуемого манжетного уплотнения 24 и вспомогательных манжетных уплотнений 21, 27 в корпусе 19; 21, 27 - вспомогательные манжетные уплотнения для создания полостей под электропроводящую жидкость, 23, 26 - заливочные отверстия для заливки электропроводящей жидкости, 24 - исследуемое манжетное уплотнение, 29, 38 - зондирующие электроды; 30 - крышка корпуса; 31 - подшипник скольжения для фиксации полого вала 17 в крышке корпуса 30; 32, 33 - блоки электронных усилителей для усиления сигналов с зондирующих электродов 29, 38; 35 - маркерный светодиод для фиксации центра табло 37; 34, 36 - информационные светодиоды для передачи измерительной информации в приемный блок 12; 37 - информационное табло для размещения информационных светодиодов; Между вспомогательными манжетными уплотнениями 21, 27 и исследуемым уплотнением 24 залита электропроводящая жидкость.

При работе устройства сигнал с каждого зондирующего электрода проходит 4 стадии:

- преобразование электрического сигнала в оптический,

- передача оптического сигнала с вращающего вала в приемный блок,

- преобразование оптического сигнала в электрический сигнал,

- формирования измерительной информации.

Стадия преобразования электрического сигнала в оптический реализуется тем, что каждый зондирующий электрод подключен ко входу соответствующего электронного усилителя, а нагрузкой усилителя служит светодиод, размещенный на световом табло, прикрепленное к торцу вала.

Стадия передачи оптического сигнала с вращающего вала в приемный блок осуществляется путем передачи оптического сигнала от светодиодов, размещенных на световом табло, через объектив на ПЗС-матрицу.

Стадия преобразования оптического сигнала в электрический сигнал выполняется путем управления работой ПЗС-матрицы от ЭВМ через схему управления с дальнейшей передачей электрических сигналов от ПЗС-матрицы в АЦП, а затем в ЭВМ на обработку.

Стадия формирования измерительной информации осуществляется путем формирования базы данных измерительной информации в памяти ЭВМ с последующей обработкой этих данных по заданной программе в зависимости от целей исследования или контроля. Вывод измерительной информации производится на принтер или дисплей.

Работа устройства для испытания манжетных уплотнений состоит в следующем. Регулируемый электропривод 11 передает вращающий момент в измерительный блок 2, где находятся исследуемое манжетное уплотнение, полый вал и электронная схема измерения мгновенного значения ширины и смещения контакта манжетного уплотнения одновременно и локально в нескольких точках по окружности вала. Схема, размещенная внутри полого вала, служит также для преобразования мгновенного значения ширины и смещения контакта манжетного уплотнения с валом в дискретный сигнал. Этот сигнал поступает в светодиодное индикаторное табло 3, прикрепленное к торцу полого вала. Оптический сигнал от светодиодов этого табло поступает через объектив 4 в ПЗС-матрицу 5, которая управляется схемой управления 7 с помощью ЭВМ 10. В ПЗС-матрице 5 происходит преобразование оптического сигнала в электрический сигнал, который поступает через АЦП 6 в ЭВМ 10 для обработки и выработки выходного сигнала в зависимости от целей и программы исследования манжетного уплотнения.

Основными функциональными элементами устройства являются: регулируемый электропривод 11, измерительный блок, светодиодное индикаторное табло, приемный блок, электронно-вычислительная машина.

Регулируемый электропривод 11 состоит из приводного электродвигателя постоянного тока 1 и схемы управления. В состав схемы управления приводного электродвигателя 1 входят усилитель мощности 8, который питает цепь якоря двигателя 1, а также цифроаналоговый преобразователь 9, преобразующий цифровой код, поступающий от ЭВМ 10 в аналоговый сигнал, необходимый для управления приводным электродвигателем 1. Благодаря применению в приводном электродвигателе 1 независимого возбуждения имеется возможность регулировать в широких пределах частоту вращения вала двигателя. Частота вращения приводного электродвигателя определяется целями исследования манжетного уплотнения. Программа исследования записывается в память ЭВМ 10.

Особенности конструкции измерительного блока состоят в следующем.

Полый вал 17 имеет от одного до нескольких продольных пазов, в каждом из которых уложен один ряд изолированных между собой зондируюших электродов 29, 38. Торцовые части зондируюших электродов срезаны заподлицо с наружной поверхностью полого вала и контактируют с исследуемым манжетным уплотнением 24 и жидким проводником. Количество пазов в полом валу определяется программой исследования манжетного уплотнения. Внутри полого вала 17 размещены блоки электронных усилителей 32, 33 и блок питания 15. Количество блоков электронных усилителей равно количеству пазов в полом валу. Зондируюшие проводники подключены ко входам блоков электронных усилителей, поэтому количество усилителей в блоке равно количеству зондируюших проводников в одном ряду. К торцу полого вала прикреплено светодиодное индикаторное табло 37. Светодиоды 34,36 соединены с выходами блоков электронных усилителей 32, 33.

Работа измерительного блока состоит в следующем. На зондирующие электроды 29, 38 через ограничительные резисторы 16, 13 подается напряжение смещения, равное логической единице относительно корпуса устройства 19 и полого вала 17. В зависимости от зоны контакта исследуемого манжетного уплотнения с полым валом торцы зондирующих электродов контактируют либо с материалом манжетного уплотнения, либо с проводящей жидкостью. Если торец зондирующего электрода контактирует с проводящей жидкостью, то напряжение становится равным уровню логического нуля, так как напряжение смещения через проводящую жидкость замыкается на корпус и полый вал. Напряжения с одной группы зондирующих электродов поступает на входы соответствующего блока электронных усилителей и после усиления по мощности подается на светодиоды, расположенные в светодиодном индикаторном табло 37. На светодиодном индикаторном табло 37 светятся только те светодиоды, которые через электронные усилители соединены с зондирующими электродами, находящимися в зоне контакта исследуемого манжетного уплотнения с валом и поэтому не контактируют с электропроводящей жидкостью. По количеству светящихся светодиодов в одной группе можно определить мгновенное значение ширины контакта исследуемого манжетного уплотнения 24 с соответствующим пазом полого вала 17.

Светодиодное индикаторное табло может иметь различное исполнение.

На Фиг. 3 показан вариант исполнения светодиодного индикаторного табло для двух групп светодиодов. На Фиг. 4 показан вариант исполнения светодиодного индикаторного табло для четырех групп светодиодов. Для обозначения оси вала в центре табло установлен маркерный светодиод 35. Остальные светодиоды имеют информационную функцию. Количество групп светодиодов равно количеству пазов в полом валу. Количество светодиодов в группе равно количеству зондируюших проводников в соответствующем пазу полого вала 17.

Приемный блок 12 служит для преобразования оптического сигнала в электрический с последующей селекцией и дискредитации этого сигнала и дальнейшей передачей его в ЭВМ 10. В состав приемного блока входят: объектив 4, ПЗС-матрица 5, АЦП 6 и схема управления 7. Управление приемным блоком осуществляется от ЭВМ 10.

Электронно-вычислительная машина 10 работает по заданной программе и выполняет следующие функции: прием и обработка информации, получаемой от ПЗС - матрицы 5, управление разверткой ПЗС - матрицы 5, управление частотой вращения регулируемого электропривода 11, вывод измеренных данных.

Подготовка устройства к работе заключается в следующем. В корпус устройства 19 помещают полый вал 17, а также установочные кольца 20, 22, 25, 28, вспомогательные манжетные уплотнения 21, 27 и исследуемое уплотнение 24. В полости между исследуемым уплотнением 24 и вспомогательными уплотнениями 21, 27 заливают электропроводящую жидкость. Сборка всего устройства производится таким образом, что середина ширины зоны контакта исследуемого манжетного уплотнения с полым валом 17 располагается на середине ряда зондирующих электродов.

Таким образом, рассмотренное устройство, в отличие от известных, позволяет повысить точность измерения за счет устранения помех в цепях передачи измерительной информации и позволяет измерять мгновенное значение ширины контакта манжетного уплотнения с валом, а также смещения контакта манжетного уплотнения вдоль вала одновременно и локально в нескольких точках по окружности вала, формировать графики зависимостей во времени ширины контакта и смещения манжетного уплотнения в заданных точках контакта с валом.

Использование: в технике измерений, для контроля рабочих характеристик эластомерных уплотнений, например манжетных. Сущность: устройство для испытания манжетного уплотнения, установленного в заполненной электропроводящей жидкостью полости корпуса, снабженное выходящими на поверхность контакта манжеты с полым валом зондирующими электродами, соединенными с источником питания и ограничительными резисторами, в котором для одновременного измерения величины продольного смещения зоны контакта по валу и ширины этого контакта в зависимости от угла поворота вала относительно манжеты, зондирующие электроды расположены в теле вала, уложены последовательно в ряд и выведены на поверхность вала по линии, примерно параллельной его оси, при этом зондирующие электроды соединены с источником питания и ограничительными резисторами, дополнительно содержит второе вспомогательное манжетное уплотнение, а зондирующие электроды подключены к входам электронных усилителей, выходы которых подключены к укрепленному в торце полого вала светодиодному табло для передачи светового потока в приемный блок, при этом управление электроприводом осуществляется от электронно-вычислительной машины с помощью цифро-аналогового преобразователя и усилителя мощности. Технический результат заключается в повышении точности измерения за счет устранения помех в цепях передачи измерительной информации, что позволяет измерять мгновенное значение ширины контакта манжетного уплотнения с валом, а также смещения контакта манжетного уплотнения вдоль вала одновременно и локально в нескольких точках по окружности вала, формировать графики зависимостей во времени ширины контакта и смещения манжетного уплотнения в заданных точках контакта с валом. 4 ил.

Устройство для испытания манжетного уплотнения, установленного в заполненной электропроводящей жидкостью полости корпуса, снабженное выходящими на поверхность контакта манжеты с полым валом зондирующими электродами, соединенными с источником питания и ограничительными резисторами, в котором для одновременного измерения величины продольного смещения зоны контакта по валу и ширины этого контакта в зависимости от угла поворота вала относительно манжеты, зондирующие электроды расположены в теле вала, уложены последовательно в ряд и выведены на поверхность вала по линии, примерно параллельной его оси, при этом зондирующие электроды соединены с источником питания и ограничительными резисторами, отличающееся тем, что дополнительно содержит второе вспомогательное манжетное уплотнение, а зондирующие электроды подключены к входам электронных усилителей, выходы которых подключены к укрепленному в торце полого вала светодиодному табло для передачи светового потока в приемный блок, при этом управление электроприводом осуществляется от электронно-вычислительной машины с помощью цифроаналогового преобразователя и усилителя мощности.