Способ тепловой диагностики механических редукторов

 

Изобретение относится к эксплуатации транспортных средств, может быть использовано в машиностроении при создании встроенных систем диагностики станков и технологический линий и направлено на повышение достоверности и оперативности функционального диагностирования механических редукторов и их составных частей, а также на расширение диапазона диагностируемых режимов работы редукторов за счет автоматизации процесса диагностирования. Измеряют температуру на внешней поверхности редуктора во время его работы, а по измеренным значениям температуры судят о техничеком состоянии редуктора, при этом в процессе предварительных испытаний определяют триботехнические характеристики редуктора, которые используют для расчета теплового состояния технически исправного редуктора, а также для моделирования теплового состояния редуктора при возникновении различных неисправностей. Сравнивая текущее тепловое состояние редуктора с модельными тепловыми состояниями определяют техническое состояние редуктора. 1 ил.

Изобретение относится к эксплуатации транспортных средств, а также может быть использовано в машиностроении при создании встроенных систем диагностики станков и технологических линий.

Известен способ тепловой диагностики механических редукторов трансмиссии автомобиля [1] заключающийся в том, что нагружают автомобиль, установленный на силовом стенде, измеряют температуру проверяемого редуктора с помощью прибора, состоящего из терморезистивного датчика и измерительного устройства, сравнивают измеренную температуру с нормативной и делают заключение о техническом состоянии редуктора.

Данный способ позволяет оценивать техническое состояние редуктора в целом, однако не дает возможности оценивать техническое состояние его элементов. Кроме того, данный способ не позволяет осуществлять непрерывный контроль технического состояния редуктора в процессе его работы, так как диагностирование осуществляется на силовом стенде.

Наиболее близким техническим решением является способ тепловой диагностики механических редукторов трансмиссии автомобиля [2] заключающийся в том, что экспериментально определяют зависимость температуры масла в картере редуктора от параметров нагрузочно-скоростного режима работы редуктора и от его технического состояния, а диагностирование осуществляют во время работы автомобиля на маршруте, измеряя параметры нагрузочно-скоростного режима редуктора, температуру окружающей среды и температуру масла в картере редуктора с помощью датчика, установленного на внешней поверхности картера. Техническое состояние редуктора определяют, сравнивая измеренную в установившемся тепловом и нагрузочно-скоростном режиме редуктора температуру масла в картере с нормативной температурой, соответствующей измеренному нагрузочно-скоростному режиму редуктора.

Недостатком этого решения является то, что оно позволяет осуществлять только общую диагностику редуктора и не пригодно для диагностики составных частей редуктора. Кроме того, данный способ диагностирования механических редукторов обеспечивает приемлемую достоверность диагностирования только в установившемся тепловом и нагрузочно-скоростном режиме работы, что резко ограничивает возможность непрерывного контроля технического состояния редуктора.

Изобретение направлено на повышение достоверности и оперативности функционального диагностирования механи- ческих редукторов и их составных частей, а также на расширение диапазона диагностируемых режимов работы редуктора и автоматизацию процесса диагностирования.

Техническое решение поставленной задачи достигается тем, что в предлагаемом способе тепловой диагностики механических редукторов измеряют температуру на внешней поверхности редуктора в процессе его функционирования и температуру окружающей среды, а по измеренным значениям температуры судят о техническом состоянии редуктора, при этом в процессе предварительных испытаний редукторов данного типа определяют контрольные точки на поверхности редуктора, характеризующиеся максимальными значениями вариации температуры при изменении нагрузочно-скоростного режима работы редуктора, а также устанавливают значения триботехнических характеристик (коэффициентов трения в зубчатых зацеплениях, в подшипниках опор и коэффициентов распределения тепловых потоков), характеризующих условия трения и теплопередачи в редукторе при различном его техническом состоянии, а в процессе диагностирования измеряют параметры нагрузочно-скоростного режима работы редуктора и температуру в контрольных точках, вычисляют текущие эталонные значения температуры в контрольных точках, соответствующие различному техническому состоянию редуктора, формируют вектор текущего состояния редуктора ΔТ, компоненты которого вычисляют по формуле Δ Т=(Т_и-Т_н)/(Т_н-Т_о), где Т_и вектор измеренных текущих значений температуры в контрольных точках; Т_н вектор текущих эталонных значений температуры нормально работающего редуктора, вычисленных по известным теплофизическим и триботехническим характеристикам редуктора; Т_о температура окружающей среды, сравнивают вектор текущего состояния редуктора ΔТ с векторами состояния δ Т_j, характеризующими различные неисправные состояния редуктора, компоненты которых вычисляют по формуле δ Т_j=(T_эj-T_н)/(Т_н-Т_о), где Т_эj вектор текущих эталонных значений температуры в контрольных точках, соответствующий j-й неисправности редуктора, компоненты которого вычислены по известным теплофизическим и триботехническим характеристикам редуктора, а по результатам сравнения вектора ΔТ с векторами δТ_j делают вывод о техническом состоянии редуктора.

На чертеже представлена структурная схема устройства, с помощью которого может быть реализован предлагаемый способ.

Диагностирование осуществляется автоматически с помощью указанного устройства. В процессе работы редуктора сигналы с датчиков 2 температуры, установленных в контрольных точках редуктора 1, датчиков 3 крутящего момента и оборотов на входе в редуктор и датчика 4 температуры окружающей среды через устройство 5 сопряжения, где происходит нормирование и преобразование сигналов, передаются в микроЭВМ 6. В микроЭВМ по измеренным значениям крутящего момента (М_кр) и оборотов (ω ), температуры (Т_о) окружающей среды для текущего момента времени t вычисляются значения температуры (Т_нi) в контрольных точках, соответствующие технически исправному редуктору. При этом используются хранящиеся в ПЗУ микроЭВМ функциональные зависимости температуры в контрольных точках редуктора от параметров нагрузочно-скоростного режима (М_кр, ω), температуры Т_о окружающей среды и времени (t) работы редуктора, определенные в ходе предварительных испытаний редукторов данного типа. Определяются действительные относительные температурные аномалии в контрольных точках ( ΔТ_i) по формуле Δ T_i= (Т_иi-T_нi)/(T_нi-T_o), где Т_иi измеренное значение температуры в i-й контрольной точке редуктора.

Вычисляются модельные относительные температурные аномалии в контрольных точках (δ Т_эij) по формуле δ Т_эij=(T_эij-T_нi)/(T_нi-T_o), где Т_эij вычисленное значение температуры в i-й контрольной точке в текущий момент времени t, соответствующее j-й неисправности. При вычислении температур в контрольных точках (Т_эij) используются функциональные зависимости температуры в контрольных точках редуктора от параметров нагрузочно-скоростного режима (М_кр, ω), температуры окружающей среды и технического состояния редуктора, хранящиеся в ПЗУ микроЭВМ и определенные по результатам предварительного моделирования неис-правных состояний редукторов.

Составленные из значений относительных температурных аномалий ΔТ_i и δТ_эij векторы ΔТ и δТ_эj покомпонентно сравниваются. По результатам сравнения делается вывод о техническом состоянии редуктора. Информация о техническом состоянии редуктора выводится на устройство отображения диагностической информации.

До начала диагностирования редуктора в процессе предварительных испытаний исправных редукторов данного типа в различных режимах работы определяют точки на внешней поверхности, в которых изменение нагрузочно-скоростного режима работы редуктора приводит к наибольшим вариациям (изменениям) температуры. В дальнейшем в указанных точках устанавливают датчики температуры, по показаниям которых по- лучают значения температуры в контрольных точках при работе исправного редуктора Т_нi на различных режимах работы в различные моменты времени от начала работы редуктора. Аппроксимируя полученные значения, получают функциональные зависимости температуры в контрольных точках от параметров нагрузочно-скоростного режима (М_кр, ω), температуры окружающей среды (T_о) и времени работы редуктора t: Т_нi=fi( М_кр, ωt).

Кроме того, в процессе испытаний измеряют температуру в динамических сопряжениях редуктора (в зубчатых зацеплениях, в опорах качения и скольжения) и температуру масла в картере. По измеренным значениям температур определяют коэффициенты распределения тепловых потоков α_нs и коэффициенты трения μ_нs в динамических сопряжениях нормально работающего редуктора. При вычислении коэффициентов пользуются известными методами. По вычисленным триботехническим характеристикам исправного редуктора (α_нs, μ_нs) для фиксированного нагрузочно-скоростного режима работы определяют мощности тепловыделений (N_нs) в динамических сопряжениях редуктора по формуле N_нs= μ_нsV_скsP_s, где V_скs и P_s соответственно скорость скольжения и контактная нагрузка в s-м динамическом сопряжении. Измерив в этом нагрузочно-скоростном режиме при установлении стационарного теплового режима температуру в контрольных точках, определяют по известным методикам тепловые сопротивления r_sk между источниками внутренних тепловыделений и контрольными точками редуктора.

Моделирование неисправностей осуществляют математически, задавая отклонение коэффициентов трения μ_s и коэффициентов распределения тепловых потоков α_s в различных динамических сопряжениях от их нормальных значений μ_нs и α_нs и вычисляя температуры в контрольных точках Т_эij, соответствующие этим значениям коэффициентов на различных режимах работы редуктора.

При вычислении температур пользуются известными методами.

Полученные значения температуры аппроксимируют функциональными зависимостями Т_эij=f_ij (М_кр, ω,μ_s,α_s,t). Функциональные зависимости Т_нi=f_i (М_кр, ω, t) и Т_эij=f_ij(М_кр, ω,μ_s,α_s,t) в дальнейшем заносят в ПЗУ микроЭВМ и используют в качестве диагностических моделей.

Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что при изменении технического состояния зубчатых зацеплений, а также опор качения и скольжения коэффициенты трения μ_s могут изменяться в 5-10 раз, а коэффициенты распределения тепловых потоков α_s в 2-3 раза. В то же время при точности измерения температуры в контрольных точках ±0,5^оС предлагаемый метод позволяет зарегистрировать изменение коэффициента трения в высоконагруженном редукторе заднего моста автомобиля, составляющее 20-30% а коэффициентов распределения тепловых потоков 5-10% что позволяет сделать вывод о высокой чувствительности предлагаемого метода к нарушению нормальных условий работы механических редукторов.

Формула изобретения

СПОСОБ ТЕПЛОВОЙ ДИАГНОСТИКИ МЕХАНИЧЕСКИХ РЕДУКТОРОВ, заключающийся в том, что измеряют температуру на внешней поверхности редуктора с процессе его функционирования и температуру окружающей среды, а по измеренным значениям температуры судят о техническом состоянии редуктора, отличающийся тем, что в процессе предварительных испытаний редукторов данного типа определяют контрольные точки на поверхности редуктора, характеризующиеся максимальными значениями вариации температуры при изменении нагрузочно-скоростного режима работы редуктора, а также устанавливают значения триботехнических характеристик, характеризующих условия трения и теплопередачи в редукторе при различном его техническом состоянии, а в процессе диагностирования измеряют параметры нагрузочно-скоростного режима работы редуктора и температуру в контрольных точках, вычисляют текущие эталонные значения температуры в контрольных точках, соответствующие различному техническому состоянию редуктора, формируют вектор текущего состояния редуктора ΔT, компоненты которого вычисляют по формуле ΔT = (T_и-T_н)/(T_н-T_o), где T_и вектор измеренных текущих значений температуры в контрольных точках;
T_н вектор текущих эталонных значений температуры нормально работающего редуктора, вычисленных по известным теплофизическим и триботехническим характеристикам редуктора;
T_о температура окружающей среды,
сравнивают вектор текущего состояния редуктора ΔT с векторами состояния δT_j характеризующими различные неисправные состояния редуктора, компоненты которых вычисляют по формуле
δT_j= (T_эj-T_н)/(T_н-T_o),
где T_эj вектор текущих эталонных значений температуры в контрольных точках, соответствующий j-й неисправности редуктора, компоненты которого вычисляют по известным теплофизическим и триботехническим характеристикам редуктора,
и по результатам сравнения вектора ΔT с векторами δT_j определяют техническое состояние редуктора.

РИСУНКИ

Рисунок 1