Устройство для сортировки тел качения

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОРТИРОВКИ ТЕЛ КАЧЕНИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Сандомирский Сергей Григорьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для сортировки тел качения, содержащее направляющую, вдоль которой по ходу движения изделий размещены намагничивающая система с двумя разноименными магнитными полюсами, расположенными один напротив другого по разные стороны направляющей, и измерительный преобразователь, состоящий из индукционных обмоток,охватывающих направляющую и расположенных под углом к ее продольной оси, подключенный к последовательно соединенным измерительному каналу и блоку сортировки,расположенному за измерительным преобразователем по ходу движения изделий, отличающееся тем, что коаксиально направляющей в области расположения измерительного преобразователя установлен охватывающий его экран из магнитомягкого ферромагнитного материала. Полезная модель относится к разделению или сортировке изделий из твердых материалов по их магнитным свойствам, в частности по остаточному магнитному потоку в изделиях после намагничивания. Известно устройство для сортировки тел качения 1, содержащее вертикальную направляющую, переключающее и намагничивающее устройства, намагничивающую и измерительную катушки и блок разбраковки. Контролируемое изделие падает вдоль направляющей и приводит в действие переключающее устройство, включающее намагничивающее устройство. Изделие зависает в поле намагничивающей катушки на определенное время. Когда намагничивающее поле снимается, изделие падает сквозь измерительную катушку. Амплитуда сигнала, наведенного падающим изделием в измерительной катушке, служит критерием годности изделий и используется для их сортировки. Недостаток устройства в низкой достоверности и производительности сортировки,связанных с влиянием скорости движения изделий на информационный сигнал. Для повышения достоверности сортировки необходимо стабилизировать скорость пролета изделия сквозь измерительную катушку. Изделия должны падать через катушку с одинаковой высоты с нулевой начальной скоростью. Это заставляет выбрать такой режим намагничивания, когда изделие останавливается на определенной высоте в поле намагничивающей катушки, что снижает производительность сортировки. Кроме того, даже при таком режиме намагничивания неизбежны вариации скорости пролета изделий сквозь измерительную катушку, что уменьшает достоверность сортировки. Известно устройство для сортировки тел качения 2, содержащее намагничивающую катушку, расположенную на пути движения сортируемых изделий и соединенную с источником намагничивающего тока, измерительную катушку, сквозь которую движется намагниченное изделие, расположенную на пути движения изделий за намагничивающей катушкой, последовательно соединенные измерительный канал и исполнительный механизм, подключенные к измерительной катушке. В измерительном канале осуществляется интегрирование сигнала ЭДС измерительной катушки интегрирующим веберметром. Интегрирование сигнала катушки устраняет зависимость результатов сортировки от скорости движения изделий и повышает достоверность сортировки. Изделия не нужно останавливать для намагничивания, что повышает производительность. Недостаток известного устройства в низкой достоверности сортировки, связанной с влиянием поля намагничивающей катушки на сортируемое изделие при измерении остаточного магнитного потока в нем. Чтобы изделие при измерении вышло из зоны действия намагничивающего поля следует устанавливать измерительную катушку на большом расстоянии от намагничивающей катушки. Увеличение расстояния между измерительной и намагничивающей катушками усложняет применение устройства в производственных условиях. Установка измерительной катушки на более близком расстоянии от намагничивающей катушки приводит к снижению чувствительности информационного параметра к величине остаточного магнитного потока в изделии. Это снижает достоверность сортировки. Известно устройство для сортировки тел качения 3, содержащее направляющую, источник намагничивающего тока, первую и вторую намагничивающие катушки, охваты 2 57122009.12.30 вающие направляющую, расположенные друг за другом соосно с ней и встречно друг другу включенные в цепь источника намагничивающего тока, измерительную катушку, охватывающую направляющую и расположенную между намагничивающими катушками,последовательно соединенные измерительный канал и исполнительный механизм, подключенные к выходу измерительной катушки. Измерительная катушка расположена в области, где встречно направленные поля намагничивающих катушек компенсируют друг друга. Сортируемые изделия при свободном падении последовательно проходят сквозь первую намагничивающую катушку, измерительную катушку, вторую намагничивающую катушку и попадают на исполнительный механизм, сортирующий изделия на годные и брак. Измерительный канал интегрирует однополярный импульс ЭДС измерительной катушки, индуцируемый в ней движущимся намагниченным изделием. Результат интегрирования сравнивается с наперед заданными порогами годности и измерительный канал формирует управляющие сигналы для исполнительного механизма. Цель устройства(сближение намагничивающей и измерительной катушек) достигается тем, что намагничивающее поле в области расположения измерительной катушки компенсируется встречно направленным полем второй намагничивающей катушки. Недостаток устройства в низкой достоверности сортировки движущихся ферромагнитных изделий. Это связано с тем, что в момент измерения остаточного магнитного потока в изделии оно находится под действием сильного и неоднородного намагничивающего и размагничивающего полей. Намагничивающее поле скомпенсировано лишь в точке расположения измерительного преобразователя и в нулевом поле находится лишь центральная область изделия. Края изделия, даже если оно малогабаритное,находятся под действием размагничивающего и намагничивающего полей различной напряженности. Это снижает достоверность измерения остаточного магнитного потока в сортируемом изделии и, следовательно, достоверность сортировки изделий по результатам измерения этого параметра. Известно устройство для сортировки тел качения 4, содержащее источник тока, направляющую, первую и вторую намагничивающие катушки, расположенные друг за другом соосно с направляющей и встречно друг другу включенные в цепь источника тока,измерительный преобразователь, расположенный между намагничивающими катушками,последовательно соединенные измерительный канал и исполнительный механизм, подключенные к выходу измерительного преобразователя. Устройство снабжено третьей и четвертой намагничивающими катушками, расположенными друг за другом между первой намагничивающей катушкой и измерительным преобразователем соосно с ними и включенными в цепь источника тока встречно первой намагничивающей катушке. Соотношение размеров намагничивающих катушек в устройстве обеспечивает формирование в зоне измерительного преобразователя протяженной области, в которой намагничивающее поле скомпенсировано практически полностью. Достоверность сортировки повышается за счет того, что при измерении остаточного магнитного потока в изделии в поле, практически равном нулю, находится все изделие, а не только его центральная часть. Недостаток известного устройства в низкой надежности сортировки тел качения, диаметр которых больше их длины. Для намагничивания таких изделий необходимо создание весьма сильных намагничивающих полей. При выходе изделия из области намагничивающего поля возникает большая магнитная сила, препятствующая движению изделий и приводящая к их зависанию в поле намагничивающей катушки. Сортировка изделий по результату измерения их магнитных параметров становится невозможной. Из известных наиболее близким по технической сущности является устройство для сортировки тел качения 5, содержащее направляющую, вдоль которой по ходу движения изделий размещены намагничивающая система, выполненная в виде постоянного магнита или электромагнита постоянного тока с двумя разноименными магнитными полюсами,расположенными один напротив другого по разные стороны направляющей, и измери 3 57122009.12.30 тельный преобразователь, состоящий из индукционных обмоток, охватывающих направляющую и расположенных под углом к ее продольной оси, подключенный к последовательно соединенным измерительному каналу и блоку сортировки, расположенному за измерительным преобразователем по ходу движения изделий. Сортируемые изделия поштучно поступают в направляющую в положении, при котором продольные оси изделия и направляющей ортогональны. При движении вдоль направляющей сортируемые изделия намагничиваются между разноименными полюсами намагничивающей системы. При симметричном движении изделия между полюсами намагничивающей системы магнитная сила, тормозящая движение изделий, не возникает. При смещении изделия от оси симметрии направляющей возникает магнитная сила, прижимающая изделие к ее стенке. Но величина этой силы во много раз меньше, чем при намагничивании изделий в поле той же напряженности, направленном параллельно оси движения изделий. Изделия в силу инерции своего движения преодолевают тормозящую силу трения о боковую стенку направляющей и движутся дальше в намагниченном состоянии. Остановки изделий при намагничивании не происходит. При движении намагниченного изделия сквозь индукционные обмотки измерительного преобразователя на его выходе индуцируется ЭДС, поступающая на вход измерительного канала. Информационным параметром индуцированной ЭДС служит площадь ее однополярного импульса, пропорциональная максимальному магнитному потокосцеплению сортируемого изделия и измерительного преобразователя. Возможные изменения скорости движения изделия не изменяют площадь однополярного импульса индуцированной ЭДС и не сказываются на результатах сортировки. Недостатком известного устройства в недостаточно высокая достоверность сортировки тел качения, обусловленная влиянием поля намагничивающей системы на сортируемые изделия при их движении сквозь измерительный преобразователь. Чтобы сортируемое изделие к моменту измерения остаточного магнитного потока в нем вышло из зоны действия намагничивающего поля необходимо устанавливать измерительный преобразователь на большом расстоянии от намагничивающей системы. Это усложняет применение известного устройства в производственных условиях. Установка измерительного преобразователя на более близком расстоянии от намагничивающей системы снижает чувствительность информационного параметра к остаточному магнитному потоку в изделии. Это снижает достоверность сортировки. Достоверность сортировки тел качения из конструкционных ферромагнитных материалов уменьшается также из-за низкой точности измерения, которая вызвана малой остаточной намагниченностью изделий, обусловленной их большим размагничивающим фактором и малой коэрцитивной силой материала. Поэтому сигнал измерительного преобразователя, индуцированный в его обмотках сортируемым изделием, движущимся с относительно низкой скоростью, подвержен искажениям от влияния на измерительный преобразователь электромагнитных помех промышленной частоты. Задачей полезной модели является повышение чувствительности устройства к остаточной намагниченности сортируемых тел качения и коэрцитивной силе их материала и увеличение информационных сигналов устройства относительно электромагнитных помех промышленной частоты. Решение поставленной задачи обеспечит повышение достоверности сортировки. Задача решена в устройстве, содержащем направляющую, вдоль которой по ходу движения изделий размещены намагничивающая система с двумя разноименными магнитными полюсами, расположенными один напротив другого по разные стороны направляющей, и измерительный преобразователь, состоящий из индукционных обмоток,охватывающих направляющую и расположенных под углом к ее продольной оси, подключенный к последовательно соединенным измерительному каналу и блоку сортировки,расположенному за измерительным преобразователем по ходу движения изделий, причем 4 57122009.12.30 коаксиально направляющей в области расположения измерительного преобразователя установлен охватывающий его экран из магнитомягкого ферромагнитного материала. Экран из магнитомягкого ферромагнитного материала ослабляет действие поперечно ему направленного намагничивающего поля на сортируемое изделие в области расположения измерительного преобразователя. За счет этого повышается чувствительность сигнала преобразователя к остаточной намагниченности сортируемых тел качения и коэрцитивной силе их материала и, благодаря этому, достоверность контроля. Экран из магнитомягкого ферромагнитного материала обеспечивает также ослабление влияния внешних электромагнитных полей промышленной частоты на сигнал измерительного преобразователя. Одновременно экран из магнитомягкого ферромагнитного материала формирует подмагничивающее поле, напряженность которого пропорциональна остаточной намагниченности изделия и коэрцитивной силе его материала. Подмагничивающее поле увеличивает намагниченность контролируемых изделий и их магнитное потокосцепление с измерительным преобразователем. Происходит усиление сигнала преобразователя, обусловленное движением сквозь его обмотки намагниченного сортируемого изделия,находящегося в подмагничивающем поле. Усиление сигнала преобразователя пропорционально остаточной намагниченности изделия и коэрцитивной силе его материала. За счет этого повышается отношение сигнал/шум измерительного преобразователя и, благодаря этому, достоверность контроля. Предложенная полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства. На фиг. 2 приведены зависимости (прямые А и В) изменения от напряженности Не внешнего магнитного поля намагниченностей М в двух сортируемых изделиях (с коэрцитивными силами материалов соответственно равными НсА и НсВ) после намагничивания и значения МА и МВ измеряемых намагниченностей в них при сортировке известным устройством. На фиг. 3 приведены те же зависимости изменения М в тех же изделиях и значения/ и/ измеряемых намагниченностей в них при сортировке предложенным устройством. Устройство содержит направляющую 1, намагничивающую систему 2 с разноименными магнитными полюсамии , расположенными друг напротив друга по разные стороны направляющей 1, измерительный преобразователь, содержащий как минимум одну индукционную катушку 3, охватывающую направляющую 1 и расположенную под углом к ее продольной оси, измерительный канал 4, блок 5 сортировки, экран 6 из магнитомягкого ферромагнитного материала. Позицией 7 обозначено сортируемое изделие. Индукционная катушка 3 измерительного преобразователя подключена к последовательно соединенным измерительному каналу 4 и блоку 5 сортировки, расположенному за измерительным преобразователем по ходу движения изделий 7. Измерительный преобразователь помещен в экран 6 из магнитомягкого ферромагнитного материала. Работает устройство следующим образом. Сортируемые изделия 7 поштучно поступают в вертикально установленную направляющую 1 в положении, при котором продольные оси изделия 7 и направляющей 1 ортогональны. При движении вдоль направляющей 1 сортируемые изделия 7 намагничиваются между разноименными полюсамиинамагничивающей системы 2. При симметричном движении изделия 7 между полюсамиинамагничивающей системы 2 магнитная сила,тормозящая движение изделий 7, не возникает. При смещении изделия от оси симметрии направляющей 7 в направлении одного из полюсовилинамагничивающей системы 2 возникает магнитная сила, прижимающая изделие 7 к стенке направляющей 1. Но эта сила мала, а исходная высота свободного падения сортируемых изделий 7 сквозь намагничивающую систему 2 устанавливается такой, что изделия 7 в силу инерции своего движения,преодолевая тормозящую силу трения о боковую стенку направляющей 1, не останавли 5 57122009.12.30 ваются в поле намагничивающей системы 2, а выходят из зоны действия намагничивающего поля и движутся дальше в намагниченном состоянии. При движении намагниченного сортируемого изделия 7 сквозь индукционную обмотку 3 измерительного преобразователя на его выходе индуцируется ЭДС, поступающая на вход измерительного канала 4. Информационным параметром индуцированной ЭДС служит площадь ее однополярного импульса, пропорциональная максимальному магнитному потокосцеплению намагниченного сортируемого изделия 7 и индукционной обмотки 3 измерительного преобразователя. Возможные изменения скорости движения изделия 7 не изменяют площадь однополярного импульса индуцированной ЭДС и не сказываются на результатах сортировки. Экран 6 из магнитомягкого ферромагнитного материала обеспечивает отсутствие влияния поля намагничивающей системы 2 на изделие 7 при его взаимодействии с индукционной обмоткой 3 измерительного преобразователя. Одновременно экран 6 из магнитомягкого ферромагнитного материала усиливает сигнал индукционной обмотки 3 измерительного преобразователя пропорционально намагниченности изделий 7 и ослабляет влияние на сигнал индукционной обмотки 3 электромагнитных помех промышленной частоты. Поэтому блок 5 сортировки по сигналу измерительного канала 4 сортирует изделия 7 с высокой достоверностью, производительностью и надежностью. Для изделий с большим размагничивающим факторомиз конструкционных ферромагнитных материалов зависимости М(Не) носят практически линейный характер (фиг. 2) В случае, если на сортируемые изделия А и В после намагничивания не действует намагничивающее поле намагничивающей системы 2 (Не 0), изделия А и В находятся в состоянии остаточной намагниченности Отношениемежду остаточными намагниченностями изделий В и А в этом случае равно(5)При Не 0 значениепропорционально отношению коэрцитивных сил материалов сортируемых изделий В и А. Но в известном устройстве при измерении намагниченности изделий А и В они находятся под действием поля Н 0 намагничивающей системы 2. Для измеряемых значений намагниченностей МА и М соответственно изделий А и В из (1) и (2) получим Отношение 1 между остаточными намагниченностями изделий В и А в этом случае равно(8)10 При Н 00 из (8) следует 1. Например, при НсА 200 А/м, с 600 А/м, Н 0100 А/м величина 1 составляет 77,8 от . Это снижает чувствительность информационного параметра, измеряемого известным устройством, к коэрцитивной силе сортируемых изделий и, следовательно, достоверность сортировки. Предложенное устройство практически полностью исключает воздействие поля намагничивающей системы 2 на намагниченное сортируемое изделие 7. Проведенный анализ показывает, что для достижений целей полезной модели длина экрана 6 из магнитомягкого ферромагнитного материала должна составлять от двух до четырех расстояний между разноименными полюсамиинамагничивающей системы 2. В этом случае можно считать Н 00. Поэтому в предложенном устройстве при измерении намагниченностей/ или/ изделий А или В изделия находятся под действием только подмагничивающих полей Н 1 или Н 2 экрана 6 из магнитомягкого ферромагнитного материала, напряженности которых равны (фиг. 3) для изделия А(10)2/ ,где- коэффициент, зависящий от размеров изделия 7 и экрана 6 (0). Используя (1), (2), (9) и (10) для намагниченностей/ и/ изделий А и В получим Анализ полученных выражений (11) и (12) показывает, что при сортировке изделий 7 предложенным устройством отношение 2 между остаточными намагниченностями изделий В и А равно . Следовательно, контроль изделий осуществляется с высокой достоверностью по коэрцитивной силе их материала. Кроме того, уровень электромагнитных помех промышленной частоты, действующих на индукционную обмотку 3 измерительного преобразователя, помещенного в экран 6 из магнитомягкого ферромагнитного материала, снизится пропорционально коэффициенту/ экранирования экрана 6, а измеряемые значения намагниченностей/ и/ изделий А и В (и, соответственно, сигналы индукционной обмотки 3 измерительного преобразователя) по сравнению с намагниченностями МА и М изделий А и В, измеряемыми извест ным устройством, возросли (фиг. 2, 3) в (1) 1 раз. Благодаря этому возрастает достоверность сортировки изделий 7. Кроме того, подмагничивающие поля 1 или 2,возникающие внутри экрана 6 при движении сквозь него сортируемых изделий 7, также увеличивают уровни ЭДС в индукционной обмотке 3 измерительного преобразователя. Положительный эффект, достигаемый полезной моделью, подтвержден и следующими результатами ее практической реализации. Намагничивающая система 2 была выполнена с использованием постоянных магнитов из феррита стронция размером 60608 мм, намагниченных вдоль наименьшего размера. Магниты расположены разноименными полюсами друг напротив друга на расстоянии 57122009.12.30 57 мм с противоположных сторон направляющей, размеры внутреннего окна которой составляли 2845 мм, и замкнуты магнитопроводом из магнитомягкого материала. Напряженность намагничивающего поля на оси движения изделий в центре пространства между полюсами магнитов равна 46 кА/м. Измерительный преобразователь выполнен, как у устройства - прототипа, из четырех индукционных обмоток, охватывающих направляющую и расположенных попарно под углами 45 к ее оси. Пары обмоток, каждая из которых содержит 250 витков, расположены на расстоянии 30 мм друг от друга. Пары обмоток включены встречно, а обмотки в парах - последовательно. Интегрирование сигнала преобразователя осуществлено аналоговым интегратором. Центр преобразователя расположен на расстоянии 200 мм от центра намагничивающей системы. Экран выполнен из электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Сечение экрана 8065 мм, длина 155 мм. Нижний по ходу движения изделий край экрана совпадал с нижним краем измерительного преобразователя. В качестве сортируемых изделий использованы отливки изделий ниппель 11/4 из белого и феррито-перлитного ковкого чугунов. Изделия имели форму полого цилиндра наружным диаметром 42 мм, толщиной стенки 6 мм и длиной 25 мм. Проведенные эксперименты показали, что при использовании заявленного устройства по сравнению с известным чувствительность информационного параметра к структуре исследованных отливок повысилась в 1,25 раза, а уровень сигналов преобразователя возрос в 1,35 раза. Таким образом, задача полезной модели - повышение достоверности сортировки тел качения, достигается за счет повышения чувствительности устройства к остаточной намагниченности сортируемых изделий и коэрцитивной силе их материала, связанных со структурой материала изделий, и увеличения информационных сигналов устройства относительно электромагнитных помех промышленной частоты. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.