Измерительное устройство величины износа фрикционных накладок муфты сцепления

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ВЕЛИЧИНЫ ИЗНОСА ФРИКЦИОННЫХ НАКЛАДОК МУФТЫ СЦЕПЛЕНИЯ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Анищик Виктор Михайлович Ярмолович Вячеслав Алексеевич(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Измерительное устройство величины износа фрикционных накладок муфты сцепления, содержащее неподвижный магниточувствительный датчик, магнитную систему, выполненную на основе двух постоянных магнитов, установленных с зазором, аналогоцифровой преобразователь, бортовой компьютер, отличающееся тем, что указанный магниточувствительный датчик выполнен в виде проволочной катушки с числом витков, превышающим 1000, и установлен в магнитной системе посредине между указанными двумя магнитами, которые установлены неподвижно и выполнены в виде удлиненных цилиндров с намагниченностями, параллельными оси катушки и противоположно направленными, кроме того, на цилиндрической поверхности ведомого диска муфты с фрикционными накладками закреплена параллельно его оси тонкая немагнитная вставка, например, из алюминия, содержащая продольный отрезок микропровода Виганда длиной более 5 мм,состоящая из магнитомягкой сердцевины с небольшой коэрцитивной силой и магнитожесткой оболочки выводы магниточувствительного датчика подключены к аналогоцифровому преобразователю через электронный преобразователь частоты сигнала в аналоговый сигнал, и, кроме того, магниточувствительный датчик установлен в непосредственной близости от цилиндрических поверхностей фрикционных накладок, подключен к входу амплитудного детектора, выход которого подключен к бортовому компьютеру.(56) 1. Патент РБ на полезную модель 6607, МПК 16 66/00, 2010. 2. Патент РБ на полезную модель 8647, 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. Это устройство обладает низкой помехоустойчивостью от внешних низкочастотных электромагнитных полей, поскольку используется обработка слабого аналогового сигнала с датчика Холла, что требует использования усилителя и 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 величины износа фрикционных накладок муфты сцепления 2(прототип). Измерительное устройство величины износа фрикционных накладок муфты сцепления 2 состоит из магнитной системы, включающей два магнита различной полярности, магниточувствительного датчика, выполненного на эффекте Холла, переменного резистора,регулирующего питание датчика Холла, светодиода, фоторезистора, нагрузочного резистора, полевого транзистора, стабилитрона, операционного усилителя, аналого-цифрового преобразователя, реле напряжения, нормально замкнутый контакт которого включен последовательно в цепь питания транспортного средства, и цифро-аналогового преобразователя, соединенного с бортовым компьютером. При включении муфты сцепления под действием давления, создаваемого пружинами,прижимной диск прижимает ведомый диск с фрикционными накладками к маховику. В результате происходит совместное вращение маховика, ведомого диска с фрикционными накладками, прижимного диска и прикрепленной к нему магнитной системы, что приводит к выработке датчиком Холла падения потенциалов, которое преобразуется светодиодом в оптическое излучение, падающее на фоторезистор. Далее выходное напряжение,снимаемое с операционного усилителя, подается на вход аналого-цифрового преобразователя и преобразуется в цифровой сигнал, поступающий в бортовой компьютер. Это устройство обладает низкой помехоустойчивостью от внешних низкочастотных электромагнитных полей, поскольку используется обработка слабого аналогового сигнала с датчиков Холла. Магнитные системы крепятся на вращающихся деталях, что также ус 2 97462013.12.30 ложняет конструкцию устройства в целом и создает вращающееся помехонесущее магнитное поле. Задачей, решаемой в настоящей полезной модели, является увеличение помехоустойчивости и упрощение конструкции. Измерительное устройство величины износа фрикционных накладок муфты сцепления содержит неподвижный магниточувствительных датчик, магнитную систему, выполненную на основе двух постоянных магнитов, установленных с зазором, аналого-цифровой преобразователь, бортовой компьютер. Оно отличается тем, что указанный магниточувствительный датчик выполнен в виде проволочной катушки с числом витков, превышающим 1000, и установлен в магнитной системе посредине между указанными двумя магнитами, которые установлены неподвижно и выполнены в виде удлиненных цилиндров с намагниченностями, параллельными оси катушки и противоположно направленными, кроме того, на цилиндрической поверхности ведомого диска муфты с фрикционными накладками закреплена параллельно его оси тонкая немагнитная вставка, например, из алюминия, содержащая продольный отрезок микропровода Виганда длиной более 5 мм, состоящая из магнитомягкой сердцевины с небольшой коэрцитивной силой и магнитожесткой оболочки выводы магниточувствительного датчика подключены к аналого-цифровому преобразователю через электронный преобразователь частоты сигнала в аналоговый сигнал, и, кроме того, магниточувствительный датчик установлен 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 величины износа фрикционных накладок муфты сцепления 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. 1-4. На фиг. 1 представлена механическая схема измерительного устройствавеличины износа фрикционных накладок муфты сцепления. На фиг. 2 приведена электрическая блок-схема. На фиг. 3 приведена схема перемагничивания микропровода Виганда и формирования выходного сигнала с магниточувствительного датчика. На фиг. 4 приведена зависимость амплитуды выходного сигнала от длины микропровода Виганда. Схема измерительного устройства величины износа фрикционных накладок муфты сцепления состоит из корпуса муфты 1, маховика 2, нажимных пружин 3, ведомого диска с фрикционными накладками 4, прижимного диска 5, магнитной системы 6, состоящей из двух магнитов, выполненных в виде удлиненных цилиндров с намагниченностями, параллельными оси диска 4 с фрикционными накладками и противоположно направленными,3 97462013.12.30 остова (рамы) транспортного средства 7, магниточувствительного датчика 8, выполненного в виде проволочной катушки с числом витков, превышающим 1000, и установленного в магнитной системе 6 посредине между указанными постоянными двумя магнитами, тонкой немагнитной вставки 9, например, из алюминия, которая содержит продольный отрезок микропровода Виганда 10 длинойболее 5 мм, состоящей из магнитомягкой сердцевины с небольшой коэрцитивной силой и магнитожесткой оболочки электронного преобразователя частоты сигнала в аналоговый сигнал 11, подключенного к аналогоцифровому преобразователю (АЦП) 12, выход которого электрически подсоединен к бортовому компьютеру (БК) 13, причем к 8 подключен амплитудный детектор 14, который измеряет амплитуду сигнала с магниточувствительного датчика 8. В качестве материалов магнитожесткой оболочки отрезков микропровода 10 обычно используют сплав 523810. Магнитомягкая сердцевина изготавливается обычно из сплавов 7228, 5248, 70426. Также, например, в качестве 10 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 (при меньшей длине может исчезнуть эффект Виганда). Указанные геометрические соотношения необходимы для проявления бистабильных магнитных свойств в 10, 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, 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 муфты сцепления под действием давления, создаваемого пружинами 3, прижимной диск 5 прижимает ведомый диск с фрикционными накладками 4 к маховику 2. В результате происходит совместное вращение маховика 2, прижимного диска 5, ведомого диска с фрикционными накладками 4,и прикрепленной к нему тонкой немагнитной вставки 9, например, из алюминия, которая содержит продольный отрезок микропровода Виганда 10. На фиг. 3 представлена схема наведения ЭДС (потенциала вых) от временив магниточувствительном датчике 8 вследствие перемагничивания микропровода Виганда большими скачками Баркгаузена и формирования выходного сигнала с магниточувствительного датчика, которую рассмотрим более подробно. При перемещении микропровода Виганда (вследствие вращения) относительно источников магнитного поля (магнитной системы 6) в магниточувствительном датчике 8 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 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 (магниту) напряженность 4 97462013.12.30 вновь приложенного магнитного поля увеличивается. Это приводит к тому, что сначала переключается полярность сердцевины (этап Б) и в магниточувствительном датчике 8 (катушке) генерируется импульс напряжения, длительность которого . Затем при дальнейшем увеличении напряженности поля (по мере приближения ко второй 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 магниточувствительном датчике 8 генерируется импульс напряжения противоположной полярности большой амплитуды, а затем на следующем этапе генерируется импульс с малой амплитудой (на схеме фиг. 3 этот этап не изображен). Интервал времени Т между разнополярными импульсами является периодом,характеризующим скорость вращения ведомого диска с фрикционными накладками 4(частота 1/). Аналого-цифровой преобразователь 12 (АЦП) преобразует это в цифровой сигнал с соответствующим периодом следования и подает на бортовой компьютер(БК) 13, что необходимо при компьютерной диагностике степени износа фрикционных накладок муфты сцепления в зависимости от частоты вращения . Рассмотрим принцип измерения степени износа фрикционных накладок муфты сцепления. В исходное положение (при неизношенных фрикционных накладках и включенной муфте сцепления) на дисплее бортового компьютера 13 по результатам измерения величины амплитуды выходного сигнала с магниточувствительного датчика 8 амплитудным детектором 14 программно устанавливают надпись Износ фрикционных накладок 0 . Во время эксплуатации фрикционные накладки изнашиваются, что вызывает уменьшение амплитуды выходного сигнала с магниточувствительного датчика 8, расположенного в непосредственной близости от цилиндрических поверхностей фрикционных накладок изза уменьшения длинысоответствующего отрезка микропровода Виганда 10, вследствие его истирания вместе с фрикционными накладками. Длинамикропровода 10 подбираются таким образом, чтобы при полном износе фрикционных накладок на экране бортового компьютера 13 горела надпись Износ тормозных накладок 100(при 5 мм). Таким образом, 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. 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 величины износа фрикционных накладок муфты сцепления. 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