НАПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И МЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2023 года по МПК F16C17/24 

Область техники

Настоящее изобретение относится к направляющему устройству, содержащему металлический компонент, устройство обнаружения и беспроводное устройство связи. Областью настоящего изобретения является область устройств для направления подвижных частей в контакте с трением скольжения.

Уровень техники

Направляющие устройства согласно настоящему изобретению представляют собой, например, подшипниковый тип для направления оси, образующей шарнирное соединение строительной техники.

Устройства, установленные на технику, подвергаются высоким механическим нагрузкам. Превентивные и предупредительные эксплуатационные решения применяют во избежание дорогостоящего простоя.

Раскрытие изобретения

Целью настоящего изобретения является предоставление направляющего устройства, которое обеспечивает возможность выполнения операций по предупредительному техническому обслуживанию.

В связи с этим объект настоящего изобретения относится к направляющему устройству, содержащему:

- металлический компонент, обеспеченный поверхностью трения, предназначенной для размещения сопрягаемой детали в скользящем контакте трения;

- систему обнаружения износа поверхности трения или зазора между поверхностью трения и сопрягаемой деталью, причем система содержит один или более датчиков; и

- беспроводную систему связи, соединенную с системой обнаружения и выполненную с возможностью передачи информации, связанной с износом или зазором из направляющего устройства.

Таким образом, настоящее изобретение позволяет использовать устройство для передачи уровня износа или зазор металлического компонента трения для его замены до критической неисправности.

В соответствии с другими преимущественными характеристиками настоящего изобретения, взятыми отдельно или в комбинации:

- металлический компонент образован кольцевым вкладышем, имеющим радиальную толщину по меньшей мере 5 миллиметров;

- металлический компонент образован кольцевым вкладышем, имеющим радиальную толщину не более 15 миллиметров;

- направляющее устройство содержит смазку, расположенную на поверхности трения;

- поверхность трения содержит выемки, действующие как резервуар для смазки;
- выемки предусматривают полости;

- выемки предусматривают канавки;

- система обнаружения выполнена с возможностью обнаружения износа поверхности трения по меньшей мере в диапазоне углов в 3° вокруг центральной оси металлического компонента;

- система обнаружения выполнена с возможностью обнаружения износа на 360° вокруг центральной оси. В этом случае оператор, выполняющий установку направляющего устройства и его сопрягаемой детали, не должен обеспечивать правильную ориентацию системы обнаружения. В действительности, зона максимальной нагрузки обязательно находится в пределах диапазона углового обнаружения. Следовательно, сборка устройства упрощается:

- система обнаружения содержит множество датчиков, которые распределены вокруг центральной оси и которые обеспечивают обнаружение износа в диапазоне углов по меньшей мере в 120°;

- датчики обеспечивают обнаружение износа во множестве диапазонов углов;
- датчики распределены на 360° вокруг центральной оси;

- система обнаружения содержит три датчика, распределенных на 120° вокруг центральной оси;

- система обнаружения содержит четыре датчика, распределенных на 90° вокруг центральной оси;

- система обнаружения выполнена с возможностью обнаружения износа в одном диапазоне углов по меньшей мере в 3°, т. е. в одном направлении угла. В этом случае оператор, устанавливающий направляющее устройство и его сопрягаемую деталь, должен обеспечить правильную ориентацию системы обнаружения, причем диапазон углов обнаружения должен совпадать с зоной максимальной нагрузки. Устройство является более простым и более дешевым, но его сборка требует больше точности:
система обнаружения выполнена с возможностью обнаружения износа в диапазоне углов по меньшей мере в 60°, предпочтительно по меньшей мере 120°. Это обеспечивает хороший компромисс между стоимостью устройства, точностью обнаружения и точностью сборки:

- система обнаружения содержит один датчик, который обеспечивает обнаружение износа поверхности трения в по меньшей мере диапазоне углов в 3°;

- система обнаружения содержит множество датчиков, обеспечивающих обнаружение износа в диапазоне углов по меньшей мере в 60°. Датчики могут быть размещены в этом одном диапазоне углов в 60° или в более ограниченном диапазоне:

- датчик или датчики расположены исключительно на одной продольной стороне или на двух продольных сторонах вкладыша, причем каждая продольная сторона образована над не более чем двумя пятыми длины кольцевого вкладыша;

- каждая продольная сторона образована над третью длины кольцевого вкладыша;

- датчик или датчики расположены исключительно на одной продольной стороне вкладыша;

- датчик или датчики распределены по двум продольным сторонам вкладыша;
- один или каждый датчик содержит по меньшей мере один проводящий провод, один конец которого расположен на заданной глубине под поверхностью трения;

- система обнаружения выполнена с возможностью обнаружения разных порогов износа поверхности трения;

- один или каждый датчик содержит несколько проводящих проводов, концы которых расположены на разных глубинах под поверхностью трения;

- каждый датчик содержит средство указания своего углового положения вокруг центральной оси;

- каждый датчик содержит средство указания своего осевого положения вдоль поверхности трения;

- каждый датчик содержит средство указания своего радиального положения относительно поверхности трения;

- один или каждый датчик содержит цилиндрическую оболочку, размещенную в отверстии, проходящем через металлический компонент между поверхностью трения и противоположной поверхностью;

- средства радиального указания включают манжету, образованную на цилиндрической оболочке датчика;

- система обнаружения содержит проводящую полосу, которая, с одной стороны, размещена в кольцевой канавке, образованной на поверхности металлического компонента напротив поверхности трения, и которая, с другой стороны, соединена с каждым датчиком и с беспроводной системой связи;

- система связи содержит передатчик, выполненный с возможностью передачи информации через металлические компоненты, имеющие общую толщину более 10 миллиметров.

Объект настоящего изобретения также относится к механической системе, характеризующейся тем, что она содержит по меньшей мере одно направляющее устройство, как описано выше, и сопрягаемую деталь, установленную в скользящем контакте трения с поверхностью трения, предпочтительно с трением скольжения с колебательным движением.

Описание фигур

Настоящее изобретение станет более понятным благодаря следующему описанию, приведенному исключительно в качестве неограничивающего примера и выполненного со ссылкой на сопроводительные графические материалы, на которых:

на фиг. 1 представлен вид в перспективе механической системы в соответствии с настоящим изобретением, содержащей направляющее устройство и ось, установленную в устройстве;

на фиг. 2 представлен вид устройства сбоку в радиальном направлении;

на фиг. 3 представлено сечение вдоль линии III-III на фиг. 2;

на фиг. 4 представлено сечение вдоль линии IV-IV на фиг. 2;

на фиг. 5 представлен вид в увеличенном масштабе детали V на фиг. 4;

на фиг. 6 представлено сечение, подобное фиг. 4, показывающее вариант направляющего устройства с датчиками по обеим сторонам.

Подробное описание настоящего изобретения

На фиг. 1 и фиг. 5 показана механическая система 1 в соответствии с настоящим изобретением, содержащая направляющий вкладыш (10) в соответствии с настоящим изобретением и ось (2), установленную в устройство (10). В целях упрощения ось (2) представлена двумя штриховыми линиями. Устройство (10) предназначено для направления оси (2) в скользящем контакте трения, в частности, в скольжении с колебательным движением.

Колебательное движение соответствует неполному вращению, назад и вперед, вокруг центральной оси. Либо ось (2) выполняет колебательные движения в устройстве (10), либо устройство (10) выполняет колебательные движения вокруг оси (2). В обоих случаях нагрузки, оказываемые на устройство (10), образуют зону максимальной нагрузки, соответствующую конкретному угловому положению.

Смазка, предпочтительно консистентная смазка, расположена на поверхности трения между устройством (10) и осью (2).

Устройство (10) содержит металлический компонент (20) трения, систему (30) обнаружения и беспроводную систему (40) связи.

Металлический компонент (20) образован кольцевым вкладышем (21), обеспеченным внутренней поверхностью (22) и наружной поверхностью (23) с цилиндрическими профилями. Внутренняя поверхность (22) представляет собой поверхность трения, предназначенную для размещения оси (2) в скользящем контакте трения. Преимущественно поверхность (22) может содержать выемки, действующие как резервуар для смазки. Выемки могут предусматривать полости, канавки и/или другие типы выемок.

Поверхности (22, 23) содержат кольцевые канавки (24, 25) в центральной части, соединенные с помощью отверстий (26), проходящих через вкладыш (21). Элементы (24, 25, 26) представляют собой средства для смазывания поверхности (22). В одном варианте, например, в случае смазывания осью или стороной, вкладыш (21) может не содержать элементов (24, 25, 26). Средства для смазывания поверхности (22) могут быть любого типа, приспособленные для предполагаемого применения.

Поверхность (23), содержащая кольцевую канавку (27), образована на одной стороне канавки (25). Поверхности (22, 23) соединены с помощью отверстий (28), проходящих через вкладыш (21) на границе канавки (27). Элементы (27, 28) представляют собой средства для размещения системы (30) обнаружения. В одном варианте, если вкладыш (21) не содержит элементов (24, 25, 26), элементы (27, 28) могут быть расположены по центру.

В соответствии с другим вариантом канавка (27) может быть расположена в центральной части. В соответствии с дополнительным вариантом канавка (27) может быть расположена в центральной части, тогда как отверстия (28) расположены на стороне (29).

В продольном направлении вкладыша (21) можно выделить центральную часть и две продольные стороны (29), окружающие центральную часть. Каждая продольная сторона (29) образована над не более чем двумя пятыми длины вкладыша (21). Предпочтительно каждая продольная сторона (29) образована над третью длины вкладыша (21).

Толщина вкладыша (21) зависит от предусмотренного применения. Вкладыш (21) может иметь толщину в диапазоне от 5 до 15 миллиметров или более. Эта толщина определена в функциональном диапазоне поверхности (22) трения, за исключением любого заплечика, образованного на стороне (29).

Система (30) обнаружения выполнена с возможностью обнаружения износа поверхности (22) трения. В качестве альтернативы система (30) обнаружения может быть выполнена с возможностью обнаружения зазора между поверхностью (22) трения и поверхностью оси (2).

Система (30) обнаружения содержит проводящую полосу (31), множество датчиков (32), подсоединенных к полосе (31) с помощью проводящих проводов (33), и соединительный элемент (34), приспособленный для соединения системы (30) с системой (40). Полоса (31) состоит из слоя проводящих проводов, содержащего провода (33). Соединительный элемент (34) может содержать электронный чип, выполненный с возможностью преобразования информации, касающейся потери мощности, в информацию о глубине износа. В качестве альтернативы соединительный элемент (34) может содержать простые провода, относящиеся к полосе (31).

Проводящая полоса (31) размещена в кольцевой канавке (27), образованной на наружной поверхности (23) металлического компонента (20). Проводящая полоса (31), с одной стороны, подсоединена к каждому датчику (32) с помощью проводящих проводов (33), и, с другой стороны, к беспроводной системе (40) связи с помощью соединительного элемента (34).

В примере, показанном на фигурах, система (30) обнаружения содержит четыре датчика (32), распределенных на 90° вокруг центральной оси (X20) компонента (20). Таким образом, система (30) обнаружения обеспечивает обнаружение износа в диапазоне углов в 360° вокруг центральной оси (X20).

Преимущественно датчики (32) размещены исключительно на продольной стороне (29) вкладыша (21), не выступая над центральной частью. В действительности, когда механическая система (1) работает, механические нагрузки обычно сконцентрированы на сторонах (29) вкладыша (21).

Размещение датчиков (32) на стороне (29) вместо центральной части обеспечивает возможность улучшения обнаружения износа и шансов выполнения операции по предупредительному техническому обслуживанию до возникновения критической неисправности в системе (1).

Каждый датчик (32) содержит множество проводящих проводов (35, 36, 37), причем один конец каждого из них расположен на заданной глубине под поверхностью (22) трения. Износ проводящего провода (35, 36, 37) зависит от износа поверхности (22). Концы проводящих проводов (35, 36, 37) расположены на разных глубинах под поверхностью (22) трения. Последовательный износ проводящих проводов (35, 36, 37) связан с прогрессирующим износом поверхности (22) трения в соответствии с разными порогами. Таким образом, система (30) обнаружения выполнена с возможностью обнаружения разных порогов износа поверхности (22) трения.

Каждый датчик (32) содержит цилиндрическую оболочку (38), размещенную в отверстии (28), проходящем через металлический компонент (20) между поверхностью (22) трения и наружной поверхностью (23). Эта оболочка (38) представляет собой средство для указания углового и осевого положения датчика (32). Могут быть предусмотрены другие решения для образования угловых и/или осевых средств указания. Преимуществом оболочки (38), размещенной в отверстии (28), является простое решение для реализации.

Предпочтительно каждый датчик (32) содержит средство указания своего радиального положения относительно поверхности (22) трения. В качестве примера, средства радиального указания могут включать манжету (39), образованную на цилиндрической оболочке (38) датчика (32). Могут быть предусмотрены другие решения для образования средств радиального указания, которые позволяют обеспечить возможность размещения проводов (35, 36, 37) на правильной глубине относительно поверхности (22).

Беспроводная система (40) связи подсоединена к системе (30) обнаружения и выполнена с возможностью передачи информации, связанной с износом или зазором, из направляющего устройства (10).

Система (40) содержит передатчик (42), который отправляет радиосигналы по всем направлениям. Если устройство (40) размещено в закрытой среде, то передатчик (42) может быть выполнен с возможностью передачи информации через металлические компоненты, имеющие общую толщину более 10 миллиметров. На практике сигналы можно передавать в осевом направлении на внешний считывающий элемент, размещенный рядом с вкладышем (21), через части его среды.

В соответствии с конкретным вариантом осуществления передатчик (42) может представлять собой чип RFID. Другие технологии можно задействовать, не выходя за пределы объема настоящего изобретения.

Кроме того, система (40) связи может содержать источник энергии для обеспечения питания для системы (30) обнаружения.

На фиг. 6 показан вариант направляющего устройства (10), содержащего датчики (32), размещенные на двух продольных сторонах (29), но не в центральной части. Устройство (10) может быть преимущественно установлено в двух направлениях, причем оператор не будет вынужден обращать внимание на его ориентацию. Эта конфигурация также является полезной в случае асимметрии в распределении механических нагрузок между двумя сторонами (29). Предпочтительно система (40) связи содержит два передатчика (42), один на каждой стороне. Это облегчает соединение между датчиком (32) и излучателями (42) и обеспечивает то, что излучатель (42) всегда находится рядом с внешним считывающим элементом, размещенным рядом с устройством (10).

Кроме того, устройство (1) может иметь конформацию, отличающуюся от той, которая представлена на фиг. 1–6, не выходя за пределы объема настоящего изобретения, который определен в формуле изобретения. Кроме того, технические признаки разных вариантов осуществления и вариантов, упомянутых выше, могут полностью или частично сочетаться. Таким образом, устройство (10) может быть приспособлено с точки зрения стоимости, функций и рабочих характеристик.

Настоящее изобретение относится к направляющему устройству (10), содержащему: металлический компонент (20), имеющий поверхность (22) трения, предназначенную для размещения сопрягаемой детали (2) в скользящем контакте трения; систему (30) обнаружения износа для обнаружения износа поверхности (22) трения или зазора между поверхностью (22) трения и сопрягаемой деталью (2), причем система (30) обнаружения содержит один или более датчиков (32); и беспроводную систему (40) связи, соединенную с системой (30) обнаружения и выполненную с возможностью передачи информации, связанной с износом или зазором из направляющего устройства (10). Достигается простое для реализации средство для указания углового и осевого положения датчика. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Направляющее устройство (10), содержащее:

- металлический компонент (20), обеспеченный поверхностью (22) трения, предназначенной для размещения сопрягаемой детали (2) в скользящем контакте трения;

- систему (30) обнаружения износа поверхности (22) трения или зазора между поверхностью (22) трения и сопрягаемой деталью (2), причем система (30) обнаружения содержит один или более датчиков (32); и

- беспроводную систему (40) связи, соединенную с системой (30) обнаружения и выполненную с возможностью передачи информации, связанной с износом или зазором из направляющего устройства (10);

при этом один или каждый датчик (32) содержит по меньший мере один проводящий провод (33), один конец которого расположен на заданной глубине под поверхностью (22) трения, и

при этом один или каждый датчик (32) содержит цилиндрическую оболочку (38), размещенную в отверстии (28), проходящем через металлический компонент (20) между поверхностью (22) трения и наружной поверхностью (23).

2. Направляющее устройство (10) по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит смазку, расположенную на поверхности (22) трения.

3. Направляющее устройство (10) по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что поверхность трения (22) содержит выемки, действующие как резервуар для смазки.

4. Направляющее устройство (10) по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что система (30) обнаружения выполнена с возможностью обнаружения износа поверхности (22) трения по меньшей мере в диапазоне углов в 3° вокруг центральной оси (X20) металлического компонента (20).

5. Направляющее устройство (10) по п. 4, отличающееся тем, что система (30) обнаружения содержит один датчик (32), который обеспечивает обнаружение износа поверхности (22) трения в по меньшей мере диапазоне углов в 3°.

6. Направляющее устройство (10) по п. 4, отличающееся тем, что система (30) обнаружения содержит множество датчиков (32), которые распределены вокруг центральной оси (X20) металлического компонента (20) и которые обеспечивают обнаружение износа в по меньшей мере диапазоне углов в 60°, предпочтительно в диапазоне углов в 360°.

7. Направляющее устройство (10) по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что датчик или датчики (32) расположены исключительно на одной продольной стороне (29) или на двух продольных сторонах (29) металлического компонента (20), причем каждая продольная сторона (29) образована над не более чем двумя пятыми длины кольцевого вкладыша (21).

8. Направляющее устройство (10) по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что металлический компонент (20) образован кольцевым вкладышем (21), имеющим радиальную толщину по меньшей мере 5 миллиметров.

9. Направляющее устройство (10) по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что металлический компонент (20) образован кольцевым вкладышем (21), имеющим радиальную толщину не более 15 миллиметров.

10. Механическая система (1), отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере одно направляющее устройство (10) по любому из пп. 1–9 и сопрягаемую деталь (2), установленную в скользящем контакте трения с поверхностью (22) трения, предпочтительно в скользящем контакте трения с колебательным движением.