×
01.09.2018
218.016.81cd

Способ определения местоположения диэлектрического промежутка в электропроводящем объекте и устройство для его осуществления

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002665592
Дата охранного документа
31.08.2018
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для местонахождения межламельного промежутка коллектора электрической машины постоянного тока, например, при восстановлении тяговых двигателей в условиях ремонтного производства электровозного депо. Предложенный способ заключается в сканировании поперек межламельного промежутка вихретоковым преобразователем, подвергая его вибрации по касательной к поверхности контроля в направлении с амплитудой, соизмеримой с шириной контролируемого промежутка, и частотой, значительно меньшей частоты возбуждения вихретокового преобразователя, и с возможностью формирования его характеристики преобразования в виде нечетной функции. Устройство, реализующее способ, дополнено электромеханическим вибратором, выполненным в виде соосно сопряженных постоянного магнита и катушки возбуждения, жестко закрепленной на корпусе устройства и подключенной к выходу генератора низкой частоты, и двух параллельно ориентированных упругих проводников, первые концы которых жестко связаны с корпусом устройства через изолирующие элементы и подключены к генератору высокой частоты, а вторые - упомянутыми постоянным магнитом и подковообразным магнитопроводом, причем плоскость последнего перпендикулярна преимущественно направлению сканирования, обмотка вихретокового преобразователя подключена ко вторым концам упругих проводников, при этом измерительный блок снабжен подключенным к обмотке вихретокового преобразователя детектором и последовательно присоединенными к нему фильтром и фазочувствительным выпрямителем, опорный вход которого связан с выходом генератора низкой частоты, а выход с нуль-индикатором. Техническим результатом при реализации заявленной группы изобретений является увеличение чувствительности определения середины диэлектрического промежутка и, следовательно, его местоположения в элеткропроводящем объекте. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для местонахождения межламельного промежутка коллектора электрической машины постоянного тока, например, при восстановлении тяговых двигателей в условиях ремонтного производства электровозного депо.

В тяговом электродвигателе коллектор является наиболее сложным узлом, содержащим, например, более пятисот ламельных пластин, разделенных диэлектриком. В процессе эксплуатации поверхность коллектора подвергается износу, приводящему к нарушению электрического контакта. Его устраняют токарной обработкой и далее шлифованием и накаткой. При этом изменяются глубина и геометрия пазов (межламельных промежутков) между коллекторными пластинами, появляются загрязнение межламельных промежутков и заусенцы на гранях пластин. В эксплуатации это может привести к возникновению кругового огня по коллектору. Влияние этих мешающих факторов устраняют в основном путем пошаговых поворотов якоря электрической машины с последующей продорожкой на каждом шаге межламельных промежутков, заполненных диэлектриком (например, миканитом), по всей ширине и длине на глубину (1,4-1,6) мм. Заданные размеры и форму пазов формируют фрезерованием. Необходимую поднастройку положения фрезы производит оператор, вручную выставляя и позиционируя ее в процессе продораживания по середине каждого межламельного промежутка. Данный процесс является трудоемким и небезопасным для рабочего персонала. Но важно отметить, что при ручном характере труда в операциях позиционирования и манипулированием хода фрезы не могут быть достигнуты соответственно достаточная точность определения середины межламельного промежутка и плавность хода ввиду ограниченных физиологических возможностей оператора. Тем более, он не способен одновременно точно и достаточно долго контролировать положение фрезы и плавно ею манипулировать. Снять кардинально эти технологические ограничения можно лишь в автоматическом режиме путем измерения отклонений положения фрезы от средней линии паза и обнуления получаемых ошибок, т.е. создания автоматической системы продороживания с отрицательной обратной связью. Поскольку погрешность измерения отклонения входит как аддитивная составляющая в погрешность автоматической замкнутой системы, то необходимая точность отслеживания положения фрезы относительно середины паза в основном будет и здесь обусловлена погрешностями преобразования ее положения в информативный сигнал. Следовательно, в ручном и автоматическом режимах продороживания точность будет обусловлена параметрами характеристик преобразователя.

Известны способы и устройства (Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / В.В. Клюев, Ф.Р. Соснин, А.В. Ковалев и др.; под ред. В.В. Клюева. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2003. 656 с.) преобразования перемещений в электрический сигнал, например, для случая определения диэлектрического промежутка в электропроводящем объекте, с использованием принципов вихретокового (электромагнитного) контроля. Здесь основной функциональный элемент - вихретоковый преобразователь (ВТП) генерирует высокочастотное электромагнитное поле, которое сканируют и вводят во взаимодействие с электропроводящим объектом, возбуждая в последнем на основе закона электромагнитной индукции вихревые токи, которые, образуя свое реактивное поле и уменьшая первоначальное, формируют результирующее.

ВТП содержит катушку индуктивности с одной или несколькими обмотками. Простейшим является ВТП параметрического типа, имеющий катушку в виде одной обмотки с каким-либо комплексным сопротивлением. Ее сканируют, выдерживая ось последней перпендикулярно к поверхности объекта. Таким образом, катушка всегда будет погружена в магнитное поле: или при отсутствии взаимодействия - в свое собственное, или при его наличии - в результирующее. При этом индуктивная составляющая комплексного сопротивления обмотки претерпевает изменения: при подводе катушки к объекту она минимальна, при отводе максимальна. Перенося эти соображения на процесс продорожки, можно утверждать, что при сканировании ВТП с малым, но неизменным зазором относительно поверхности коллектора индуктивная компонента в положениях над ламелями будет принимать минимальное значение, а в положениях над диэлектрическими промежутками - максимальное. Чувствительность определения диэлектрического промежутка будет зависеть от разрешающей способности ВТП: она становится максимальной при минимально возможном диаметре его обмоток. Так как межламельный промежуток в коллекторах машин постоянного тока составляет менее одного мм при ширине ламелей, выполненных из медных пластин, (3-5) мм, то для надежного его определения потребуется выполнить ВТП с диаметром обмоток менее одного миллиметра, что технологически достаточно сложно. Но очевидно, будет достаточным в процессе продороживания непрерывно определять «траекторию» середины промежутка с тем, чтобы, привязавшись к ней, управлять ходом фрезы. В этом суть предлагаемого способа.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и устройству является «Вихретоковый датчик перемещений», патент РФ 2196960, кл. G01B 7/00, который принят за прототип. Его можно отнести к известному классу ВТП. Он состоит из двух измерительных обмоток, включенных по дифференциальной схеме, и обмотки возбуждения. Способ, реализованный в этом устройстве, в основе своей соответствует физике обширной группы вышеупомянутых ВТП с добавлением того, что при смещении объекта, имеющего электрическую или магнитную неоднородность, относительно оси катушки, или сканировании объекта, что то же самое, нарушается симметрия электромагнитного поля и электродвижущих сил измерительных обмоток. На выходе ВТП появляется разностный переменный сигнал, амплитуда которого соответствует величине смещения, а фаза его знаку. Здесь характеристика преобразования ВТП, т.е. зависимость амплитуды и фазы сигнала от его смещения описывается нечетной функцией, что является достоинством способа в устройстве - прототипе.

Однако данному способу и устройству присущи следующие недостатки.

1. Требуется строгая симметрия геометрических и электромагнитных параметров измерительных обмоток и каналов преобразования сигнала, что накладывает повышенные требования к технологичности способа и его осуществлению,

2. Имеет место низкая чувствительность обнаружения малых диэлектрических промежутков в электропроводящем объекте. Ее, как отмечалось выше, можно увеличить путем уменьшения диаметра обмотки катушки ВТП. Такой путь не является технологичным.

Таким образом, целью изобретения является увеличение чувствительности определения середины диэлектрического промежутка и, следовательно, его местоположения в электропроводящем объекте, повышение технологичности процесса продороживания и безопасности труда рабочего персонала.

Указанная цель достигается тем, что способ определения местоположения диэлектрического промежутка в электропроводящем объекте, например, межламельного промежутка на поверхности коллектора электрической машины, заключающийся в его сканировании поперек упомянутого промежутка вихретоковым преобразователем, дополнен, согласно изобретению, тем, что вихретоковый преобразователь подвергают вибрации, например механической, по касательной к поверхности контроля в направлении сканирования с амплитудой, соизмеримой с шириной контролируемого промежутка, и частотой, значительно меньшей частоты его возбуждения, и устройство, содержащее измерительный блок и вихретоковый преобразователь, выполненный, например, на подковообразном магнитопроводе, плоскость которого перпендикулярна контролируемой поверхности, а обмотка связана с генератором высокой частоты и измерительным блоком, дополнено, согласно изобретению, электромеханическим вибратором, выполненным в виде соосно сопряженных постоянного магнита и катушки возбуждения, закрепленной на корпусе устройства и подключенной к генератору низкой частоты, и двух параллельно ориентированных упругих проводников, первые концы которых жестко связаны с корпусом устройства через изолирующие элементы и подключены к генератору высокой частоты, а вторые - с упомянутыми постоянным магнитом и подковообразным магнитопроводом, причем, плоскость последнего перпендикулярна преимущественно направлению сканирования, обмотка вихретокового преобразователя подключена ко вторым концам упругих проводников, при этом измерительный блок снабжен подключенным к обмотке вихретокового преобразователя детектором и последовательно присоединенными к нему фильтром и фазочуствительным выпрямителем, опорный вход которого связан с выходом генератора низкой частоты, а выход с нуль - индикатором.

Фигуры 1 и 2 иллюстрируют предлагаемый способ на примерах соответственно разработанных конструкции вихретокового преобразователя и функциональной схемы измерительного блока.

Устройство, реализующее способ определения местоположения диэлектрического промежутка в электропроводящем объекте, например, межламельного промежутка на поверхности коллектора электрической машины постоянного тока, содержит вибратор 1, вихретоковый преобразователь 2 и измерительный блок 3. Вибратор 1, например, электромеханического типа, выполнен в виде катушки возбуждения 4, закрепленной на корпусе 5 устройства, и соосно размещенного с ней постоянного магнита 6, прикрепленного к плате 7, и двух упругих проводников 8, прикрепленных одними концами к плате 7, а другими - через изолирующие элементы 9 к корпусу 5. Плата 7 вибратора 1 может быть выполнена из фольгированного текстолита с проводящими дорожками 10. Вихретоковый преобразователь 2 выполнен, например, в виде обмотки 11 на подковообразном магнитопроводе 12, который закреплен к противоположной оконечности платы 7 таким образом, чтобы плоскость расположения магнитопровода 12 была перпендикулярна плоскости платы 7 и, преимущественно, перпендикулярно направлению сканирования. Концы обмотки 11 вихретокового преобразователя 2 присоединены, например, пайкой, к проводящим дорожкам 10. Упругие проводники 8 выполнены, например, в виде тонких стержней или пластин из пружинной стали (свойства упругости условно отображены волнистыми линиями на фиг.1). Вторые концы упругих проводников 8 соединены через гибкие проводники 13 с генератором высоких частот 14 и входом измерительного блока 3. Последний включает в себя последовательно соединенные детектор 15, вход которого объединен со входом измерительного блока 3, фильтр 16 и фазочувствительный выпрямитель 17, снабженный нуль-индикатором 18, а также генератор низкой частоты 19, выход которого подключен к возбуждения 4 вибратора 1 (на фиг 2 катушка 4 в рамках вибратора 1 не показана) и опорному входу фазочувствительного выпрямителя 17. Вихретоковый преобразователь 2 расположен в непосредственной близости к объекту 20, например, коллектору электрической машины постоянного тока, имеющему ламели 21 и межламельные промежутки 22.

Суть способа может быть показана при рассмотрении работы устройства по представленным фигурам.

Обмотка 11 ВТП 2, обтекаемая переменным током с частотой порядка несколько сотен кГц, генерирует электромагнитное поле возбуждения, которое при подводе его к поверхности электропроводящего объекта 20, например, коллектора в зоне над межламельным промежутком 22, симметрично ориентированное относительно его середины, создает в ней максимальное значение индуктивного сопротивления. Допустим для упрощения, что в этом исходном состоянии ВТП поле не проникает в тело ламелей 21 и вихревые токи в них не возникают. Следовательно, реактивное поле отсутствует, обмотка 11 погружена в собственное поле возбуждения, и на ее концах имеет место падение напряжения с установленной частотой возбуждения. Под действием электромагнитных сил вибратора 1, возникающих при обтекании катушки 4 переменным током низкой частоты, например, 50 Гц, магнитопровод 12 с обмоткой 11 перемещается поперек промежутка 21 с его середины, например, вверх (условно по фиг. 1), приближаясь к верхней ламели 21. Падает индуктивное сопротивление обмотки 11, а вместе с ней и падение напряжения, которое становится минимальным в момент, когда магнитопровод 12 расположится большей своей частью над верхней (условно) ламелью 21. При движении последнего под действием вибратора 1 в обратном направлении индуктивное сопротивление и падение напряжения возрастают, достигая максимальных значений в момент, когда магнитопровод 12 займет положение над серединой промежутка 22. Затем, начиная с этого момента, магнитопровод 12 движется в обратном направлении (сверху - вниз условно по фиг. 1), и процесс изменения индуктивного сопротивления и падения напряжения повторяется. В результате имеет место амплитудная модуляция высокочастотного напряжения (несколько сотен кГц) низкой частотой, например, 50 Гц, равной частоте вибрации.

Далее постоянная составляющая амплитудно-модулированного напряжения устраняется фильтром 16, и полученная огибающая этого переменного сигнала с частотой вибрации будет иметь нулевую фазу в положении магнитопровода 12, соответствующим середине межламельного промежутка 22, и фазу со знаком «плюс» или «минус» в зависимости от смещения, например, вверх или вниз (условно по фиг. 1) от этой середины. Обычной схемотехнической обработкой, например, фазочувствительным выпрямлением в элементе 17, этот сигнал преобразуют в постоянное напряжение, значение и знак которого указывает величину и направление смещения, т.е. предлагаемый ВТП, как и прототип, имеет нечетную характеристику преобразования. В положении ВТП над серединой промежутка информативный сигнал имеет нулевое значение, которое регистрируют «нуль-индикатором». В случае смещения ВТП от середины оператор по значению сигнала вырабатывает необходимое управляющее воздействие, обеспечивая ход фрезы по центру межламельного промежутка.

Следует добавить, что при смещении ВТП поперек диэлектрического промежутка магнитные полюса на разомкнутых концах магнитопровода 12 могут пересекать его или поочередно (плоскость магнитопровода 12 совпадает с направлением сканирования), или одновременно (плоскость магнитопровода 12 расположена поперек направления сканирования). Предпочтительнее в изобретении может быть принят второй вариант, т.к. в этом случае чувствительность преобразования будет увеличенной.

Нечетная характеристика данного преобразования позволяет также эффективнее использовать предлагаемый ВТП в замкнутой системе автоматического управления процессом продорожки. Кроме того, его можно использовать в задачах дефектоскопии для обнаружения в металлоизделиях трещин, полости которых обычно заполнены воздухом или каким-либо другим диэлектриком (маслом, грязью и т.п.).

Предложенное изобретение выгодно отличаются от прототипа тем, что

- реализованный способ выполнен по более совершенному алгоритму преобразования «модулятор - демодулятор», в котором функцию модулятора выполняет вибратор (известно, что принцип «модуляции - демодуляции» обладает более высокой чувствительностью по сравнению с принципом сравнения сигналов, примененном в устройстве - прототипе);

- увеличении чувствительности достигается также тем, что плоскость магнитопровода 12 расположена поперек направления сканирования;

- более достоверное определение положения фрезы посередине межламельного промежутка за счет регистрации ее многократных смещений фактически в каждой точке хода, т.е. множества измерений, обусловленных частотой вибрации;

- схемотехническое решение ВТП отличается большей универсальностью, так как оно работоспособно с однообмоточными и многообмоточнми типами преобразователей (прототип построен только лишь на дифференциальной - трехобмоточной схеме, которая менее технологична);


Способ определения местоположения диэлектрического промежутка в электропроводящем объекте и устройство для его осуществления
Способ определения местоположения диэлектрического промежутка в электропроводящем объекте и устройство для его осуществления
Способ определения местоположения диэлектрического промежутка в электропроводящем объекте и устройство для его осуществления
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-6 из 6.
29.12.2017
№217.015.f92c

Подъемно-катковый механизм

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к подъемно-катковым механизмам. Подъемно-катковый механизм содержит катковый механизм с приводом вращения роликовых опор, закрепленных на оконечностях двух валов, осуществляющий взаимодействие колесной пары с рельсами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639835
Дата охранного документа: 22.12.2017
19.01.2018
№218.016.0b10

Разъемный соленоид

Изобретение относится к испытанию колесных пар железнодорожного транспорта. Разъемный соленоид выполнен в виде витков из широкополосной шины, разделенных по диаметру на подвижную и неподвижную секции. Смежные концы полувитков сочленены с одной стороны шарнирно, а с другой разъемно. Разъемный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002632369
Дата охранного документа: 04.10.2017
19.01.2018
№218.016.0b47

Гомогенизатор

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано при монтаже буксовых узлов колесных пар подвижного состава. Предложен гомогенизатор, в котором поставляемая в депо бочка со смазкой целиком вовлечена в технологический процесс в качестве основного функционального...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002632392
Дата охранного документа: 04.10.2017
20.06.2018
№218.016.6509

Фазовый датчик линейных перемещений

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для преобразования линейного перемещения в пропорциональный ему фазовый сдвиг между выходным напряжением и опорным напряжением генератора. Сущность: фазовый датчик содержит неподвижную линейку, на которой размещена многофазная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658131
Дата охранного документа: 19.06.2018
26.07.2018
№218.016.752e

Устройство регистрации и счета зубьев зубчатого колеса

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано в установках автоматизированного неразрушающего контроля зубчатых колес. Предложено устройство для регистрации и счета зубьев зубчатого колеса, например, в локомотивной колесной паре. Регистрация и счет зубьев...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002662304
Дата охранного документа: 25.07.2018
12.08.2019
№219.017.bece

Способ очистки технологической воды и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к переработке жидких щелочных нефтесодержащих отходов. Способ очистки технологической воды включает отстаивание, удаление неводных фракций и последующий отбор водной фазы с ее дистилляцией. Слой водной фазы отделяют при ее отстое путем контроля значений...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002696694
Дата охранного документа: 05.08.2019
Показаны записи 1-10 из 25.
20.08.2013
№216.012.5fc9

Способ дистанционного обнаружения изменения состояния рельсового пути перед движущимся поездом

Изобретение относится к контролю безопасности рельсового пути и предназначено для дистанционного обнаружения отклонений его параметров от нормальных, вызванных нарушением структуры рельсов и появлением опасных объектов в полотне. В способе осуществляют регистрацию виброакустических импульсов в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490153
Дата охранного документа: 20.08.2013
27.05.2015
№216.013.4f0a

Устройство для восстановления центровых отверстий осей

Устройство для восстановления центровых отверстий осей предназначено для колесных пар подвижного состава. На корпусе устройства смонтированы приводы вращения, подачи и кулачковый патрон, в котором подвижно установлен шпиндель с закрепленным на нем режущим инструментом. Кулачковый патрон...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551752
Дата охранного документа: 27.05.2015
10.01.2016
№216.013.9f65

Боковая рама тележки грузового вагона

Изобретение относится к железнодорожной технике, а именно к элементам двухосных трехэлементных тележек подвижного состава. Боковая рама тележки грузового вагона содержит в проемах буксовые узлы и имеет подбуксовые предохранители. Предохранители выполнены в виде подбуксовых скоб. Рама дополнена...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572442
Дата охранного документа: 10.01.2016
20.03.2016
№216.014.cae8

Конструкция соединения буксового узла с рамой тележки грузового вагона

Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам и касается двухосных трехэлементных тележек подвижного состава. Конструкция соединения буксового узла с рамой тележки грузового вагона содержит в буксовых проемах буксовые узлы и подбуксовые предохранители, установленные между концевыми...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002577815
Дата охранного документа: 20.03.2016
13.01.2017
№217.015.7e61

Стенд магнитопорошкового контроля зубчатых колес

Стенд содержит индуктор, смонтированный на портале, привод ротации колесной пары, снабженный взаимодействующим с гребнями колес катковым механизмом, устройство нанесения магнитного индикатора, регистратор зубьев, блок управления и узел подвода индуктора. Устройство нанесения магнитного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601295
Дата охранного документа: 27.10.2016
26.08.2017
№217.015.dec4

Способ контроля накипеобразования на стенках теплоагрегатов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к измерениям в области теплотехники. Сущность: способ основан на измерении толщины отложений накипи на стенках теплоагрегата путем сравнения электрических сопротивлений слоев воды с отложениями накипи и просто воды в емкости теплоагрегата. Текущие значения измеренных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624982
Дата охранного документа: 11.07.2017
29.12.2017
№217.015.f92c

Подъемно-катковый механизм

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к подъемно-катковым механизмам. Подъемно-катковый механизм содержит катковый механизм с приводом вращения роликовых опор, закрепленных на оконечностях двух валов, осуществляющий взаимодействие колесной пары с рельсами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639835
Дата охранного документа: 22.12.2017
19.01.2018
№218.016.0b10

Разъемный соленоид

Изобретение относится к испытанию колесных пар железнодорожного транспорта. Разъемный соленоид выполнен в виде витков из широкополосной шины, разделенных по диаметру на подвижную и неподвижную секции. Смежные концы полувитков сочленены с одной стороны шарнирно, а с другой разъемно. Разъемный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002632369
Дата охранного документа: 04.10.2017
19.01.2018
№218.016.0b47

Гомогенизатор

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано при монтаже буксовых узлов колесных пар подвижного состава. Предложен гомогенизатор, в котором поставляемая в депо бочка со смазкой целиком вовлечена в технологический процесс в качестве основного функционального...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002632392
Дата охранного документа: 04.10.2017
13.02.2018
№218.016.2031

Устройство для восстановления утраченных форм кузова полувагона

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к оснастке для ремонта вагонов. Устройство для восстановления утраченных форм кузова полувагона содержит П-образный балочный каркас (1), выполненный с возможностью подвешивания к цеховому мостовому крану и размещения передней и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641383
Дата охранного документа: 17.01.2018
+ добавить свой РИД