Способ выявления структурных повреждений в многопоточных зубчатых приводных механизмах

 

Использование: машиностроение, способы контроля состояния зубчатых приводных механизмов. Сущность изобретения: крутящие моменты измеряют на нескольких параллельных потоках одного из замкнутых контуров, сравнивают их между собой, и при неравенстве формируют сигнал для устройства, сигнализирующего о повреждении. Кроме того, дополнительно измеряют величины крутящих моментов на входных валах зубчатого механизма, сравнивают их с величинами крутящих моментов в соответствующих параллельных потоках, а сигнал для устройства, сигнализирующего о повреждении, формируют при их неравенстве. 1 з. п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к способам контроля состояния зубчатых приводных механизмов, а более конкретно к способам обнаружения неисправностей вертолетного редуктора крутящего момента во время его работы.

Известен зубчатый приводной механизм, используемый для привода несущего винта вертолета, в конструкции которого имеется измеритель крутящего момента [1] Сигнал от датчика крутящего момента обрабатывается в электронных блоках и поступает на регистрирующий прибор, установленный в кабине пилота. Такое измерение крутящего момента позволяет косвенно судить о целости и работоспособности зубчатого механизма. Однако не дает возможности контролировать и фиксировать его структурные повреждения и расцепления в кинематической цепи механизма.

Настоящим изобретением решается задача своевременного выявления структурных повреждений, т.е. выявления расцепления кинематической цепи в многопоточных, в том числе многоступенчатых зубчатых механизмах. Такое выявление повреждений, например, повышает безопасность полетов при использовании данного способа в главных редукторах вертолетов, решает задачу, связанную с эксплуатацией зубчатых механизмов по состоянию, а не по расчетному ресурсу.

Упомянутые выше задачи решены благодаря способу выявления структурных повреждений в многопоточных зубчатых приводных механизмах, содержащих узлы разделения и объединения мощности и образующих замкнутые контуры, заключающемся в том, что измеряют крутящий момент в одном из элементов механизма и на основании этого измерения формируют сигнал для устройства, сигнализирующего о повреждении, отличающийся тем, что за элемент механизма принимают один из замкнутых контуров, а крутящие моменты измеряют на нескольких его потоках, сравнивают их между собой, а сигнал для устройства, сигнализирующего о повреждении, формируют при их неравенстве.

В случае привода зубчатого приводного механизма от нескольких двигателей дополнительно измеряют величины крутящих моментов на входных валах зубчатого механизма, сравнивают их с величинами крутящих моментов в соответствующих параллельных потоках, а сигнал для устройства, сигнализирующего о повреждении, формируют при их неравенстве.

В исправном зубчатом механизме, например, с приводом от двух двигателей, постоянно выдерживается условие A×u×N = a+Δ B×u×N = b+Δ, где A крутящий момент на входе в зубчатый механизм от одного двигателя; B крутящий момент на входе в зубчатый механизм от второго двигателя; u передаточное число; N количество параллельных ветвей в зубчатом механизме; a крутящий момент в одной из параллельных ветвей, соответствующий крутящему моменту A; b крутящий момент в одной из параллельных ветвей, соответствующий крутящему моменту B.

Это условие может быть преобразовано в следующий вид: a = b ± Δ,,
где Δ заложенная в системе погрешность измерения крутящего момента, равная, например, 0,05 а.

При структурном повреждении (расцеплении кинематической цепи) в любой ступени это условие нарушается, т.к. мощность перераспределяется по сохранившимся звеньям пропорционально их крутильной жесткости, и
a ≠ b ± Δ.
Изменение крутящих моментов в параллельных ветвях может происходить как по величине, так и по направлению и зависит от того, в каком месте произошло расцепление.

При исправно работающем многопоточном зубчатом механизме
a k · A
b k · B,
где k коэффициент пропорциональности, равный отношению величин крутящих момент в соответствующих валах.

Условия, при которых должен выдаваться или отсутствовать сигнал о разрушении при работающих двигателях (условно A 1 и B 1):
a = b ± Δ
сигнал отсутствует
a ≠ b ± Δ
выдается сигнал о разрушении.

Однако эти условия недостаточны, т.к. возможен переток мощности при одном работающем двигателе или при разнице мощностей, выдаваемых двигателями. Поэтому необходимо сравнивать между собой не только величины крутящих моментов в параллельных ветвях, но и величины этих крутящих моментов с соответствующими величинами крутящих моментов на входных валах. Тогда
при A 1; B 0
a = k×A ± Δ
сигнал отсутствует
при A 0; B 1
b = k×B ± Δ
сигнал отсутствует
при A 1; B 0
a ≠ k×A ± Δ
выдается сигнал о разрушении
при A 0; B 1
b ≠ k×B ± Δ
выдается сигнал о разрушении
На фиг. 1 изображена кинематическая схема главного редуктора вертолета МИ-26; на фиг. 2 условное изображение кинематической схемы редуктора, изображенной на фиг. 1; на фиг. 3 схема размещения элементов системы выявления структурных повреждений редуктора, реализующей предлагаемый способ; на фиг. 4 схема распределения коэффициентов неравномерности крутящего момента по потокам редуктора при отсутствии разрушений; на фиг. 5 схема распределения коэффициентов неравномерности крутящего момента по потокам редуктора при разрушении звена контура привода трансмиссии хвостового вала; на фиг. 6, 7 схема распределения коэффициентов неравномерности крутящего момента по потокам редуктора при разрушении вала, передающего крутящий момент на первую ступень редукции или вала, соединяющего первую ступень со второй; на фиг. 8 схема распределения коэффициентов неравномерности крутящего момента по потокам редуктора при разрушении элементов второй ступени; на фиг. 9 - схема распределения коэффициентов неравномерности крутящего момента по потокам редуктора при разрушении элементов третьей ступени; на фиг. 10 схема распределения коэффициентов неравномерности крутящего момента по потокам редуктора при отсутствии разрушений при работе от одного двигателя; на фиг. 11 15 схемы распределения коэффициентов неравномерности при разрушении тех же элементов, что и на фиг. 5 9, но при работе от одного двигателя.

Стрелки на схемах указывают направление передачи мощности, а числовые значения у стрелок показывают величину коэффициента неравномерности крутящего момента Т для каждого звена.

Т=Мн/Мр,
где Мн крутящий момент в звене при нормальной работе;
Мр крутящий момент в звене при каком-либо структурном повреждении.

Главный редуктор вертолета Ми-2 является многопоточным трехступенчатым с зубчатыми колесами внешнего зацепления с приводом от двух двигателей с двумя выходами: один на вал ротора несущего винта, другой на хвостовую трансмиссию.

На фиг. 1 показано: 1 и 2 входные валы от приводных двигателей; 3 - выходной вал на привод несущего винта; 4 выходной вал на хвостовую трансмиссию; 5 первая ступень редукции; 6 вторая ступень редукции; 7 - третья ступень редукции; 8 узел разделения мощности от двигателя на два потока (на каждом входе) и на ветви подводящие мощность к выходному валу на хвостовую трансмиссию; 9 параллельные ветви кинематической цепи, по которым мощность подводится к коническим передачам первой ступени; 10 параллельные ветви (указаны две из четырех) подвода мощности к цилиндрической передаче второй ступени; 11 параллельные ветви (указаны четыре из шестнадцати) подвода мощности к цилиндрической передаче третьей ступени; 12, 13 - параллельные ветви подвода мощности к приводу на хвостовую трансмиссию; 14, 15 устройства, измеряющие крутящий момент на входных валах от двигателей; 16,17 устройства, измеряющие крутящий момент на валах привода хвостовой трансмиссии.

На представленной в качестве примера реализации предлагаемого способа схема размещения элементов системы выявления структурных повреждений видно, что измерители крутящего момента (ИКМ) 14, 15 установлены соответственно на входных валах 1 и 2. На валах 12, 13 подвода мощности к приводу хвостовой трансмиссии установлены ИКМ 16 и 17. В цифровое вычислительное устройство (ЦВУ) 18 поступают сигналы от ИКМ 14 17, а из ЦВУ или на стрелочный прибор 19, или на сигнальную лампу 20, либо на дисплей 21.

Работа такой системы выявления структурных повреждений редуктора происходит следующим образом. При полной исправности редуктора и его работе от двух приводных двигателей сигналы от ИКМ 14 17, поступают на ЦВУ 18 и, поскольку величины крутящих моментов на этих валах соответствуют коэффициенту неравномерности Т 1, сигнал о неисправности отсутствует.

На фиг. 5 показано структурное повреждение, произошедшее в одном из валов привода хвостовой трансмиссии (коэффициент Т 0). В этом случае при исправно работающих приводных двигателях, в другом параллельном потоке замкнутого контура величина крутящего момента будет соответствовать коэффициенту Т 2, а из ИКМ 12 сигнал, соответствующий коэффициенту Т 0. Из ИКМ 14 и 15 поступит сигнал, соответствующий коэффициенту Т 1. При таких сигналах из ЦВУ 18 пойдет сигнал на сигнальное устройство 19 (20; 21) о повреждении редуктора.

На фиг. 6 9 показаны различные места повреждений при нормальной работе приводных двигателей. Из этих схем видно, что в любом случае, где бы не произошло разрушение в редукторе, оно отразится на направлении передачи мощности и на величинах крутящего момента в других звеньях. Эти изменения будут пропорциональны коэффициенту неравномерности Т. Сигналы от ИКМ 12, 13, пропорциональные коэффициенту Т, поступят в ЦВУ и после их обработки приведут к подаче сигнала пилоту о разрушении редуктора.

Величины коэффициента Т, представленные на этих схемах, наглядно показывают его изменения в связи с различными местами разрушения.

Условия, при которых должен выдаваться или отсутствовать сигнал о разрушении при исправно работающих приводных двигателях
(A 1 и B 1)
a ≠ b ± Δ
Изобретение позволяет своевременно диагностировать состояние главного редуктора вертолета и его трансмиссии, тем самым повысить безопасность полетов. Оно решает часть проблем, связанных с эксплуатацией по состоянию: при наличии анализирующих устройств выдавать пилоту рекомендации о характере его последующих действий в зависимости от серьезности возможных последствий этих повреждений.

Формула изобретения

1. Способ выявления структурных повреждений в многопоточных зубчатых приводных механизмах, содержащих узлы разделения и объединения мощности и образующих замкнутые контуры, заключающийся в том, что измеряют крутящий момент в одном из элементов механизма и на основании этого измерения формируют сигнал для устройства, сигнализирующего о повреждении, отличающийся тем, что за элемент механизма принимают один из замкнутых контуров, крутящие моменты измеряют на нескольких его параллельных потоках, сравнивают их между собой, а сигнал для устройства, сигнализирующего о повреждении, формируют при их неравенстве.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно измеряют величины крутящих моментов на входных валах зубчатого механизма, сравнивают их с величинами крутящих моментов в соответствующих параллельных потоках, а сигнал для устройства, сигнализирующего о повреждении, формируют при их неравенстве.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15