Способ безразборного интеллектуального диагностирования коробок перемены передач с гидроподжимными муфтами и устройство для его осуществления Российский патент 2024 года по МПК G01M13/02 

Изобретение относится к техническому диагностированию коробок передач (КП), оснащенных гидроподжимными муфтами (ГМ) энергонасыщенных тракторов в эксплуатационных условиях, в том числе коробок передач тракторов типа К-744Р и аналогичных, в которых переключение передач осуществляется без разрыва потока мощности в передачах во время их переключения.

Известен индикатор качества ремонта гидропривода коробки передач КИ-12383, описанный (на стр. 43) в книге Михлина В.М. Управление надежностью сельскохозяйственной техники. М.: «Колос», 1984, 335 с.

КИ-12383 предназначен для входного обобщенного контроля и оценки качества ремонта гидропривода КП тракторов К-701, К-700А и Т-150К на ремонтных предприятиях. Индикатором измеряют статическое и импульсное минимальное значение давление масла в диапазоне 0…0,8 МПа, а также время в диапазоне 0,3…1,5 с переходного процесса изменения давления при переключении ГМ (Td) коробки передач (КП). Питание индикатора от промышленной сети переменного тока с напряжением 220В. Масса индикатора 6,2 кг.

Известен автоматизированный машинотестер КИ-13950, описанный (на стр. 159, 182, 183) в книге Дунаева А.В., Соловьева С.А. Исследование диагностических параметров, разработка методов и средств контроля для совершенствования диагностирования и технического обслуживания МТП в АПК. М.: ФГБНУ ГОСНИТИ, 2014, 360 с.

КИ-13950 позволял получать осциллограммы процессов при ресурсном диагностировании агрегатов тракторов в стационарных условиях, в том числе отображать на мониторе осциллограммы давления в гидравлической системе КП тракторов при их диагностировании и определять Тd.

Недостатками КИ-12383, КИ-13950 являются отсутствие возможности проведения оценки технического состояния КП в процессе эксплуатации трактора. При этом существует необходимость проведения подготовительных и заключительных работ, осуществляемых только при заявочном диагностировании.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является «Способ оценки качества работы гидроподжимных муфт при переключении зубчатых передач гидрофицированных коробок передач самоходных машин» патент RU 2625507, МПК G01M 13/00, G01M 17/00, 2013, заключающийся в том, что проводят оценку технического состояния и неразрывность потока мощности по переходным процессам с применением программного устройства, микроконтроллера и датчиков. В этом способе оценивают работу ГМ при переключении передач. При его осуществлении устанавливают на входной вал КП зубчатый диск, устанавливают индуктивный аналоговый датчик перемещений, включают привод КП, выбирают начальную передачу, проводят переключение передач. При переключении передач получают зависимость от времени частоты вращения выходного вала, рассчитывают величины относительно уменьшения частоты вращения выходного вала при включении начальной передачи и при выключении последующих передач, по которым оценивается длительность переходного процесса, характеризующего суммарные утечки в линии питания бустеров, которые являются параметром качества работы ГМ при переключении в зубчатых передачах гидрофицированных КП самоходных машин.

Известно устройство для осуществления известного способа (патент RU 2625507, МПК G01M 13/00, G01M 17/00, 2013) содержащее зубчатый диск с угловыми метками положения вала, индуктивный аналоговый датчик перемещений, универсальный кронштейн, электронный контроллер марки E-154 для персонального компьютера со специально разработанной программой DVM-1 для расчета и получения осциллограммы (зависимости от времени) частоты вращения n и углового ускорения ε, драйвера для модуля L-card E-154.

Недостатком известных способа и устройства является отсутствие возможности проведения оценки технического состояния КП в процессе эксплуатации трактора, при этом существует необходимость в изменении конструкции трактора для установки зубчатого диска, а через дополнительное устройство подключения индуктивного датчика перемещений с применением штатива, а также использования персонального компьютера для отображения данных измерения, что, в конечном итоге, позволят проводить оценку КП трактора на испытательном стенде или при соответствующей подготовке в движении.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности, простоты и точности диагностирования, обоснование режимов работы и сервисного обслуживания КП энергонасыщенных тракторов, например, тракторов К-744Р и аналогичных за счет определения общего технического состояния гидропривода при переключении передач в процессе эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что в способе безразборного интеллектуального диагностирования коробок перемены передач с гидроподжимными муфтами при переключении передач, заключающийся в том, что определяют общее техническое состояние гидропривода при переключении передач в процессе эксплуатации по переходным процессам изменения давления и амплитуде продольных ускорений движения трактора с применением программного устройства, микроконтроллера и датчиков, согласно изобретению, на переднюю полураму трактора устанавливают модуль измерений с акселерометром, ориентирует стрелку на его корпусе с направлением движения трактора, в кабине оператора размещают модуль индикации и модуль интеллектуального диагностирования, подключают переходник датчика давления к штатному датчику давления коробки передач, устанавливают накладной датчик температуры на гидролинию, соединяющую фильтр и механизм переключения передач, при достижении номинального температурного диапазона производят вычисления и сравнение полученных данных по пороговым величинам времени переходного процесса изменения давления при переключении гидроподжимных муфт коробки передач и амплитуде продольных ускорений движения трактора, в зависимости от результата сравнения определяют общее техническое состояние, результат выводят для оператора в буквенно-цифровой, светоиндикаторной форме и в виде текстовых сообщений отображают рекомендации по режимам работ и сервисному обслуживанию трактора.

Технический результат достигается тем, что устройство для безразборного интеллектуального диагностирования коробок перемены передач с гидроподжимными муфтами, согласно изобретению, характеризуется наличием модуля измерений, содержащего плату микроконтроллера с SD-картой памяти, соединенной с акселерометром, модулем преобразования сигнала тока в напряжение, подключенного к переходнику датчика давления, установленных в защитном корпусе, расположенном на передней полураме трактора, модуля индикации, состоящего из: дисплея, двух светодиодных модулей, кнопок управления и настройки, которые установлены в корпусе с механизмом для его крепления в кабине трактора, модуля интеллектуального диагностирования, содержащего одноплатный компьютер с системой его охлаждения, размещенных в своем корпусе с механизмом для его крепления в кабине трактора, многожильных экранированных кабелей для соединения модулей, комплекта проводов с предохранителем для подключения модуля измерений к электрической сети трактора.

Способ и устройство связаны единым изобретательским замыслом, так как именно это устройство обеспечивает осуществление способа.

Такими образом, с применением предлагаемого способа и устройства происходит безразборное интеллектуальное диагностирование коробок перемены передач с гидроподжимными муфтами и определения общего технического состояния гидропривода при переключении передач в процессе эксплуатации энергонасыщенных тракторов.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации способа безразборного интеллектуального диагностирования коробок перемены передач с гидроподжимными муфтами; на фиг. 2 - комплект модулей устройства для безразборного интеллектуального диагностирования коробок перемены передач с гидроподжимными муфтами; на фиг. 3 показана электронная схема комплекта устройств для безразборного интеллектуального диагностирования коробок перемены передач с гидроподжимными муфтами; на фиг. 4 - график переходного процесса изменения давления и амплитуды продольных ускорений движения трактора при переключении гидроподжимными муфтами коробки передач по времени; на фиг. 5 представлена таблица с примерами сообщений об общем техническом состоянии и рекомендациям по режимам работ и сервисному обслуживанию трактора.

Устройство для безразборного интеллектуального диагностирования коробок перемены передач с гидроподжимными муфтами состоит из трех модулей и датчиков: модуля измерений М1, модуля индикации М2, модуля интеллектуального диагностирования М3, накладного датчика температуры ДТ4 и переходника ПДД5 для подключения к штатному датчику давления ДДКП6.

Модули М1 и М2 соединены многожильным экранированным кабелем К7, модули М1 м М3 соединены многожильным экранированным кабелем К8, модуль М1 соединен кабелем К9 с ДТ4 и кабелем К10 с ПДД5, модуль М1 соединен кабелем с предохранителем К11 с электрической сетью трактора ЭСТ12 напряжением 12-24 В, модуль М1 соединен кабелем К13 с телематическим терминалом ТТ14 для передачи аварийного сигнала в случае выхода контролируемых параметров свыше предельных значений.

Модуль измерений М1 состоит, например, из: оснащенной платой микроконтроллера ПМ15 (Arduino Mega 2560 Pro Mini CH340G/ATmega2560) с SD-картой памяти, соединенной с акселерометром ДУ16 (GY-61 ADXL335), энергонезависимым модулем часов реального времени М17 (DS1302), модулем преобразования сигнала тока 0…20 мА в напряжение 0..5 В М18, соединенного с ПДД5 для считывания сигнала от штатного датчика давления ДДКП6, которые установлены в защитном корпусе, имеющем приспособление для крепления к передней полураме трактора.

Модуль М2, состоит, например, из дисплея Д19 (OLED I2C 128×64/1.3”), двух светодиодов СД20 и СД21 (WS2812 5В RGB, кнопок управления и настройки К22, которые установлены в защитном корпусе с механизмом для закрепления М2 в кабине трактора.

Модуль МЗ состоит, например, из одноплатного компьютера Orange Pi 4 256 GB EMMC с системой его охлаждения, установленных в защитном корпусе с механизмом для его крепления в кабине трактора.

В М1 загружают программу для расчета Тd и Xmax при переключении передач в процессе эксплуатации. В М3 загружают программу "Программный комплекс для анализа технического состояния трактора базирующийся на алгоритмах искусственного интеллекта" (Свидетельство о госрегистрации № 2024615125) Status_analyzer.exe.

Для определения пороговых значений общего технического состояния в программах предварительно проводят настройки исходя из конкретной марки трактора на основании экспертной оценки и данных производителя.

Модули М2 и М3 устанавливают в кабину оператора трактора. ДТ4 устанавливают на гидролинию, соединяющую фильтр и механизм переключения передач, ПДД5 устанавливают на штатный ДДКП6.

При работе устройства установленный на М2 светодиод СД20 отображает текущую температуру рабочей жидкости (РЖ) КП в трех состояниях: синим светом при T < 70°C, что допускает эксплуатацию КП без нагрузки; зеленым светом при 70°C ≤ T ≤ 95°C, что допускает эксплуатацию КП под нагрузкой без ограничений; красным светом при T > 95°C, что является аварийным перегревом РЖ и не допускает эксплуатацию КП, а на вход телематического терминала TT14 подается аварийный сигнал.

При зеленом свете светодиода СД20, установленном на М2, в М1 производится измерение и расчет T_d и X_max в процессе эксплуатации при переключении передач в любой последовательности, например, с 1-й передачи на 2-ю, далее на 3-ю, затем на 4-ю, затем на 3-ю, затем на 2-ю и на 1-ю, полученные данные в М1 сравнивают с заранее установленными пороговыми значениями диагностических параметров и записываются в ПМ15 на SD-карту памяти и передаются в М3 для интеллектуального диагностирования.

Светодиод СД21, установленный на М2, отображает результат проведенного в М3 интеллектуального диагностирования общего технического состояния гидропривода при переключении передач в процессе эксплуатации в четырех состояниях: зеленым светом - номинальное техническое состояние, желтым светом - допускаемое техническое состояние, оранжевым светом - предельное техническое состояние, красным светом - аварийное техническое состояние.

Способ безразборного интеллектуального диагностирования коробок перемены передач с гидроподжимными муфтами заключается в том, что подключают переходник, позволяющий параллельно осуществлять прием сигнала от штатного датчика КП, на переднюю полураму трактора устанавливают модуль измерений с акселерометром, ориентируя стрелку на его корпусе с направлением движения трактора, на гидролинию, соединяющую фильтр и механизм переключения передач устанавливают накладной датчик температуры, в кабине оператора устанавливают модуль индикации и модуль интеллектуального диагностирования. При переключении передач проводят оценку общего технического состояния и неразрывность потока мощности по времени переходного процесса изменения давления при переключении гидроподжимных муфт коробки передач и амплитуде продольных ускорений движения трактора с применением микроконтроллера, датчиков давления, температуры и ускорения производят измерение, вычисление и сравнение полученных данных сравнивают данные с установленными диапазоном пороговых значений по пороговым величинам времени переходного процесса давления в КП и амплитуде ускорения движения трактора, при достижении температуры рабочей жидкости в номинальном диапазоне и в зависимости от них с помощью интеллектуального анализа определяют общее техническое состояние, результат выводят для оператора на дисплей в буквенно-цифровой, на светодиоды в светоиндикаторной форме и в виде текстовых сообщений на дисплее отображают рекомендации по режимам работ и сервисному обслуживанию трактора.

Реализация предлагаемого способа достигается устройством для безразборного интеллектуального диагностирования коробок перемены передач с гидроподжимными муфтами.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Для определения пороговых значений общего технического состояния КП в программном обеспечении предварительно проводят настройки, исходя из конкретной марки трактора на основании экспертной оценки и данных производителя.

При работе устройства установленный на М2 светодиод СД20 отображает текущую температуру РЖ в трех интервалах: синим светом при T < 70°C, что допускает эксплуатацию КП без нагрузки; зеленым светом при 70°C ≤ T ≤ 95°C, что допускает эксплуатацию КП под нагрузкой без ограничений; красным светом при T > 95 °C, что является аварийным перегревом РЖ и не допускает эксплуатацию КП, а на вход телематического терминала TT14 подается аварийный сигнал.

При зеленом свете светодиода СД20 производится мониторинг в процессе эксплуатации времени переходного процесса изменения давления при переключении гидроподжимных муфт коробки передач T_d и амплитуды продольных ускорений движения трактора X_max в момент переключения передач в любой последовательности, например, с 1-й передачи на 2-ю, далее на 3-ю, затем на 4-ю, затем на 3-ю, затем на 2-ю и на 1-ю. За счет аппаратных средств М1 осуществляют расчет значений Т_d и Х_max, полученные данные сравнивают с заранее установленными пороговыми значениями диагностических параметров и записываются на SD карту памяти платы микроконтроллера ПМ15.

Светодиод СД21, установленный на М2, отображает текущее техническое состояние КП в четырех интервалах: зеленым светом при Td, Хmax в номинальном пороговом диапазоне значений, желтым светом - при Td, Хmax в допускаемом диапазоне значений, оранжевым светом - при Td, Хmax в предельном диапазоне значений и красным светом - при Td, Хmax в аварийном диапазоне значений.

Принцип работы основан на измерении времени переходного процесса изменения давления при переключении гидроподжимных муфт коробки передач Td, и амплитуды продольных ускорений движения трактора Xmax при переключении передач КП. Принцип работы поясняется фиг. 4. Измерение T_d и X_max происходит одновременно при переключении передач, когда давление в системе гидравлического управления гидроподжимных муфт при переключении снижается и восстанавливается. При этом условием их измерения является нахождение T РЖ в номинальном диапазоне.

В процессе эксплуатации трактора при переключении передач КП оператор получает данные на дисплее Д19 в буквенно-цифровой и на светодиодах Д20 и Д21 в светоиндикаторной на М2, которые характеризует нахождения измеряемых диагностических параметров T, Т_d, Х_mах в КП в предварительно установленных пороговых диапазонах состояний (номинальное, допускаемое, предельное, аварийное).

При помощи М3 производят интеллектуальный анализ записанных на SD карту памяти платы микроконтроллера ПМ15 данных, что позволяет безразборно оценивать общее техническое состояние КП в процессе эксплуатации, и с помощью кнопок К22 отображать на дисплее Д19 М2 общее техническое состояние и рекомендации по режимам работ и сервисному обслуживанию трактора.

В случае нахождения любого из контролируемых диагностических параметров в аварийном диапазоне подается световое сигнальное предупреждение оператору на светодиоде Д21 с одновременной подачей аварийного сигнала на TT14, чем достигается повышение надежности, простоты и точности диагностирования.

Пример. Для реализации способа необходимо провести следующие этапы подготовительные, основные и заключительные работы.

На переднюю полураму трактора устанавливают М1 таким образом, чтобы продольное движение трактора совпадало с указанным направлением стрелки (Х→); на гидролинию, соединяющую фильтр и механизм переключения передач устанавливают накладной датчик температуры ДТ4, кабель К9 от которого подключают к М1. На штатный датчик давления ДДКП6 устанавливают переходник ПДД5 для передачи сигнала в М1. В кабину оператора устанавливают и закрепляют в удобном для обзора оператора месте модуль М2 и подключают его многожильным экранированным кабелем К7 к М1. Модуль М3 устанавливают и крепят в кабине оператора, и подключают многожильным экранированным кабелем К8 к М1 для передачи данных. В электрическую сеть трактора ЭСТ12 подключают кабель с предохранителем К11, ведущим к М1. Имеющийся в тракторе телематический терминал ТТ14 подключается к модулю М1 при помощи многожильного кабеля К13. При включении напряжения в электрической сети трактора ЭСТ12 модули М1, М2, М3 включаются автоматически и начинают свою работу. Модули М1, М2, М3 выключаются автоматически при выключении напряжения в бортовой сети трактора ЭСТ12.

После включения устройства на модуле М2 кнопками управления и настройки К22 назначают численные значения пороговых уставок, которые характеризуют номинальное, допускаемое, предельное и аварийное техническое состояние, определяемое при диагностировании КП: T, T_d, X_mах, а также устанавливают номинальное значение давления в системе гидравлического управления КП, рекомендуемое производителем для конкретной марки трактора.

После запуска двигателя трактора, при обеспечении номинального температурного режима КП в диапазоне 70°C ≤ T ≤ 95°C в процессе эксплуатации при переключениях передач непрерывно происходит сбор данных и запись на SD-карту памяти платы микроконтроллера ПМ12 и их передача в М3, где проводят интеллектуальное диагностирование общего технического состояния КП. При переключении передачи КП автоматически измеряют параметры Т_d и X_mах. На дисплее Д19 модуля М2 результаты измерений и обработки текущих параметров отображаются в буквенно-цифровом виде. Для удобства оператора на М2 предусмотрена световая индикация текущих параметров: на светодиоде СД20 светом отображается текущий температурный диапазон КП, на светодиоде СД21 светом отображается текущее общее техническое состояние КП. Данная световая индикация предназначена для облегчения визуального контроля параметров работы КП оператором в процессе эксплуатации трактора. В случае выхода контролируемых рабочих и диагностических параметров за допустимые пороговые пределы светодиоды СД20 и СД21 сигнализируют об этом для оператора красным светом и аварийный сигнал из модуля измерений М1 передается на TT14.

Результат интеллектуального диагностирования передается от М3 на М1. На модуле М2 с помощью кнопок управления и настройки К22 на дисплее Д19 отображается результат в виде текстовых сообщений общее техническое состояние и рекомендации по режимам работ и сервисному обслуживанию трактора.

Использование способа и устройства для безразборного интеллектуального диагностирования коробок перемены передач с гидроподжимными муфтами позволит повысить надежность, простоту и точность диагностирования.

Изобретение касается диагностики коробок передач (КП) с гидроподжимными муфтами на энергонасыщенных тракторах, таких как К-744Р. Способ диагностики включает безразборное измерение технического состояния и потока мощности с использованием программного обеспечения, микроконтроллера и датчиков. Устанавливается датчик давления и накладной датчик температуры, а также модули измерений с акселерометром на передней полураме трактора и модуль индикации в кабине оператора. При достижении рабочей температуры выполняется оценка параметров переключения передач и передача результатов на дисплей с рекомендациями по обслуживанию. Если параметры превышают допустимые границы, выдается аварийный сигнал на телематический терминал. Устройство для диагностики включает модуль измерений с микроконтроллером и акселерометром, модуль индикации с дисплеем и кнопками, а также модуль интеллектуальной диагностики с одноплатным компьютером. Все элементы соединены экранированными кабелями и могут подключаться к электрической сети трактора и телематическому терминалу. Технический результат - повышение надежности, простоты и точности диагностирования, обоснование режимов работы и сервисного обслуживания КП энергонасыщенных тракторов, например, тракторов К-744Р и аналогичных за счет определения общего технического состояния гидропривода при переключении передач в процессе эксплуатации. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ безразборного интеллектуального диагностирования коробок перемены передач с гидроподжимными муфтами, заключающийся в том, что проводят оценку общего технического состояния и неразрывности потока мощности по переходным процессам с применением программного обеспечения, микроконтроллера и датчиков, отличающийся тем, что подключают переходник датчика давления к штатному датчику давления, на переднюю полураму трактора устанавливают модуль измерений с акселерометром, ориентируя стрелку на его корпусе с направлением движения трактора, на гидролинию, соединяющую фильтр и механизм переключения передач, устанавливают накладной датчик температуры, в кабине оператора размещают модуль индикации и модуль интеллектуального диагностирования, при достижении температуры рабочей жидкости в номинальном диапазоне производят вычисление и сравнение полученных данных по пороговым величинам, времени переходного процесса изменения давления при переключении гидроподжимных муфт коробки передач и амплитуде продольных ускорений движения трактора и сравнивают их с установленными диапазонами пороговых значений, и в результате интеллектуального диагностирования выводят для оператора на дисплей в буквенно-цифровой, светоиндикаторной форме и в виде текстовых сообщений общее техническое состояние и рекомендации по режимам работ и сервисному обслуживанию трактора, в случае выхода контролируемых рабочих и диагностических параметров за допустимые пороговые пределы передают аварийный сигнал на телематический терминал.

2. Устройство для безразборного интеллектуального диагностирования коробок перемены передач с гидроподжимными муфтами, характеризующееся наличием модуля измерений, содержащего плату микроконтроллера с SD-картой памяти, соединенной с акселерометром, и модулем преобразования сигнала тока в напряжение, подключенного к переходнику датчика давления, установленных в защитном корпусе, расположенном на передней полураме трактора, модуля индикации, состоящего из: дисплея, двух светодиодов, кнопок управления и настройки, которые установлены в корпусе с механизмом для его крепления в кабине трактора, модуля интеллектуальной диагностики, содержащего одноплатный компьютер с системой его охлаждения, установленный в своем корпусе с механизмом для его крепления в кабине трактора, многожильных экранированных кабелей для соединения модулей; кабеля для соединения переходника штатного датчика давления и кабеля для соединения накладного датчика температуры, кабеля с предохранителем для подключения модуля измерений к электрической сети трактора, многожильного кабеля для соединения с телематическим терминалом.