Подшипник качения
Изобретение относится к устройствам повышения долговечности подшипников в процессе работы машин или механизмов. Существенным отличием предлагаемого устройства является подбор индивидуальных режимов для узла трения трибосистемы. В подшипнике предусмотрено замыкание анода на детали подшипника, в зону трения накладывается ультразвук. Скорость восстановления изнашиваемых частей трибосистемы регулируют изменением концентрации, токопроводности, температуры и состава ионообразующей жидкости путем изменения количества, конструкции и материала растворяемых анодов. Для получения необходимого качества поверхностей трения регулируют давление во внутренней полости подшипника, скорость перемещения трущихся частей подшипника. Величина тока в цепи анод - детали подшипника задается в программируемом режиме от постоянного до импульсного с изменяемой частотой, скважностью и амплитудой. В систему введены датчики, регистрирующие условия работы подшипника, его скорость, нагрузку, температуру и т.д. Источник тока может подключаться и отключаться внешним воздействием. В подшипник введены различные датчики, регистрирующие параметры внешней среды и технологического процесса. В подшипнике предусмотрена звуковая, световая и цифровая сигнализация. Технический результат - компенсация износа деталей подшипника с использованием ионов металла анода, помещенного в зону трения. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкции подшипников, и может быть использовано в подшипниках скольжения, качения и других узлах, требующих увеличения ресурса.
Широко известны способы и устройства повышения долговечности трущихся элементов различных подшипников путем образования на поверхности трения износостойких пленок, изменения химического состава поверхностного слоя [1]. Однако эти способы и устройства требуют значительного времени на выполнение, присутствие химически активных сред и не всегда позволяют достичь желаемых результатов при значительных материальных затратах.
Наиболее близким к заявленному является подшипник качения, содержащий наружную и внутреннюю обоймы, тела качения, а также уплотнения и смазочное средство, заполняющее полость между упомянутыми уплотнениями, в качестве смазочного средства использована ионообразующая токопроводящая жидкость, а уплотнения снабжены закрепленными на их внутренних стенках и диалектрически изолированными от колец подшипника анодами, выполненными из металла или сплава, содержащего присадки из цинка, при этом для анода и деталей подшипника использованы материалы с разностными собственными электрическими потенциалами для обеспечения репарации деталей подшипника [2].
Недостатком известного устройства являются недостаточные эффективность и качество процесса репарации деталей подшипника, отсутствие возможности управлять процессом, в случае отключения внешнего источника тока происходит самопроизвольный процесс растворения деталей подшипника в ионообразующей жидкости, отсутствие адаптации процесса к внешним условиям работы подшипника, отсутствие индикации о параметрах происходящего процесса. Все вышеперечисленное не позволяет достичь требуемых результатов по увеличению ресурса подшипника, работающего в жестких условиях высоких динамических нагрузок.
Устранение указанных недостатков достигается тем, что в подшипнике предусмотрено в случае отключения источника питания замыкание растворяемого анода на детали подшипника; для повышения эффективности процесса репарации на детали подшипника накладывают ультразвук с рабочей частотой 16...35 кГц; скорость процесса репарации изнашиваемых частей подшипника регулируется путем изменения концентрации, токопроводности, температуры, состава ионообразующей жидкости, количества, конструкции, состава растворяемых анодов, а для получения необходимого качества поверхностей трения регулируют давление во внутренней полости подшипника, скорость перемещения трущихся частей подшипника. Кроме того, на первом этапе включают обратную полярность питания: положительный вывод источника тока к деталям подшипника, а отрицательный - к растворяющемуся аноду, для снятия оксидной пленки, а на втором этапе включают прямую полярность. С целью воздействия на процесс репарации и постоянного регулирования системных характеристик - величина тока в цепи анод - детали подшипника задается в программируемом режиме от постоянного до импульсного с изменяемой частотой, скважностью и амплитудой, в зависимости от нагрузки на подшипник и его скорости вращения. Для регулирования скорости и качества процесса репарации в систему введены датчики, регистрирующие условия работы подшипника, его скорость, нагрузку, температуру и т.д. Кроме того, напряжение в цепи может подключается и отключается внешним воздействием, что дает возможность перехода от автоматической работы системы в автономном режиме к ручному, принудительному режиму работы, что может потребоваться в некоторых случаях. Кроме того, подшипник содержит датчики окружающей среды, представляющие собой датчики давления, температуры, шума и вибрации в трибосистеме, связанные с управляющим процессором, который соединен с исполнительными элементами трибосистемы. Для получения информации о происходящих процессах в подшипнике вводится звуковая, световая и цифровая сигнализация.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый подшипник отличается наличием новых блоков и устройств: емкости для корректирования концентрации и состава ионообразующей жидкости; нагревательный элемент с источником энергии для нагрева ионообразующей жидкости; источник тока; емкость-дозатор с различными присадками, поверхностно-активными веществами, кислотами, щелочами; насос; управляющий процессор; датчики давления, температуры в системе смазки; датчики давления, температуры, шума, вибрации и т.д. в подшипнике; датчики, регистрирующие параметры окружающей среды (давления, температуры и т.д.); контактное устройство, замыкающее анод с деталями подшипника при отключении питания или во время длительных остановок в работе подшипника; блок сигнализации (световой, звуковой, цифровой); во время работы подшипника на детали подшипника накладывается ультразвук.
Изменение схемы прототипа и введение новых дополнительных элементов, позволяющих регулировать множество параметров системы влияющих на износ элементов трибосистемы, приводит к повышению его эффективности.
На чертеже представлена блок-схема предлагаемого подшипника качения.
Подшипник качения содержит наружную 1 и внутреннюю 2 обоймы; сепаратор 3; тела качения 4; 5 - ионообразующая жидкость, заполняющая полость между уплотнениями 6; аноды 7, закрепленные на внутренних стенках уплотнений и диэлектрически изолированные от элементов подшипника, выполненные из металла; внешний источник тока 8, положительный вывод которого подключен к аноду, а к деталям подшипника отрицательным выводом, управляемый процессором; датчики 9, регистрирующие параметры подшипника и подающие сигналы на процессор; контактор 10, замыкающий анод с деталями подшипника в неработающем состоянии подшипника, управляемый процессором; управляющий процессор 11, принимающий сигналы с датчиков, сравнивающий их с заложенными данными и выдающий сигналы управления на исполнительные элементы трибосистемы; гидравлический насос 12, управляемый процессором, изменяющий давление в гидросистеме; емкость-дозатор с присадками 13, выдающая дозу различных присадок в емкость с ионообразующей жидкостью по команде управляющего процессора; емкость с ионообразующей жидкостью 14, в которой происходит смешение ионообразующей жидкости с поверхностно-активными веществами и другими присадками; нагревательный элемент с собственным источником тока 15, включаемый в работу управляющим процессором; датчики, регистрирующие параметры окружающей среды 16 и выдающие сигналы на управляющий процессор; блок сигнализации 17, получающий сигналы с управляющего процессора и сигнализирующий о предельных параметрах трибосистемы, выдавая различные сигналы (световые, звуковые, цифровые).
Устройство работает следующим образом. Гидронасос 12 забирает рабочую жидкость из емкости 14, которая оснащена нагревательным элементом 15 с собственным источником тока. Нагревательный элемент 15 управляемый процессором 11, позволяет регулировать температуру ионообразующей жидкости, что влияет на токопроводность и соответственно осаждение ионов анода на восстанавливаемых деталях. Кроме того, емкость 14 имеет дополнительную емкость-дозатор 13 с запорным краном, позволяющим регулировать состав и концентрацию ионообразующей жидкости в системе, добавляя слабые растворы щелочей, кислот и поверхностно-активных веществ. На входе и на выходе гидронасоса установлены датчики 9 (позволяющие контролировать параметры работы гидросистемы, например давление и температуру), сигнал от которых поступает на процессор 11. В случае если работа подшипника сопряжена со значительным износом трущихся частей - устанавливается необходимое количество анодов, которые могут быть разными по составу конструкции. Если подшипник нагружается незначительно и его работа не сопряжена со значительным износом трущихся частей, то внешний источник тока, управляемый процессором, не включается и для восстановления достаточного растворения анода под действием разности собственных электрохимических потенциалов. Если в работе подшипника предусмотрены длительные остановки, то с помощью контактора 10 производится замыкание анода на детали подшипника, в целях предотвращения самопроизвольного растворения сепаратора и тел качения. Процессор получает сигналы с датчиков, установленных в подшипнике, гидравлической системе, окружающей среде, сравнивает их с заданными параметрами и при отклонении параметров измеряемых сигналов от установленных управляет скоростью растворения анодов посредством регулировки тока, а также температурой ионообразующей жидкости посредством включения нагревателя 15.
Использование предлагаемого подшипника позволяет снизить износ элементов подшипника и обеспечивает продление срока службы подшипника.
Источники информации
1. Зозуля В.В. и др. Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин. 2-е издание. - Киев, Наукова Думка, 1990, с.168, 248.
2. Патент Российской Федерации RU (11) 2088817 (13) C1.
1. Подшипник качения, содержащий наружную и внутреннюю обоймы, тела качения, а также уплотнения и смазочное средство, заполняющее полость между упомянутыми уплотнениями, в качестве смазочного средства использована ионообразующая токопроводящая жидкость, а уплотнения снабжены закрепленными на их внутренних стенках и диэлектрически изолированными от деталей подшипника анодами, выполненными из металла или сплава, содержащего присадки из цинка, при этом для анода и деталей подшипника использованы материалы с разностными собственными электрическими потенциалами для обеспечения репарации деталей подшипника, источник тока, подключенный положительным выводом к аноду, отрицательным - к деталям подшипника, отличающийся тем, что он содержит датчики окружающей среды, представляющие собой датчики давления, температуры, шума и вибрации в трибосистеме, связанные с управляющим процессором, который соединен с исполнительными элементами трибосистемы, регулирующими скорость восстановления изнашиваемых частей трибосистемы путем изменения концентрации, токопроводности, температуры и состава ионообразующей жидкости и путем изменения количества, конструкции и материала растворяемых элементов.
2. Подшипник качения по п.1, отличающийся тем, что скорость восстановления изнашиваемых частей подшипника регулируется путем изменения давления в гидравлической системе подшипника с помощью гидравлического насоса.
3. Подшипник качения по п.1, отличающийся тем, что во время длительных остановок в работе подшипника производят замыкание анодов на детали подшипника с целью устранения самопроизвольного растворения деталей подшипника за счет разности собственных электропотенциалов.
4. Подшипник качения по п.1, отличающийся тем, что в систему вводят необходимое количество разных по составу и конструкции растворяемых анодов, каждый из которых имеет индивидуальную систему регулирования скорости растворения, которые снабжены индивидуальными источниками энергии, отличающимися по виду энергии, величине напряжения, роду тока, частоте, скважности.
5. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что во время работы на детали подшипника и рабочую среду накладывают ультразвук для улучшения процесса репарации.
6. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что смазочное средство - ионообразующая жидкость меняется по составу для изменения токопроводности с помощью добавления в жидкость слабых растворов кислот, щелочей, поверхностно-активных веществ, процесс изменения состава смазочного средства управляют процессором в зависимости от условий работы подшипника.
7. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что для увеличения восстанавливаемой массы подшипника смазочное средство нагревают до необходимой температуры с помощью нагревательного элемента, управляемого процессором.
8. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что для регулирования скорости процесса репарации изменяют силу тока в зависимости от условий работы подшипника в программируемом режиме от постоянного до импульсного с изменяемыми частотой, скважностью и амплитудой.
9. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что в подшипнике предусмотрена адаптация к внешним условиям с помощью датчиков, регистрирующих параметры окружающей среды, и процессора, управляющего элементами трибосистемы.
10. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что для контроля за условиями работы подшипника предусмотрен блок контроля со звуковой, световой и цифровой индикацией.
