Измерительное устройство определения износа и величины буксования фрикционных накладок гидроподжимной муфты

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗНОСА И ВЕЛИЧИНЫ БУКСОВАНИЯ ФРИКЦИОННЫХ НАКЛАДОК ГИДРОПОДЖИМНОЙ МУФТЫ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Анищик Виктор Михайлович Ярмолович Вячеслав Алексеевич(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Измерительное устройство определения износа и величины буксования фрикционных накладок гидроподжимной муфты, содержащее два неподвижных магниточувствительных датчика, установленных на одной прямой, две магнитные системы, разнесенные в пространстве и выполненные на основе двух постоянных магнитов каждая, два аналогоцифровых преобразователя, выходы которых подключены к бортовому компьютеру, отличающееся тем, что указанные магниточувствительные датчики выполнены в виде проволочных катушек с числом витков, превышающим 1000, и установлены в магнитных системах посредине между указанными двумя магнитами, которые установлены неподвижно и выполнены в виде удлиненных параллелепипедов с намагниченностями, параллельными осям катушек и противоположно направленными, кроме того, на цилиндрических поверхностях фрикционных накладок и прижимного поршня гидроподвижной муфты соответственно закреплены параллельно их осям тонкие немагнитные вставки, например, из алюминия, содержащие продольные отрезки микропровода Виганда, состоящие из магнитомягкой сердцевины с небольшой коэрцитивной силой и магнитожесткой оболочки выводы магниточувствительных датчиков подключены к соответствующим аналого-цифровым преобразователям через электронные преобразователи частоты сигнала в аналоговый сигнал, и, кроме того, магниточувствительный датчик, установленный в непосредственной близости от цилиндрических поверхностей фрикционных накладок,подключен к входу амплитудного детектора, выход которого подключен к бортовому компьютеру.(56) 1. Патентна полезную модель 6607, МПК 16 66/00, 2010. 2. Патентна полезную модель 8648, МПК 16 66/00, 2012 (прототип). Заявляемая полезная модель относится к области машиностроения, в частности к системам контроля за рабочим состоянием узлов и механизмов. Известен электромагнитный датчик определения износа фрикционных накладок гидроподжимной муфты 1. Он состоит из датчика Холла, магнитной системы, выполненной из двух магнитов различной полярности, резистора, регулирующего напряжение питания датчика Холла, светодиода, фоторезистора, полевого транзистора, нагрузочного резистора, стабилитрона, операционного усилителя, подсоединенного к аналого-цифровому преобразователю, выход с которого обычно подключен к бортовому компьютеру. Во время эксплуатации фрикционные накладки на пакет фрикционных дисков изнашиваются, при этом увеличивается величина хода прижимного поршня, что вызывает изменение положения магнитной системы относительно датчика Холла и, соответственно,магнитного поля вокруг него. Происходит изменение падения потенциалов, вырабатываемое датчиком Холла. Это приводит к изменению оптического излучения светодиода и изменению сопротивления фоторезистора, вследствие чего изменяется выходное напряжение операционного усилителя. Аналого-цифровой преобразователь фиксирует данное изменение величиной цифрового сигнала, подаваемого на бортовой компьютер. Недостатком данного устройства является отсутствие информации о величине буксования фрикционных накладок гидроподжимной муфты, что значительно снижает возможность проведение компьютерного диагностирования гидроподжимных муфт трактора. Кроме того, устройство обладает низкой помехоустойчивостью от внешних низкочастотных электромагнитных полей, поскольку используется обработка слабого аналогового сигнала с датчика Холла, что требует увеличения числа электронных компонент (усложнение конструкции устройства). Магнитная система крепится на вращающейся детали(прижимном поршне), что дополнительно создает вращающееся помехонесущее магнитное поле. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является измерительное устройство определения величины буксования фрикционных накладок гидроподжимной муфты 2 (прототип). В прототипе, в отличие от 1, имеется возможность определения величины буксования фрикционных накладок. Для определения величины буксования фрикционных накладок гидроподжимной муфты фиксируются и сравниваются периоды появления напряжения с двух датчиков Холла. Устройство 2 включает два датчика Холла, две вращающиеся магнитные системы,выполненные (каждая) на основе двух магнитов различной полярности, два резистора, которые регулируют напряжение питания указанных датчиков Холла, два светодиода, два фоторезистора, два полевых транзистора, два нагрузочных резистора, два стабилитрона,два операционных усилителя, два аналого-цифровых преобразователя (АЦП) и один бортовой компьютер (БК). Практически двойное увеличение электронных и механических компонент (за исключением бортового компьютера) значительно усложняет конструкцию устройства. Кроме того, устройство обладает низкой помехоустойчивостью от внешних низкочастотных электромагнитных полей, поскольку используется обработка слабых аналоговых сигналов с двух датчиков Холла и сложная обработка информации от двух АЦП. Магнитные системы крепятся на вращающихся деталях, что также усложняет конструкцию устройства в целом и создает вращающееся помехонесущее магнитное поле. 97122013.12.30 Задачей, решаемой в настоящей полезной модели, является увеличение помехоустойчивости и упрощение конструкции устройства при обеспечении функций определения износа и величины буксования фрикционных накладок. Измерительное устройство определения износа и величины буксования фрикционных накладок гидроподжимной муфты содержит два неподвижных магниточувствительных датчика, установленных на одной прямой, две магнитные системы, разнесенные в пространстве и выполненные на основе двух постоянных магнитов каждая, два аналогоцифровых преобразователя, выходы которых подключены к бортовому компьютеру. Оно отличается тем, что указанные магниточувствительные датчики выполнены в виде проволочных катушек с числом витков, превышающим 1000, и установлены в магнитных системах посредине между указанными двумя магнитами, которые установлены неподвижно и выполнены в виде удлиненных параллелепипедов с намагниченностями,параллельными осям катушек и противоположно направленными, кроме того, на цилиндрических поверхностях фрикционных накладок и прижимного поршня гидроподвижной муфты соответственно закреплены параллельно их осям тонкие немагнитные вставки, например, из алюминия, содержащие продольные отрезки микропровода Виганда, состоящие из магнитомягкой сердцевины с небольшой коэрцитивной силой и магнитожесткой оболочки выводы магниточувствительных датчиков подключены к соответствующим аналого-цифровым преобразователям через электронные преобразователи частоты сигнала в аналоговый сигнал, и, кроме того, магниточувствительный датчик, установленный в непосредственной близости от цилиндрических поверхностей фрикционных накладок,подключен к входу амплитудного детектора, выход которого подключен к бортовому компьютеру. Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружено аналога, характеризующегося признаками, тождественными всем признакам заявляемой полезной модели, а определение из перечня аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, комплексный анализ изложенных отличительных признаков конструкции устройства показывает, что они являются существенными и находятся в прямой причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом. Из уровня техники не выявлено технических решений, отличительные признаки которых в совокупности обеспечивают решение поставленной задачи в заявляемой полезной модели. По мнению авторов, измерительное устройство определения износа и величины буксования фрикционных накладок гидроподжимной муфты содержит вышеприведенный ряд новых и отличительных элементов, позволяющих реализовать выполнение поставленной комплексной задачи по сравнению с прототипом и выявленными аналогами. Следовательно, заявляемая полезная модель соответствует критерию новизна по действующему законодательству. Заявляемая полезная модель поясняется фиг. 1-3. На фиг. 1 представлена механическая схема измерительного устройства определения износа и величины буксования фрикционных накладок гидроподжимной муфты. На фиг. 2 приведена электрическая блок-схема. На фиг. 3 приведена схема перемагничивания микропровода Виганда и формирования выходного сигнала с магниточувствительного датчика. Схема измерительного устройства определения износа и величины буксования фрикционных накладок гидроподжимной муфты состоит из двух магнитных систем 1 и 2, разнесенных в пространстве и выполненных на основе двух постоянных магнитов каждая,которые установлены неподвижно и выполнены в виде удлиненных параллелепипедов с намагниченностями, параллельными длинным сторонам и противоположно направленны 3 97122013.12.30 ми двух магниточувствительных датчиков 3 и 4, установленных на одной прямой, которые выполнены в виде проволочных катушек с числом витков, превышающим 1000, и установлены в магнитных системах 1 и 2 посредине между соответствующими магнитами так, что оси катушек параллельны длинным сторонам указанных магнитов, кроме того,оси катушек параллельны осям фрикционных дисков 5 с фрикционными накладками 6 и оси прижимного поршня 7 гидроподвижной муфты двух тонких немагнитных вставок 8 и 9, например, из алюминия, выполненных с возможностью вращения совместно с 6 и 7 соответственно, содержащих продольные отрезки микропровода Виганда 10 и 11, состоящих из магнитомягкой сердцевины с небольшой коэрцитивной силой и магнитожесткой оболочки двух электронных преобразователей частоты сигнала в аналоговый сигнал 12 и 13,подключенных к двум АЦП 1 и АЦП 2 соответственно 14 и 15, выходы которых электрически подсоединены к бортовому компьютеру 16, причем к 16 подключен амплитудный детектор 17, который измеряет амплитуду сигнала с магниточувствительного датчика 3. В качестве материалов магнитожесткой оболочки отрезков микропровода 10 и 11 обычно используют сплав 523810. Магнитомягкая сердцевина изготавливается обычно из сплавов 7228, 5248, 70426. Также, например, в качестве 10 и 11 может быть использован аморфный микропровод Бисер-3 (разработка и выпуск Ижевского Государственного технического университета РФ) или аморфная проволока сплава 77,57,515 с положительной магнитострикцией, изготавливаемой фирмой(Япония). Отрезки микропровода Виганда обычно выполняются диаметром менее 0,25 мм и длиной, превышающей 5 мм. Указанные геометрические соотношения необходимы для проявления бистабильных магнитных свойств в 10 и 11, т.е. для перемагничивания большими скачками Баркгаузена. Амплитуда выходного сигнала с магниточувствительного датчика зависит от размагничивающего фактора микропровода, т.е. при фиксированном диаметре от длинымикропровода, и прямо пропорциональна числу витков в магниточувствительном датчике, и не зависит от величины индукции перемагничивающего поля. Для проявления эффекта Виганда необходимо создание напряженности магнитного поля над намагниченной областью величиной, где- поле старта (для наиболее часто встречаемых образцов Виганда величинанаходится в диапазоне 150 А/м-180 А/м). Измерительное устройство работает следующим образом. При включении гидроподжимной муфты под действием давления поршень 7 перемещается на расстояниеи сжимает пакет фрикционных дисков 5 с фрикционными накладками 6. В результате происходит вращение пакета фрикционных дисков 5 с фрикционными накладками 6 и прикрепленных к ним двух тонких немагнитных вставок 8 и 9, что приводит к выработке магниточувствительными датчиками 3 и 4 (наведению ЭДС в катушках) импульсов потенциалов, равных 3 и 4, с периодом импульсов, равным соответственно 3 и 4. На фиг. 3 представлена схема наведения ЭДС (потенциала 3) от временитолько в катушке 3, поскольку принципы формирования потенциалов 3 и 4 идентичны. На фиг. 3 приведена схема перемагничивания микропровода Виганда и формирования выходного сигнала с магниточувствительного датчика, которую рассмотрим более подробно. При перемещении микропровода Виганда (вследствие вращения) относительно источников магнитного поля (магнитных систем 1 и 2) в катушках 3 и 4 генерируются импульсы ЭДС Виганда длительностьюоколо (1040) мкс и высокой амплитудой (3-7) В вследствие перемагничивания микропровода большими скачками Баркгаузена по схеме,приведенной на фиг. 3. Как правило, маленькие импульсы не используются, поскольку они имеют амплитуду на полтора порядка меньше. Перемагничивание происходит следующим образом. Микропровод Виганда обладает бистабильными магнитными свойствами и характеризуется двумя скачками намагниченности за один цикл перемагничивания. Более подробно этот процесс можно представить так микропровод Виганда перемещается 4 97122013.12.30 относительно соседних намагниченных областей (магнитов). Сначала насыщающее магнитное поле первой области одной полярности ориентирует полярность сердцевины и оболочки в одном направлении (этап А). В ходе перемещения к области с противоположной полярностью изменяется полярность приложенного к микропроводу магнитного поля. При приближении ко второй области напряженность вновь приложенного магнитного поля увеличивается. Это приводит к тому, что сначала переключается полярность сердцевины (этап Б) и в катушке (для определенности 3) генерируется импульс напряжения,длительность которого . Затем при дальнейшем увеличении напряженности поля (по мере приближения ко второму намагниченной области) переключается полярность оболочки (этап В), при этом генерируется импульс гораздо меньшей амплитуды за счет большего времени переключения. В итоге магнитное поле второй области полностью насыщает проволоку Виганда (этап Г). На этапе Д сначала переключается полярность сердцевины и в катушке 3 генерируется импульс напряжения противоположной полярности большой амплитуды, а затем на следующем этапе генерируется импульс с малой амплитудой (на фиг. 3 этот этап не изображен). Интервал времени 3 между разнополярными импульсами является периодом, характеризующим скорость вращения фрикционных накладок 6 гидроподвижной муфты, а соответственно 4 определяет скорость вращения поршня 7. Во время эксплуатации гидроподжимной муфты на поверхности фрикционных накладок 6 появляются микротрещины с возможным короблением поверхности, что приводит к их проскальзыванию в пакете фрикционных дисков (относительно поршня 7). Происходит увеличение периода 3, появления напряжения 3 по отношению к периоду появления 4 напряжения 4. Аналого-цифровые преобразователи 14 и 15 (соответственно АЦП 1 и АЦП 2) преобразуют это в цифровой сигнал с соответствующим периодом следования и подают на бортовой компьютер 16, который производит обработку и определяет величину буксования фрикционных накладок. При включенной гидроподжимной муфте при равных периодах 34 появления напряжений 3 и 4 на экране бортового компьютера 16 горит надпись Буксование 0 . Следовательно, величина буксования определяется по изменению периода выходного сигнала одного магниточувствительного датчика относительно другого. Рассмотрим принцип измерения степени износа фрикционных накладок гидроподжимной муфты. В исходное положение (при неизношенных фрикционных накладках 6 и включенной гидроподжимной муфте) на дисплее бортового компьютера 16 по результатам измерения величины амплитуды выходного сигнала с магниточувствительного датчика 3 амплитудным детектором 17 программно устанавливают надпись Износ фрикционных накладок 0 . Во время эксплуатации фрикционные накладки 6 пакета фрикционных дисков 5 изнашиваются, при этом увеличивается величина хода поршня , что вызывает уменьшение амплитуды выходного сигнала с магниточувствительного датчика 3, расположенного в непосредственной близости от цилиндрических поверхностей фрикционных накладок из-за уменьшения длинысоответствующего отрезка микропровода Виганда 10 вследствие его истирания вместе с фрикционными накладками. Длинамикропровода 10 подбирается таким образом, чтобы при полном износе фрикционных накладок 6 пакета фрикционных дисков 5 на экране бортового компьютера 16 горела надпись Износ тормозных накладок 100 . Таким образом, величина буксования определяется по изменению периода выходного сигнала одного магниточувствительного датчика относительно другого. Степень износа фрикционных накладок определяется по уменьшению амплитуды выходного сигнала с магниточувствительного датчика, расположенного в непосредственной близости от цилиндрических поверхностей фрикционных накладок из-за уменьшения длины соответствующего отрезка микропровода Виганда вследствие его истирания вместе с фрикционными насадками. 5 97122013.12.30 Следовательно, заявляемая полезная модель относится к области машиностроения, в частности к устройствам для контроля за рабочим состоянием тормозов, и может использоваться для проведения компьютерного диагностирования, а именно для определения износа и величины буксования фрикционных накладок гидроподжимной муфты тракторов. Исходя из вышеизложенного, для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в приведенной формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов,поэтому заявляемое устройство соответствует требованию промышленная применимость по действующему законодательству. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6