Устройство для прочностного контроля стержневых элементов резьбовых пар Советский патент 1993 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использск вано для неразрушающего следящего контроля за прочностным состоянием элементов и узлов механических систем в процессе их функционирования.

Цель изобретения состоит в повышении надежности и достоверности результатов прочностного контроля при упрощении конструкции контролирующего устройства.

На фиг. 1 представлена конструкция электромеханической части предлагаемого устройства; на фиг. 2 - разрезы А-А, В-В и вид по стрелке Б на фиг. 1; на фиг. 3 - схема электронного блока этого устройства.

Стержневой элемент 1 и гайку 2, образующие подлежащую прочностному контролю резьбовую пару 1-2, устанавливают между захватом или опорной плитой 3 пуль- саторной установки и ее действующей снизу с силой 2Р тягой (на чертеже не показана). На верхнем резьбовом окончании стержневого элемента 1 (на его хвостовой части) закрепляется тензометрическая гайка 4 (тензогайкз), выполненная с тремя щупами 5, которые исходят из головной верхней ча- ctVi тензогайки и равноинтервальнр разнесены по ее периферии.

Щупы 5, ортогональные к плоскости тензогайки 4, направлены вниз - в сторону гладкостеннрй части стержневого элемента испытуемой резьбовой пары 1-2.

Верхний торец головной части тензогайки 4 выполнен с круговым углублением 6, концентричным относительно резьбового отверстия тензогайки. Образуемый при этом углублением б кольцевой выступ 7 на верхнем торце тензогайки 4 расчленен радиальными прорезями 8 на три выступающих дуги 9, в наружные цилиндрические поверхности которых упираются окончания контровочных шпилек 10, радиально расположенных в каналах внешнего кольцеобразного выступа 11 на верхнем торце головной части тензогайки 4.

На гладкой, свободной от резьбы нижней части стержневого элемента 1 испытываемой резьбовой пары 1-2 закрепляется держатель двухобмоточных магнитных рецепторов 12, который выполнен в виде немагнитного кольца 13, имеющего ступенчатый радиальный профиль.

Расширенная (нижняя по чертежу) часть немагнитного кольца 13, содержащая радиально расположенные магнитные рецепторы 12, выполнена с тремя равноинтервально разнесенными сегментными срезами 14, на плоские боковые поверхности которых выходят рабочие зазоры двухобмоточных магнитных рецепторов 12.

Верхняя суженная часть ступенчатого немагнитного кольца 13 держателя содержит в своих равноинтервально разнесенных радиальных каналах три фиксирующих винта 15 для закрепления кольца 13 на стержневом элементе 1 испытуемой резьбовой пары 1-2.

Окончания щупов 5 тензометрической гайки 4 выполнены с прорезями 16, которые

переходят в отверстия для винтов 17, имеющих шлицы 18 на резьбовом конце и плоскую головку 19, располагаемую против рабочего зазора соответствующего магнитного рецептора 12. Прорези 16 у окончаний

5 щупов 5 тензогайки 4 снабжены стягивающими болтами 20, предназначенными для фиксации винтов 17 в положении, при котором обеспечивается оптимальное исходное расстояние 0) поверхностей их плоских го0 ловок 19 от окончаний пар полюсов С-образ-. ных мзгнитопроводов рецепторов 12.

Три магнитных рецептора 12, имеющих С-образные магнитопроводы - соответственно 21, 22 и 23, параллельно связаны сво5 ими первичными обмотками 24, 25, 26 с выходом стабилизированного генератора 27 фиксированных частот. Первые одноименные, (синфазные по наводимым ЭДС) выводы вторичных повышающих обмоток

0 28, 29, 30 всех трех магнитных рецепторов 12 (нижние концы этих обмоток) соединены между собой непосредственно, в то время как между верхним концом вторичной превышающей обмотки 29 одного из магнитных

5 рецепторов 12 и верхними концами вторичных повышающих обмоток 28 и 30 двух других магнитных рецепторов 12 включены первичные обмотки 31 и 32 двух межканальных трансформаторов 33 и 34, ко вторичным

0 повышающим обмоткам 35 и 36 которых раздельно присоединены входы пары усилительных узлов 37, 38.

Выходы усилительных узлов 37 и 38 через детектирующе-фильтрующие ячейки 39,

5 40 связаны с перекидными контактами спаренного двухпозиционного переключателя 41, 42, левые (по схеме) неподвижные контакты которого соединены с двухвходовой логической схемой И/ИЛИ 43, в то время как

0 правые неподвижные контакты переключателя 41, 42 раздельно соединены с двумя контрольными цепями, содержащими стрелочные индикаторы 44 и 45.

К выходу логической схемы И/ИЛИ 43

5 подключен исполнительный релейный блок

46 с регулируемыми порогами срабатывания, выход которого связан с контактором.

47 электропривода пульсаторной установки и с блоком 48 световой и акустической сигнализации.

Устройство функционирует следующим образом.

Предварительно производят исходную настройку первично-преобразовательной части устройства, для чего спаренный двух- позиционный переключатель 41, 42 устанавливают в правое по схеме положение, а к подлежащей исследованию резьбовой паре 1-2, установленной между захватом или опорной плитой 3 пульсаторной установки и ее нижней тягой (не показанной на черте- ,же), прикладывают постоянное усилие затяжки 2Р и вращением регулировочных винтов 17 добиваются одновременных нулевых показаний у обоих стрелочных индикаторов - 44 и 45.

Такой режим отвечает исходному состоянию контрольной системы, при котором установленные регулировочными винтами 17 воздушные зазоры между плоскими головками этих винтов и противолежащими им парными окончаниями полюсов С-образных магнитопроводов трех рецепторов 12 обеспечивают взаимное равенство уровней трех ЭДС, синфазно наводимых во вторичных повышающих обмотках. 28, 29, 30 всех трех магнитных рецепторов 12.

Поскольку первичные обмотки 31 и 32 межканальных повышающих трансформаторов 33 и 34 включены между одноименны- ми синфазными концами вторичных обмоток 28,29,30 магнитных рецепторов 12 и поскольку к первичным обмоткам 31 и 32 трансформаторов 33 и 34 встречно приложены синфазные и равные друг другу по амплитуде ЭДС со вторичных обмоток рецепторов 12, то в результате рассматриваемой исходной предварительной настройки (балансировки) первично-преобразовательной части устройства с помощью регулировочных винтов 17 напряжения на первичных обмотках 31, 32, а, следовательно, и на вторичных обмотках 35, 36 межканальных трансформаторе в 33 и 34 окажутся равными нулю.

Соответственно, на выходах усилительных узлов 37, 38 и на выходах детект ирую- ще-фильтрующих ячеек 39 и 40 сигналы будут равными нулю, что обусловливает и нулевые показания стрелочных индикаторов 44 и 45, на которые скоммутированы выходы детектирующе-фильтрующих ячеек 39,40 переключателем 41, 12 в процессе исходной предварительной настройки и балансировки первично-преобразующей части описываемого устройства.

После проведения указанной исходной предварительной настройки контрольной системы включают испытательную пульса- торную установку и, в случае отклонения

стрелок индикаторов 44, 45 от нуля после 15-20 мин работы пульсаторной установки, производят дополнительную корректировку контрольной системы регулировочными 5 винтами 17 до приведения показаний индикаторов 44,45 к нулю. Затем скорректированное положение винтов 17 окончательно фиксируют стягивающими болтами 20 и переключатель 41,42 переводят в левое положение, при кото0 ром выходы детектирующе-фильтрующих ячеек 39, 40 подключаются к обоим входам логической схемы 43 И/ИЛИ.

В случае; если в процессе проведения циклических усталостно-прочностных испы5 танийна пульсаторной установке у стержневого элемента 1 исследуемой резьбовой пары 1-2 не появляется механический дефект в виде трещины, скола и т.п., то распределение пульсирующих осевых усилий по

0 поперечному сечению стержневого элемента 1 сохраняется равномерным. При этом значения воздушных зазоров между парными окончаниями полюсов С-образных мзг- нитопроводов трех магнитных рецепторов

5 12 - с одной стороны, и противолежащими им поверхностями плоских головок 19 винтов 17 - с другой стороны.- сохраняются неизменными, равными ранее установленным величинам соответствующих воздуш0 ных зазоров, чем обусловливается взаимное равенство уровней синфазных ЭДС, наводимых во вторичных повышающих обмотках 28, 29, 30 магнитных рецепторов 12.

Следовательно, при отсутствии дефек5 тов у испытываемой резьбовой пары 1-2 разности потенциалов, приложенных к первичным обмоткам 31 и 32 межканальных трансформаторов 33,34, будут сохраняться равными нулю, что определит нулевые зна0 чения сигналов как на обоих входах логической схемы 43 И/ИЛИ, так и на выходах релейного исполнительного блока 46. Этим исключается подача команд с выхода блока 46 на отключение контактора 47 электро5 привода испытательной пульсаторной установки, а также на включение блока 48 акустической и световой сигнализации.

При возникновении у стержневого элемента 1 испытуемой резьбовой пары 1-2

0 усталостной трещины в площади поперечного сечения стержневого элемента 1 создается концентрация напряжения у места появления дефекта (в виде трещины или скола), что сопровождается перераспределени5 ем приложенного к элементу 1 осевого пульсирующего усилия по всем поперечным сечениям стержневого элемента 1,

Вследствие происходящей при этом дифференциации продольной жесткости контролируемого стержневого элемента 1

по периферийной круговой области его поперечного сечения расстояния между парными окончаниями полюсов С- образного магнитопровода каждого из магнитных рецепторов 12 и поверхностью противолежащей ему плоской головки 19 соответствующего регулировочного винта 17 будут изменяться в различной мере, индивидуально отличаясь у каждого из рецепторов,.

Поскольку трещина у стержневого элемента 1 исследуемой резьбовой пары 1-2 всегда возникает по окружности наименьшего радиуса резьбы у основания ее первого рабочего витка, то появление и развитие указанной трещины влечет за собой отклонение пространственно-угловой ориентации торцовой части стержневого элемента относительно общей продольной оси гладкой части стержня. При этом возникновению и развитию трещины в углублении под первым рабочим витком резьбы у стержневого элемента испытуемой резьбовой пары 1-2 сопутствует одностороннее параллельное отклонение всех трех щупов 5 тензомет- рической гайки 4 относительно продольной оси гладкой нижней части стержня, что приводит к появлению различий в полярности и абсолютной величине приращений у воздушных зазоров д между парными окончаниями С-образного магнитопровода каждого из трех магнитных рецепторов 12 и расположенными против этих рецепторов плоскими головками 19 соответствующих регулировочных винтов 17, закрепленных у нижних окончаний щупов 5 тензометриче- ской гайки 4,

Сопровождающее возникновение и рост трещины в стержневом элементе 1 по- явление различий в расстояниях между пар- ными окончаниями магнитопроводов рецепторов 12 и расположенными против них плоскими головками 19 винтов 17 приводит к дифференцированному изменению коэффициентов передачи (связи) по напряжению между первичными 24, 25, 26 и вторичными 28, 29, 30 обмотками трех магнитных рецепторов 12, в результате чего на первичные обмотки 31 и 32 межканальных трансформаторов 33 и 34 поступают переменные сигналы, определяемые попарными разностями переменных ЭДС на вторичных обмотках 2 8,29 и 30 трех ма гнитных рецепторов 12.

Постуттающие при этом со вторичных повышающих обмоток 35 и 36 межканальных трансформаторов 33 и 34 на входы уси- лительных узлов 37 и 38 переменные сигналы после их раздельного усиления подаются на входы детектирующе-фильтрующих ячеек 39 и 40, с выходов которых выпрямленные напряжения постоянного тока через контакты переключателя 41,42, находящегося в левом по схеме рабочем положении,

раздельно поступают на входы логической схемы И/ИЛИ 43, выходной сигнал которой воздействует на релейный исполнительный блок 46 с плавно регулируемыми порогами срабатывания.

0 В виду того, что перед проведением прочностных испытаний чувствительность релейного исполнительного блока 46 заранее программируется на определенный порог срабатывания, то по достижении образо5 вавшимся в контролируемом изделии дефектом определенной стадии (фазы) развития с левого по схеме выхода релейного исполнительного блока 46 подается команда на включение блока 48 световой

0 и акустической сигнализации, а с первого- выхода релейного исполнительного блока 46 поступает команда (сигнал) на отключение контактора 47 электропривода испытательной пульсаторной установки.

5 Пороги срабатывания и время выдачи релейным исполнительным блоком 46 команды на включение блока 48 сигнализации и команды на отключение контактора 47 электропривода испытательной пульсатор0 ной установки могут устанавливаться в описываемой системе как одинаковыми, так и различными.

При одновременной подаче команд с выхода релейного блока 46 на контактор 47

5 электропривода пульсаторной устанбвки и на блок 48 акустический и световой сигналы с выхода этого блока появляются в момент автоматического останова пульсаторной установки, который происходит вследствие

0 обнаружения контрольной системой прочностного дефекта у стержневого элемента 1 испытываемой резьбовой пары 1-2.

В случае, если пороги срабатывания релейного исполнительного блока 46 установ5 лены различными по его двум выходам, то по достижении процессом развития трещины определенной, заранее запрограммированной стадии командный сигнал с левого выхода релейного исполнительного блока

0 46 подается на блок 48 светоакустической сигнализации, по сигналу которого оператор записывает соответствующее показание счетчика рабочих циклов пульсаторной установки, которая продолжает и далее фун5 кционировать до поступления последующей команды с правого выхода релейного исполнительного блока 46 на контактор 47.

При этом контактор 47 осуществляет выключение электропривода и останов испытательной пульсаторной установки в момент достижения элементами исследуемой резьбовой пэры 1-2 критической стадии разрушения, после чего оператор производит снятие со счетчика рабочих циклов пуль- саторной установки второго показания, характеризующего полный рабочий ресурс исследуемого изделия.

Формула изобретения Устройство для прочностного контроля стержневых элементов резьбовых пар, содержащее пульсаторную установку с контактором электропривода, счетчиком рабочих циклов, узлом захвата контролируемого изделия и тягой, стабилизированный генератор фиксированных частот, держатель магнитных рецепторов с тремя равномерно расположенными по его периферии двухобмоточными магнитными рецепторами, выполненными на С-образных магнито- проводах с рабочими полюсами, связанных своими первичными обмотками с выходом стабилизированного генератора фиксированных частот, усилительные узлы, детекти- рующе-фильтрующие ячейки, логическую схему И/ИЛИ, исполнительный релейный блок с регулируемыми порогами срабатывания, связанный выходами с контактором электропривода пульсаторной установки и с блоком световой и акустической сигнализации, межканальные трансформаторы, измерительные цепи, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и достоверности результатов контроля при упрощении конструкции, оно снабжено тензометрической гайкой, контровочными винтами, винтами с плоской головкой и шлицем на торце резьбовой части, стягивающими винтами, спарен ны м двухпозиционным переключателем с перекидными контактами, стрелочными индикаторами, тензометрическая гайка выполнена с тремя равномерно расположенными на одном из ее торцов по окружности щупами, перпендикулярными к упомянутому торцу, другой торец тензометрической гайки выполнен с концентричным ее резьбовому отверстию круговым пазом, образующим два кольцеобразных выступа - наружный и внутренний, во внутреннем выступе выполнены три открытых с торца радиальных паза, образующих три сегмен- тообразных ча сти, в наружном кольцеобразом выступе выполнены резь- бовые радиальные отверстия, в которых размещены контровочные винты, контактирующие с сегментообразными частями внутреннего кольцеобразного выступа, держатель рецепторов выполнен в виде ступенчатого немагнитного кольца, на периферийной поверхности ступени с большим диаметром которого выполнены три равномерно расположенные по окружности площадки, а на ступени меньшего диаметра

- три радиальных резьбовых отверстия, в которых размещены винты для крепления держателя и гладкой части испытуемого стержневого элемента, магнитные рецепторы размещены в ступени большого диаметра рздиально, а рабочие окончания полюсов рецепторов - на площадках, свободная концевая часть каждого из щупов выполнена с радиальным резьбовым отверстием, прорезью и перпендикулярным прорези отверстием для стягивающих винтов, винты с плоской головкой размещены в резьбовых отверстиях щупов соосно с площадками держателя и соответствующими магнитными рецепторами, логическая схема выполнена двухвходовой, а измерительные цепи - со стрелочными индикаторами, одноименные концы вторичных повышающих обмоток магнитных рецепторов соединены между собой, между вторым концом вторичной обмотки одного из рецепторов и вторыми концами вторичных обмоток двух других рецепторов подсоединены первичные обмотки двух межканальных трансформаторов, к вторичным повышающим обмоткам межканальных

трансформаторов раздельно присоединены входы двух усилительных узлов, связанных своими выходами через две детектирующе- фильтрующие ячейки и через перекидные контакты спаренного двухпозиционного переключателя с двумя измерительными цепями и с двухвходовой логической схемой ; И/ИЛИ, к выходу-которой подключен исполнительный релейный блок с регулируемыми

порогами срабатывания.

Использование: в контрольно-испытательной технике. Сущность изобретения: на резьбовом окончании стержневого элеменА та 1. образующего с гайкой 2 контролируемую пару, закреплена тензометрическая гайка 4 с тремя щупами 5. На гладкой части стержневого элемента 1 закреплен держатель магнитных рецепторов 12, связанных со стабилизированным генератором 27 фиксированных частот. Выходы усилительных узлов через детектирующе-фильтрующйе ячейки и через переключатель связаны с двухвходовой логической схемой И/ИЛИ и с двумя контрольными цепями. К выходу логической схемы подключен исполнительный релейный блок 46 с регулируемыми порогами срабатывания.3 ил. 7р яЛ