close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент РФ 2334980

код для вставки
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)
RU
(11)
2 334 980
(13)
C1
(51) МПК
G01N 27/83 (2006.01)
F17D 5/02 (2006.01)
G01B 7/14 (2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21), (22) За вка: 2007115250/28, 23.04.2007
(72) Автор(ы):
Синев Андрей Иванович (RU),
Никишин Владимир Борисович (RU),
Чигирев Петр Григорьевич (RU),
Плотников Петр Колестратович (RU)
(24) Дата начала отсчета срока действи патента:
23.04.2007
(45) Опубликовано: 27.09.2008 Бюл. № 27
2 3 3 4 9 8 0
R U
(57) Реферат:
Изобретение
относитс к
области
неразрушающего контрол нефтегазопроводов и
может быть использовано дл определени пространственных координат дефектов, а также
дл измерени пройденного внутритрубным
инспектирующим
снар дом-дефектоскопом
рассто ни . Внутритрубный снар д-дефектоскоп
содержит
цилиндрический,
вл ющийс магнитопроводом гермоконтейнер, закрепленные
на нем в передней и задней част х полюса
посто нного магнита щетки-магнитопроводы,
размещенные в радиальных направлени х между
полюсами посто нного магнита и трубопроводом, и
опорные элементы в виде эластичных манжет с
колесами, установленные за пределами полюсов
магнита,
концентрический
р д
ластов
с
пластинками-накладками, размещенными между
полюсами посто нного магнита. В каждом из
ластов
вмонтированы
герметично
дефектоскопические датчики, предназначенные
дл измерени напр женности магнитного пол трубопровода. Внутри контейнера размещен блок
электроники с приборами ориентации и навигации,
содержащий регистрирующую аппаратуру, а также
блок источников электрического питани . В задней
части гермоконтейнера расположены два колесных
одометра, при этом каждый содержит колесо с
зубчатым диском, полую ось, укрепленную на
рычаге, к этой оси прикреплены два датчика,
которые состо т из двух датчиков Холла,
расположенных на рассто нии, равном двойной
ширине магнита, который расположен на равных
рассто ни х между датчиками Холла. Снар ддефектоскоп также содержит два усилител ,
дифференциальный усилитель, пиковый детектор
максимального
сигнала,
пиковый
детектор
минимального сигнала, RS-триггер, формирователь
выходного
сигнала
и
фильтры
питани формирователей выходного сигнала, фильтров
питани , при этом датчики, пиковый детектор
максимального
сигнала,
пиковый
детектор
минимального сигнала, RS-триггер, формирователи
выходного сигнала и фильтры питани , при этом
датчики смещены по окружности на угол,
соответствующий
целому
числу
половинок
зубцового шага и сдвигу выходных сигналов
датчиков на угол 90 электрических градусов,
неподвижную
часть
экрана,
два
шарикоподшипника, обеспечивающих возможность
вращени колеса с зубчатым диском, выполненным
из магнитопровод щей стали, прикрепленным к
одной из двух подвижных крышек колеса, между
которыми закреплена стальна обечайка с
насечкой на наружной поверхности, а к другой
крышке прикреплена подвижна часть экрана.
Дополнительно в снар д-дефектоскоп введены
демпфирующее устройство, два дополнительных
датчика,
расположенных
диаметрально
противоположно
двум
основным
датчикам.
Магниты каждого из дополнительных датчиков
расположены по окружности радиуса зубчатого
Страница: 1
RU
C 1
C 1
(54) ВНУТРИТРУБНЫЙ СНАРЯД-ДЕФЕКТОСКОП С КОЛЕСНЫМИ ОДОМЕТРАМИ
2 3 3 4 9 8 0
Адрес дл переписки:
410086, г.Саратов, а/ 1271, ЗАО
"Газприборавтоматикасервис"
R U
(73) Патентообладатель(и):
Закрытое акционерное общество
"Газприборавтоматикасервис" (RU)
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: RU 2005125880 A1, 27.02.2007. RU
2265816 C2, 10.12.2005. RU 2069288 C1,
20.11.1996. SU 246667 A, 25.11.1969. WO
9613699 A2, 09.05.1996.
диска, меньше радиуса расположени магнитов
двух основных датчиков на величину, равную длине
магнитов. На зубчатом диске проточены против
двух дополнительных датчиков две канавки,
расположенные по окружности так, что длина одной
из канавок соответствует углу смещени двух
основных датчиков, ширина каждой из двух
перемычек между канавками равна ширине зубца
диска. Программное обеспечение электронного
блока обеспечивает возможность записи сигналов
двух дополнительных датчиков дл определени числа оборотов колеса. Изобретение обеспечивает
повышение точности и надежности определени пройденного рассто ни и координат дефектов. 2
з.п. ф-лы, 11 ил.
R U
R U
2 3 3 4 9 8 0
C 1
C 1
2 3 3 4 9 8 0
Страница: 2
RUSSIAN FEDERATION
(19)
RU
(11)
2 334 980
(13)
C1
(51) Int. Cl.
G01N 27/83 (2006.01)
F17D 5/02 (2006.01)
G01B 7/14 (2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY,
PATENTS AND TRADEMARKS
(12)
ABSTRACT OF INVENTION
(21), (22) Application: 2007115250/28, 23.04.2007
(72) Inventor(s):
Sinev Andrej Ivanovich (RU),
Nikishin Vladimir Borisovich (RU),
Chigirev Petr Grigor'evich (RU),
Plotnikov Petr Kolestratovich (RU)
(24) Effective date for property rights: 23.04.2007
(45) Date of publication: 27.09.2008 Bull. 27
(73) Proprietor(s):
Zakrytoe aktsionernoe obshchestvo
"Gazpriboravtomatikaservis" (RU)
C 1
2 3 3 4 9 8 0
R U
output signal, supply filters, at that sensors
peak detector of maximum signal, peak detector of
minimum signal, RS-trigger, shapers of output
signal and supply filters, at that sensors are
displaced along circumference at the angle that
corresponds to whole number of tooth pitch halves
and displacement of sensors output signals by
angle of 90 electric degrees, immovable part of
screen,
two
ball
bearings,
which
provide
possibility of rotation of wheel with tooth disk,
made of magnet-conducting steel, which is fixed
to one of two movable covers of wheel, between
which steel shell is fixed with dent on external
surface, and to other cover movable part of
screen
is
fixed.
Additionally
in
geardefectoscope
the
following
components
are
introduced:
damping
device,
two
additional
sensors,
which
are
installed
diametrically
opposite to two main sensors. Magnets of each of
additional
sensors
are
installed
along
circumference of tooth disk radius, less than
radius of disposition of two main sensors magnets
by value that is equal to length of magnets. On
tooth disk two grooves are turned opposite to two
additional sensors, at that grooves are installed
along circumference so that length of one of the
grooves corresponds to angle of two main sensors
displacement, width of every of two links between
grooves is equal to width of disk tooth. Software
of
electronic
unit
provides
possibility
of
recording signals of two additional sensors for
determination of wheel rotations number.
EFFECT: increase of accuracy and reliability
of
passed
distance
determination
and
determination of defects coordinates.
3 cl, 11 dwg
Страница: 3
EN
C 1
(57) Abstract:
FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention is related to the filed
of
nondestructive
control
of
oil
and
gas
pipelines and may be used for determination of
spatial coordinates of defects, as well as for
measurement of distance passed by intratubal
inspecting
gear-defectoscope.
Intratubal
geardefectoscope
contains
cylindrical
thermal
container that is magnetic core, permanent magnet
poles that are fixed on it in the front and back
parts,
brushes-magnetic
cores,
which
are
installed in radial directions between poles of
permanent magnet and pipeline, and support
elements in the form of elastic collars with
wheels, which are installed behind the magnet
poles limits, concentric row of flippers with
cover-pads, which are installed between poles of
permanent
magnet.
In
every
of
flippers
defectoscope sensors are tightly inbuilt, which
are intended for measurement of pipeline magnet
field
intensity.
Inside
container
electronics
unit is installed with instruments of orientation
and
navigation,
which
contains
registering
equipment, and also unit of electric power supply
sources. In back part of thermal container two
wheel odometers are installed, at that each of
them contains wheel with tooth disk, hollow axle,
which is fixed on lever, to this axle two sensors
are fixed, which consist of two Hall sensors,
which are installed at distance equal to double
width of magnet, which is installed at equal
distances between Hall sensors. Gear-defectoscope
also
contains
two
amplifiers,
differential
amplifier, peak detector of maximum signal, peak
detector of minimum signal, RS-trigger, shaper of
output signal and supply filters, shapers of
2 3 3 4 9 8 0
(54) INTRATUBAL GEAR-DEFECTOSCOPE WITH ROTARY ODOMETERS
R U
Mail address:
410086, g.Saratov, a/ja 1271, ZAO
"Gazpriboravtomatikaservis"
C 1
C 1
2 3 3 4 9 8 0
2 3 3 4 9 8 0
R U
R U
Страница: 4
RU 2 334 980 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Изобретение относитс к области неразрушающего контрол нефтегазопроводов, может
быть использовано дл целей определени дефектов, позиционировани их на
трубопроводе и определени пространственных координат с помощью системы ориентации
и навигации, а также измерени пройденного внутритрубным инспектирующим снар домдефектоскопом рассто ни с помощью колесных одометров.
Известен бесконтактный измеритель рассто ний [1], содержащий двухканальную
проекционную систему с базовым рассто нием между объективами каналов. Устройство
содержит: осветительный канал дл формировани зондирующей световой линии на
поверхности объекта, двухкоординатные приборы с зар довой св зью или сокращенно
ПЗС-матрицы, расположенные на фиксированных рассто ни х от объективов по одному
направлению, каждой из которых измер ютс координаты точек объекта вдоль
зондирующей световой линии, а по перпендикул рному направлению - параллаксы и
встроенный контроллер дл выработки координат энергетических центров изображений на
ПЗС-матрицах точек объекта, освещаемых световой линией вычислени по значени м этих
координат значений дальности до освещенных точек объекта.
Недостатком данного изобретени вл етс то, что с его помощью могут быть
определены только малые по величине перемещени точек объекта.
Известен бесконтактный трехкоординатный измеритель [2], который содержит:
осветительный канал, формирующий на поверхности объекта измерени зондирующую
световую линию, двухканальную приемную проекционную систему, ПЗС-матрицу и
преобразовательно-вычислительный блок, на вход которого подключен выход ПЗСматрицы, при этом ПЗС-матрица установлена на оптической оси проекционного объектива
двухканальной приемной проекционной системы, котора снабжена двум пентапризмами
и зеркально-призменным разделительным узлом.
Недостатком данного изобретени вл етс невозможность измерени небольших по
величине рассто ний.
Известно устройство дл измерени рассто ний [3], содержащее излучатель, состо щий
из полупроводникового источника, электрически св занного с ним модул тора и оптически
св занного с ним коллиматора, приемник излучени , состо щий из фотоприемника,
электрически св занной с ним схемы обработки сигналов, оптически св занной с ним
собирающей линзы, устройство управлени электрически, св занное с модул тором и
схемой обработки сигналов, при этом между фотоприемником и собирающей линзой
установлен оптически св занный с ними оптический элемент, направл ющий часть
оптического излучени на чувствительную площадку фотоприемника.
Недостаток данного устройства - малые измер емые рассто ни , что не дает
возможности использовать его дл измерени рассто ний во внутритрубных снар дахдефектоскопах.
Известно устройство дл обследовани внутренней поверхности трубопроводов [4]. Это
устройство содержит электронные блоки, размещенные в герметичном контейнере,
устройство перемещени контейнера по трубопроводу, датчики регистрации
местонахождени , формирователь магнитного потока в исследуемом участке
трубопровода, дополнительный измерительный контейнер, прозрачный со стороны,
обращенной к стенке трубопровода, расположенный на держателе, шарнирно соединенном
через подвижный рычаг с герметичным контейнером. В герметичном контейнере
содержитс источник света, оптически св занный через оптическое волокно с
дополнительным герметичным контейнером, в котором последовательно по ходу светового
пучка расположены пол ризатор, полусферическа линза, оптическа система
формировани изображени . Полусферическа линза расположена на прозрачной грани
дополнительного контейнера с внутренней стороны. С наружной стороны прозрачной грани
дополнительного контейнера расположена пленка магнитооптического материала с
многослойным диэлектрическим покрытием. Пленка магнитооптического материала
расположена на поверхности стенки трубопровода в области формировани магнитного
потока. Торец оптического волокна расположен в фокальной плоскости полусферической
Страница: 5
DE
RU 2 334 980 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
линзы, торец световодного жгута расположен в области изображени магнитооптического
материала. Многослойное диэлектрическое покрытие на магнитооптическом материале
выполнено из чередующихс четвертьволновых слоев диэлектрика с различным
показателем преломлени , свет освещает границы раздела слоев диэлектрика под углом
Брюстера, пол ризаци излучени ориентирована в плоскости падени света. Устройство
дл путевого обследовани внутренней поверхности трубопроводов позвол ет обеспечить
заданную надежность определени дефектных участков, могущих привести к аварии
трубопровода. Устройство не только определ ет дефектный участок стенки трубопровода,
но также позвол ет получить изображение дефекта и пройденное рассто ние.
Недостатком устройства, описанного в [4], вл етс то, что получаемые изображени дефектов имеют существенные размеры, они встречаютс на поверхности внутренней
стенки трубопровода редко и случайно, поэтому погрешность определени перемещени велика, и данное устройство напр мую невозможно использовать дл измерени пройденного внутритрубным снар дом рассто ни .
Известен внутритрубный снар д-дефектоскоп (ВСД) [5], содержащий цилиндрический
вл ющийс магнитопроводом гермоконтейнер, закрепленные на нем в передней и задней
част х полюсы посто нного магнита, щетки-магнитопроводы, размещенные в радиальных
направлени х между полюсами посто нного магнита и трубопроводом, и опорные
элементы в виде эластичных манжет с колесами, установленные за пределами полюсов
магнита, концентрический р д ластов с пластинками-накладками, размещенными между
полюсами посто нного магнита, в каждом из ластов вмонтированы герметично
дефектоскопические датчики, предназначенные дл измерени напр женности магнитного
пол трубопровода, внутри контейнера размещен блок электроники с приборами
ориентации и навигации, содержащий регистрирующую аппаратуру, а также блок
источников электрического питани , в задней части гермоконтейнера расположены два
колесных одометра, при этом каждый содержит колесо с зубчатым диском, полую ось,
укрепленную на рычаге, к этой оси прикреплены два датчика, которые состо т из двух
датчиков Холла, расположенных на рассто нии, равном двойной ширине магнита, в свою
очередь расположенного на равных рассто ни х между датчиками Холла, двух усилителей,
дифференциального усилител , пикового детектора максимального сигнала, пикового
детектора минимального сигнала, RS-триггера, формирователей выходного сигнала,
фильтров питани , при этом датчики смещены по окружности на угол ?, соответствующий
сдвигу выходных сигналов датчиков на угол 90 электрических градусов, пропорциональный
по рассто нию целому числу половинок зубцового шага, неподвижную часть экрана, два
шарикоподшипника, обеспечивающих возможность вращени колеса с зубчатым диском,
выполненным из магнитопровод щей стали, прикрепленным к одной из двух подвижных
крышек колеса, между которыми закреплена стальна обечайка с насечкой на наружной
поверхности, а к другой крышке прикреплена подвижна часть экрана.
Недостатком данного типа ВСД с колесными одометрами вл етс недостаточна точность из-за проскальзывани колеса на участках трубопровода с рельефной внутренней
поверхностью и трудность идентификации и компенсации погрешностей определени пройденного рассто ни ВСД и его координат вследствие погрешностей изготовлени зубцов колеса и слабого его демпфировани .
Данное устройство прин то за наиболее близкий аналог предлагаемого изобретени .
Задачей насто щего изобретени вл етс повышение точности и надежности
измерени пройденного ВСД рассто ни и определени координат дефектов в
трубопроводе.
Поставленна задача решаетс за счет того, что во внутритрубный снар д-дефектоскоп
с колесными одометрами, содержащий цилиндрический, вл ющийс магнитопроводом
гермоконтейнер, закрепленные на нем в передней и задней част х полюсы посто нного
магнита, щетки-магнитопроводы, размещенные в радиальных направлени х между
полюсами посто нного магнита и трубопроводом, и опорные элементы в виде эластичных
манжет с колесами, установленные за пределами полюсов магнита, концентрический р д
Страница: 6
RU 2 334 980 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
ластов с пластинками-накладками, размещенными между полюсами посто нного магнита, в
каждом из ластов вмонтированы герметично дефектоскопические датчики,
предназначенные дл измерени напр женности магнитного пол трубопровода, внутри
контейнера размещен блок электроники с приборами ориентации и навигации, содержащий
регистрирующую аппаратуру, а также блок источников электрического питани , в задней
части гермоконтейнера расположены два колесных одометра, при этом каждый содержит
колесо с зубчатым диском, полую ось, укрепленную на рычаге, к этой оси прикреплены
два датчика, которые состо т из двух датчиков Холла, расположенных на рассто нии,
равном двойной ширине магнита, в свою очередь расположенного на равных рассто ни х
между датчиками Холла, двух усилителей, дифференциального усилител , пикового
детектора максимального сигнала, пикового детектора минимального сигнала, RSтриггера, формирователей выходного сигнала, фильтров питани , при этом датчики
смещены по окружности на угол ?, соответствующий целому числу половинок зубцового
шага и сдвигу выходных сигналов датчиков на угол 90 электрических градусов,
неподвижную часть экрана, два шарикоподшипника, обеспечивающих возможность
вращени колеса с зубчатым диском, выполненным из магнитопровод щей стали,
прикрепленным к одной из двух подвижных крышек колеса, между которыми закреплена
стальна обечайка с насечкой на наружной поверхности, а к другой крышке прикреплена
подвижна часть экрана, при этом введено демпфирующее устройство, кроме того, в
состав введены два дополнительных датчика, расположенных диаметрально
противоположно двум основным датчикам Холла, причем магниты каждого из
дополнительных датчиков расположены по окружности радиуса зубчатого диска меньше
радиуса расположени магнитов двух основных датчиков на величину, равную длине
магнитов, кроме того, на зубчатом диске проточены против двух дополнительных датчиков
две канавки, расположенные по окружности так, что длина одной из канавок
соответствует углу ? смещени двух основных датчиков, ширина каждой из двух перемычек
между канавками равна ширине зубца диска, при этом в программном обеспечении
электронного блока произведены изменени , предусматривающие возможность записи
сигналов двух дополнительных датчиков, дл определени числа оборотов колеса
одометра.
Во внутритрубном снар де-дефектоскопе с колесными одометрами демпфирующее
устройство выполнено в виде гидравлического амортизатора поршневого автомобильного
типа и введено между рычагом и гермоконтейнером. В случае использовани демпфирующих свойств эластичной манжеты демпфирующее устройство в виде рычага
прикрепл етс к эластичной манжете с помощью кронштейна и щек со шпильками и
шайбами, а пружина прикрепл етс к эластичной манжете с помощью двух утолщенных
шайб, прижатых к двум плоскост м с помощью шпильки, вход щей в соосные отверсти ,
выполненные в стальном круговом ободе, приваренном к гермоконтейнеру, и круговой
накладке, при этом угол между ос ми пружины и рычага равен 90°.
Технический результат изобретени состоит в том, что повышение точности
определени пройденного ВСД рассто ни и координат его и найденных дефектов
трубопровода достигаетс за счет следующих технических средств: введени устройства
демпфировани колебаний рычага с колесом либо в виде гидравлического амортизатора,
либо в виде распределенного устройства, в котором используютс демпфирующие
свойства эластичной манжеты. Дл этого подшипники оси поворотов рычага и один конец
пружины, прижимающей через посредство рычага колесо одометра к трубе, укреплены в
эластичной манжете. Точность и надежность ВСД повышаетс и за счет введени двух
дополнительных датчиков, определ ющих число оборотов колеса каждого одометра, а
также определ ющих положение и погрешности любого из зубцов от начала любого
оборота.
На фиг.1 изображена конструктивна схема внутритрубного снар да-дефектоскопа с
колесными одометрами.
На фиг.2 представлена компоновочна схема узла креплени одометра.
Страница: 7
RU 2 334 980 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
На фиг.3 представлена схема колеса одометра.
На фиг.4 изображена функциональна схема размещени датчиков относительно
зубчатого диска.
На фиг.5 представлена электрическа схема включени датчиков.
На фиг.6 представлены эпюры сигналов с датчиков.
На фиг.7 представлена схема сил в одометре.
На фиг.8 изображена кинематическа схема креплени рычага.
На фиг.9 изображена кинематическа схема креплени пружины.
На фиг.10 представлена схема сил в рычаге и колесе одометра.
На фиг.11 представлена схема сил дл колеса.
На фиг.1 изображен трубопровод 1 с запасованным внутритрубным снар домдефектоскопом 2 (ВСД), включающим в свой состав гермоконтейнер 3, переднюю 4 и
заднюю 5 манжеты, дефектоскопические датчики 6, блок электроники 7 с приборами
ориентации и навигации, источником питани , одометры с колесами 8, установленные на
рычагах 9, которые в свою очередь закреплены на гермоконтейнере 3 с возможностью
осуществлени поворотов в опорах 10 вокруг оси, перпендикул рной плоскости чертежа.
Пружина 11 служит дл прижати с помощью рычага 9 к поверхности трубопровода 1
колеса одометра 8. Устройство демпфировани 12, с одной стороны прикрепленное к
контейнеру 3, а с другой стороны к рычагу 9, то есть параллельно пружине 11, служит
дл гашени собственных колебаний колеса одометра 8. Таким образом, одометр состоит
из колеса 8, рычага 9 и пружины 11. В качестве устройства демпфировани может быть
использован гидравлический поршневой амортизатор, аналогичный автомобильному,
заполненный невоспламен ющейс тормозной жидкостью [7]. На ВСД установлены два
одометра с колесами 8 с целью обеспечени их надежной работы и повышени точности
измерени пройденного рассто ни . При проскальзывании одного из одометров
измеренное им рассто ние оказываетс меньшим, чем в одометре, в котором
проскальзывание отсутствовало. Этот признак используют при обработке информации
одометров. В случае, если ВСД предназначен дл обследовани трубопроводов малого
диаметра, вместо демпфирующего устройства в виде амортизатора, соответствующего п.1
и 2 формулы изобретени , в одометре применено устройство, соответствующее п.3
формулы изобретени , в этом случае используютс конструкционные жесткость и
демпфирование, реализованные за счет распределенных жесткости и демпфировани эластичной манжеты - фиг.2. В этой разновидности конструкции одометра с
демпфирующим устройством (фиг.2) колесо 8 одометра через посредство рычага 9
крепитс не к контейнеру 3, а к эластичной, например, полиуретановой манжете 5,
котора крепитс к круглому стальному ободу 13 и прит гиваетс к нему посредством
круговой накладки 14 с помощью стальных шпилек 15. В свою очередь, круговой обод 13
привариваетс к контейнеру 3. В круговом ободе 13 и в круговой накладке 14 имеютс соосные отверсти 16 одинаковых диаметров, которые позвол ют вставл ть с двух сторон
манжеты 5 шайбы 17 и ст гивать их шпильками 18. Круговой обод 13 и кругова накладка
14 фиксируют манжету в месте прилегани к соосным отверсти м и шайбам и
предотвращают перемещени шпильки 18 от движени кра манжеты от трубопровода 1.
Со стороны, обращенной к колесу 8 одометра относительно гермоконтейнера 3, в шпильке
18 высверлено отверстие, в которое вставл етс один конец ст жной пружины 19. Другой
конец ее вставл етс в отверстие на кронштейне 20, жестко соединенной с рычагом 9. В
зависимости от массы колеса одометра 8 и рычага 9 шайбы 17 могут быть массивными.
Подобное крепление пружины к шпильке с шайбами обеспечивает упругов зкую св зь
рычага и колеса через эластичную манжету с гермоконтейнером. Рычаг 9 в средней части
имеет коробчатую конструкцию, обеспечивающую при малой его массе высокую жесткость.
В верхней и нижней част х рычага 9 имеютс шарикоподшипниковые опоры, закрытые
крышками 21 и 22 соответственно. Верхний шарикоподшипниковый узел обеспечивает
подвижное соединение рычага 9 с кронштейном 23, вмонтированным в полиуретановую
манжету 5 с помощью шпилек 24.
Страница: 8
RU 2 334 980 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Следует отметить, что угол наклона ? осевой линии рычага 9 к продольной оси ВСД по
значению должен быть близок с углом наклона осевой линии кронштейна 20 к продольной
оси ВСД, что обеспечивает симметрию передачи возникающей силы от колеса 8 к рычагу 9
и на пружину 19. С учетом взаимной перпендикул рности рычага и кронштейна желаемое
значение угла ? наклона составл ет ?0=45°. При этом создаютс лучшие услови дл демпфировани за счет упругов зкой силы, возникающей при движении колеса
относительно полиуретановой манжеты 5 в местах креплени шпильки 18 и кронштейна 23.
В состав одометра входит пола ось 25, котора жестко крепитс к рычагу. Через ось 25
проход т провода 26, которые подвод т электрическое питание к датчикам 27, 27', 27'',
27''' (фиг.4), закрепленным на оси 25 (фиг.3), и служат дл передачи выходных
сигналов, снимаемых с электронных схем их предварительной обработки. Электронные
схемы предварительной обработки сигнала, вход щие, например, в состав датчика
ATS665LSG [7], позвол ющие формировать дискретный выходной сигнал при вращении
колес 8, и фильтры питани размещены на плате 28, котора также крепитс к оси 25.
Подвижна часть колеса одометра соединена с осью 25 через посредство двух
подшипников 29 и 30. Подвижна часть колеса одометра состоит из двух крышек 31 и 32,
к которым винтами прикрепл ютс заглушки 33 и 34, в которые вставлены сальники 35 и
36, обеспечивающие сохранение смазки шарикоподшипников 29 и 30. В правой крышке
установлен подвижный экран 37. На полой оси 25 закреплен на втулке 38 неподвижный
экран 39. Экраны 37 и 39 экранируют датчики 27, 27', 27'', 27''', плату 28 с
электрическими схемами предварительной обработки сигналов от внешних электрических и
магнитных помех. Кроме того, через данный экран замыкаютс силовые линии зубчатого
диска 40, соединенного сваркой с подвижным экраном 37. Количество зубцов выбираетс из соотношени диаметр колеса/шаг одометра, в данном примере [6] 24 зубца, шаг около
1 см. С внешней цилиндрической стороны экран соединен сваркой с обечайкой 41
одометра, имеющей на наружной цилиндрической стороне насечки, обеспечивающие ей
лучшее сцепление с внутренней поверхностью трубопровода 1. С левого и правого торцов
с обечайкой винтами с разрезными шайбами и гайками соединены лева и права крышки
колеса 8 одометра. Подвижные части колеса выполнены с высокой точностью, статически и
динамически сбалансированы.
Расположение датчиков 27, 27', 27'', 27''' относительно зубчатого диска 40
изображено на фиг.4. Каждый датчик 27 (27', 27'', 27''') имеет два датчика Холла 44 и
46 (44' и 46', 44'' и 46'', 44''' и 46'''), векторы магнитной индукции магнитов между
ними перпендикул рны плоскости диска. Датчики 27 и 27'' составл ют одну пару, при
этом центр датчика 27 соответствует началу зубца 42, а центр датчика 27''
соответствует середине зубца 43. Это выполнено с целью определени направлени вращени колеса 8. Датчик 27'' смещен относительно датчика 27 на электрический
угол +90° (половина ширины зубца) и на геометрический угол ?, выбираемый из
конструктивных соображений. Датчик 27''' смещен относительно датчика 27'' на
геометрический угол 180°. Датчик 27' смещен относительно датчика 27'" на
электрический угол +90° (половина ширины зубца) и на геометрический угол ? ?,
выбираемый из конструктивных соображений. Эти датчики 27' и 27''' введены
дополнительно и предназначены дл определени номера очередного оборота колеса
одометра. Зубец 43' противоположен зубцу 43, а зубец 42' - зубцу 42.
Конструкци примен емых датчиков определ ет ширину зубца (в примере - 2 мм), и
толщину диска (в примере [6] - 3 мм). Диск выполнен из магнитопровод щей стали.
Представленна на фиг.5 функциональна схема соединени четырех датчиков,
составленных в пары 27, 27' и 27'', 27''', показывает выполнение преобразовани пройденного пути в дискретную форму. Датчик содержит датчик Холла 44, магнит 45,
датчик Холла 46, кроме этого в состав датчика вход т два предварительных усилител 47, 48, дифференциальный усилитель 49, пиковый детектор отрицательного сигнала 50,
пиковый детектор положительного сигнала 51, RS-триггер 52, формирователь выходного
сигнала 53. На фиг.4 изображены две канавки 54 и 55 глубиной 1/4-1/5 толщины зубца,
Страница: 9
RU 2 334 980 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
внутренний радиус которых меньше радиуса впадин зубцов на диске 40 на длину магнита.
Между канавками имеютс перешейки 55, длина которых равна ширине зубца и которые
выполнены заподлицо с диском 40.
Работает устройство следующим образом. При запасовке ВСД 2 в трубопровод 1 и при
подключении источников питани ко всем электроэлементам ВСД, в том числе и к
одометру, он переходит в режим функционировани . Колесо 8 (а также 8') одометра с
помощью пружины 19 и рычага 9 прижато к трубопроводу 1. При начале движени ВСД 2 по
трубопроводу 1 колесо 8, например, нижнего одометра вследствие трени в контакте
между трубопроводом 1 и колесом 8 одометра начинает вращатьс по часовой стрелке.
Зубчатый диск 40 вращаетс вместе с обечайкой 41 (фиг.3) по часовой стрелке (фиг.4),
перекрывает зубцами воздушный зазор между датчиком Холла 44 и магнитом 45, а затем
между магнитом 45 (фиг.5) и датчиком Холла 46 и в границах зубца 42 при перекрытии
последовательно воздушного зазора магнитопровод щей сталью зуба 42 между магнитом
45 и датчиком Холла 44, а затем магнитом 45 датчиком Холла 46 формируетс вначале
положительна полуволна на выходе датчика Холла 44, а затем отрицательна полуволна
на выходе датчика Холла 46, котора после усилени усилител ми 47 и 48 соответственно
суммируетс дифференциальным усилителем 49, а пиковые детекторы 50, 51 формируют
последовательно импульсы, которые устанавливают RS-триггер 52 в состо ние 1, а затем
в состо ние 0, данный сигнал повтор етс формирователем выходного сигнала 53, в
результате формируетс эпюра I на фиг.6. Така же последовательность выходных
сигналов на выходе датчика 27'' формируетс между зубцом 42' и углублением зубца
42'', при отсутствии погрешностей в изготовлении диска, в электрических переменных
сигналах в виде эпюры I' на фиг.6 одновременно синфазно с сигналом первого импульса с
первым импульсом эпюры I и по совпадению этих импульсов устройство совпадени в
контроллере (не показано) определ ет по вление оборота колеса 8 одометра. Контроллер
осуществл ет операцию счета количества оборотов колеса 8.
Положение, изображенное на фиг.4, соответствует начало отсчетов на эпюрах сигналов
(фиг.6). При этом сигналу датчика 27'' соответствует эпюра II, сигналу датчика 27'
соответствует эпюра I (UII=min, UI=max). При повороте колеса одометра 8 по часовой
стрелке на угол ?=-90° датчик Холла в датчике 27'' выйдет из-под зубца 42 по часовой
стрелке, и выходной сигнал изменит уровень выходного сигнала (эпюра II), а магнит 44
датчика 27, как и магнит датчика 46, находитс напротив зубца 42, вследствие чего на
выходе датчика 27 формируетс высокий уровень выходного сигнала (первый импульс
эпюры I). Одновременно датчик 27' формирует первый и единственный на обороте
отрицательный импульс датчика 27' (эпюра I, эпюра II). Датчики 27' и 27'' формируют
синхронно отрицательный импульс, эпюра II'. Датчики 27' и 27'' позвол ют определить
направление вращени колеса одометра. Из эпюр I и II (фиг.6) видно, что поворот по
часовой стрелке колеса одометра 8' формирует вначале положительный импульс эпюры I,
а через ?=-90° - положительный импульс эпюры II и т.д. При изменении направлени вращени вначале будет наблюдатьс отрицательный импульс эпюры I, а затем через ?=90° по витс положительный импульс эпюры II. Особенно нагл дно это видно из сравнени эпюр I' и II', где вначале по времени наблюдают отрицательный импульс на эпюре I', а
затем отрицательный импульс на эпюре II' - это значит, что колесо вращаетс по
часовой стрелке, если наоборот - против часовой стрелки. Каждый положительный и
отрицательный импульс соответствует цене импульса по рассто нию, т.е. рассто нию,
пройденному колесом 8 одометра при отсутствии проскальзывани и других погрешностей:
где r - радиус колеса; N - число зубцов на колесе; ?х - цена одного импульса.
Количество этих импульсов n подсчитываетс , и по их количеству определ етс пройденное ВСД рассто ние:
Введение канала определени числа оборотов колеса ускор ет процесс отсчета
Страница: 10
RU 2 334 980 C1
пройденного рассто ни . Поделив х на N, получим:
5
10
где k - целое число оборотов; ?n - число зубцов, превышающее их общее число,
соответствующее целому числу оборотов.
При обработке информации ВСД непрерывно требуетс определ ть участки
трубопровода, где произошло проскальзывание. Зна паспортизованные длины труб на
обрабатываемый участок, на котором отмечают границы нескольких подр д
расположенных труб, откладывают на них по отметкам целое число оборотов одометров, а
остатки длин участков от начала выделенных труб и до конца выделенных труб,
определ ют по числу импульсов по эпюрам I и II фиг.6. Это позвол ет определ ть
вначале длину выделенных труб xв и, учитыва длину паспортизованных труб хn,
позвол ет определ ть масштабный коэффициент одометра на этом участке:
15
20
25
30
35
40
45
50
Эту операцию можно быстро проделать и по каждой выделенной трубе, после чего
вносить непрерывную коррекцию в расчет пройденного ВСД рассто ни на всей длине
обследуемого участка трубопровода. Этим самым повышаетс точность определенного
ВСД рассто ни .
Введение канала определени числа оборотов колеса позвол ет идентифицировать
сбои в канале обработки сигналов одометра, контролиру число импульсов на каждом
обороте колеса.
Введение устройства демпфировани , изменение угла креплени оси пружины к
продольной оси гермоконтейнера способствуют уменьшению величины отскоков колеса
одометра от трубы в результате наезда на швы и другие преп тстви . В результате
уменьшаетс проскальзывание и, как следствие, снижаетс погрешность одометра.
Прив зка с помощью введенных двух дополнительных датчиков позвол ет в любом месте
трубопровода знать начало и конец оборота колеса. Перед испытанием одометр
паспортизуют по погрешност м механической и электрической частей определени шагов
зубцов, и тем самым обеспечиваетс возможность исключени их из результатов
измерений. Введение двух дополнительных датчиков повышает надежность одометра: при
выходе из стро основных датчиков (27, 27'') точность определени хот и снижаетс ,
но пройденное рассто ние с точностью до одного оборота колеса 8 одометра
определ етс .
Покажем, что закрепление рычага и пружины к манжете повышает скорость затухани качений рычага 9 при отскоке колеса 8. Дл этого рассмотрим расчетную схему
определени сил, действующих на одометр (фиг.7).
Демпферы и пружины, создаваемые материалом полиуретаном манжеты, вл ютс распределенными. Поставим в соответствие реальной распределенной модели расчетную
эквивалентную модель взаимодействи колеса одометра со сосредоточенными
параметрами согласно фиг.7. Считаем, что система линеаризована.
На фиг.7 прин ты обозначени : F - внешн сила; F1, F2 - компоненты внешней силы;
R1, R2 - силы реакции колеса; R nн, R nв - силы верхней и нижней опор нормальные;
- силы верхней и нижней опор тангенциальные; m1, m2 - массы нижней и верхней частей
манжеты, св занные с кронштейном 23 и шайбами 17 соответственно; m - масса рычага с
колесом; n1, n2 - коэффициенты демпфировани частей полиуретановой манжеты с
массами m1 и m2; ? - угол наклона оси рычага; ? - угол между внешней силой F и
перпендикул ром к оси рычага; с1, с2 - коэффициенты жесткости пружин от эластичной
манжеты; с - коэффициент жесткости пружины раст жени 19; Ш - шарнир
(шарикоподшипник); Ц - точка пересечени осей пружины и рычага; On - точка подвеса
пружины к рычагу; Ов - точка, вл юща с пересечением оси шарикоподшипников и
плоскости чертежа, - ось качаний рычага 9. Имеем следующие уравнени сил и моментов
Страница: 11
RU 2 334 980 C1
сил:
5
10
15
20
25
Схему фиг.7 можно разделить на две:
а) схема поступательного движени колеса при отскоке вдоль оси рычага фиг.8;
b) схема углового движени рычага с пружиной - фиг.9.
Дифференциальное уравнение движени рычага (координата х3) с колесом одометра
вдоль оси рычага 9 (фиг.8):
Решение этого уравнени 2-го пор дка известно: при n2>0 движение рычага с колесом
вдоль оси рычага затухают тем быстрее, чем больше n2. Таким образом, демпфирование n2
за счет манжеты обеспечивает более быстрое затухание движени х3.
Запишем дифференциальное уравнение угловых движений колеса с рычагом вокруг оси
Ов. Уравнение соответствует схеме фиг.2. На фиг.10 изображена кинематическа схема
качаний колеса с рычагом, соответствующа моменту движени , при котором колесо
контактирует со стенкой трубы.
На фиг.10 прин ты обозначени :
ОвОг - рассто ние от оси качани рычага до точки касани колеса о стенки трубы;
G - нелинейна пружина в контакте колеса, ее сила определ етс по формуле Герца;
ОвОк=lр - длина рычага;
??в, ??н - углы отклонени оси рычага от номинального угла ?0 до верхнего и нижнего
упоров;
lпр - плечо приложени силы пружины 19;
? - угол между осевой линией рычага и продольной осью ВСД или стенкой трубы.
Номинальное его значение при нахождении ВСД в трубе есть ?0=45°. Следовательно,
имеем (перекрестное движение ВСД не учтено) ?=?0+??=45°+??.
Дифференциальное уравнение движени качаний рычага с колесом имеет вид:
30
где J - приведенный к Ов суммарный момент инерции подвижных частей; Мпр - момент
- моменты сил реакций на верхнем и нижнем
упругих сил Fпр пружины 19;
35
упорах;
- момент ??ил трени в шарнире Ш; mк, Рк - масса и сила веса колеса; mр, Рр -
масса и сила веса рычага с пружиной; с - коэффициент жесткости пружины 19 в линейном
движении ?х2.
Преобразуем уравнение (6) с учетом ?х=lпр?? следующим образом:
40
где
где
45
С учетом малости ?? получим
50
Страница: 12
RU 2 334 980 C1
Ведем в (12) обозначени 5
10
15
20
25
30
35
40
, а правую часть через fвн,
тогда в секторе от нижнего до верхнего упоров движение колеса на рычаге описываетс следующей системой дифференциальных уравнений (фиг.9):
Характеристическое уравнение дл данной системы имеет вид:
Примен критерий устойчивости Лебедева, получаем соотношени дл параметров
одометра, обеспечивающие затухание колебаний (качений) рычага с колесом в секторе
между верхним и нижним упорами:
Эти услови практически выполнимы. Например, при параметрах
m1=m2=1 кг;
mp=2 кг; lp=0.2 м; mк=1 кг; r=0.04 м; m=3 кг
имеем
6?10 4>1.25?10 4;
2?10 8>1.25?10 4.
Отметим, что дл схемы демпфировани по фиг.1 уравнение углового движени рычага
с колесом, пружиной и демпфером проще и имеет вид:
где n - коэффициент демпфировани амортизатора в линейном движении
;
lg - плечо прикреплени демпфера к рычагу;
?Fвн - внешние силы, вид которых отражен правой частью первого уравнени системы
(5);
kg - коэффициент углового демпфировани колебаний рычага.
При kg>0 движение затухает. Выбором коэффициента демпфировани амортизатора
легко обеспечиваетс нужна скорость затухани колебаний рычага. Запишем выражение
и нижнем
упорах, име в их основе формулу
дл моментов реакций на верхнем
Герца:
R?=C??(?x?) 3/2,
где R? - сила реакции; С? - коэффициент пропорциональности; ?x? - перемещение в
направлении перпендикул ра к поверхности упора в точке контакта соответствующего
упора; ? - индекс (?=в, н).
Дл верхнего упора имеем:
45
rв=ОвОу.
Дл нижнего упора имеем:
50
Дл уменьшени величин отскоков рычага с колесом дл верхнего упора нужно добавить
Страница: 13
RU 2 334 980 C1
5
10
15
силу демпфировани путем выполнени его конструкции не из стали, а, например, из
полиуретана. Такое конструктивное решение дл нижней опоры неприменимо, т.к. нижний
упор - это стальна труба. С помощью дифференциальных уравнений (4), (5) и условий
устойчивости (7) показано, что введение демпфировани за счет амортизаторов или
использовани упоров креплени рычага и пружины одометра к эластичной, например
полиуретановой манжете, за счет выполнени верхнего упора рычага из полиуретанового
материала, колебательные движени и отскоки колеса на рычаге уменьшаютс .
Следовательно, уменьшаетс проскальзывание и, как следствие, повышаетс точность
одометра.
Дифференциальное уравнение дл вращательного движени колеса 8' вокруг оси
подвеса От имеет вид (фиг.11):
где Jк - осевой момент инерции подвижных частей колеса вокруг оси Ок; nк - момент трени шарикоподшипниковых
коэффициент демпфировани вокруг этой оси;
опор с сальниками;
20
- момент трени колеса о стенку трубы;
F? - тангенциальна внешн сила дл трубы, равна F?=F?cos??sin(?+??н).
имеет место при касании колеса с трубой, т.е.
При этом момент силы трени Момент сил трени вл етс полезным: он заставл ет вращатьс колесо одометра,
25
за счет чего обеспечиваетс производство измерени пройденного рассто ни . Изменени конструкции, описанные в данной за вке, направлены на то, чтобы на всей трассе
движени ВСД обеспечить отсутствие проскальзывани , при котором момент трени шарикоподшипников и сальника
становитс больше
. Силы F? по вл ютс из-за
30
неровностей на стенке трубы, из-за наличи жидкости, песка и других включений.
Введение устройства определени числа оборотов колеса одометра дает возможность на
любом участке трассы трубопровода прив зать импульсы информации к определенному
зубцу диска, определить погрешности одометра, уточнить масштабные коэффициенты и
внести поправки в показани одометра. Отметим, что
и
направлены навстречу
35
друг другу (фиг.11):
где
40
45
50
- сила трени в паре колесо - труба; V - скорость ВСД. Из (17) следует, что
при конструировании одометра следует увеличить
и уменьшить
.
Источники информации
1. RU № 2124700.
2. За вка RU № 2000125295.
3. RU № 2140622.
4. RU № 2156917.
5. SU № 246667.
6. Средство навигационно-топографическое СИТ 1200. Техническое описание и
инструкци по эксплуатации РНКШ 1215.00.00.00.00-ТО. Саратов "Газприбороавтоматика
сервис", 2006, 48 с.
7. Автомобили семейства ВАЗ-2108, 2109. Руководство по техническому обслуживанию и
ремонту. М., ЗАО "КЖИ", "3а рулем". - 2004, 248 с. С.98-99.
8. Scancon Encoders output. Scancon A/S, Tranevamg,Ж 3450, Allerud, Denmark. info@
scancon. ds. www. scancon. dc.
Страница: 14
RU 2 334 980 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Формула изобретени 1. Внутритрубный снар д-дефектоскоп с колесными одометрами, содержащий
цилиндрический, вл ющийс магнитопроводом гермоконтейнер, закрепленные на нем в
передней и задней част х полюсы посто нного магнита, щетки-магнитопроводы,
размещенные в радиальных направлени х между полюсами посто нного магнита и
трубопроводом, и опорные элементы в виде эластичных манжет с колесами,
установленные за пределами полюсов магнита, концентрический р д ластов с
пластинками-накладками, размещенными между полюсами посто нного магнита, в каждом
из ластов вмонтированы герметично дефектоскопические датчики, предназначенные дл измерени напр женности магнитного пол трубопровода, внутри контейнера размещен
блок электроники с приборами ориентации и навигации, содержащий регистрирующую
аппаратуру, а также блок источников электрического питани , в задней части
гермоконтейнера расположены два колесных одометра, при этом каждый содержит колесо
с зубчатым диском, полую ось, укрепленную на рычаге, к этой оси прикреплены два
датчика, которые состо т из двух датчиков Холла, расположенных на рассто нии, равном
двойной ширине магнита, в свою очередь расположенного на равных рассто ни х между
датчиками Холла, двух усилителей, дифференциального усилител , пикового детектора
максимального сигнала, пикового детектора минимального сигнала, RS-тригера,
формирователей выходного сигнала, фильтров питани , при этом датчики смещены по
окружности на угол 6, соответствующий целому числу половинок зубцового шага и сдвигу
выходных сигналов датчиков на угол 90 электрических градусов, неподвижную часть
экрана, два шарикоподшипника, обеспечивающих возможность вращени колеса с
зубчатым диском, выполненным из магнитопровод щей стали, прикрепленным к одной из
двух подвижных крышек колеса, между которыми закреплена стальна обечайка с насечкой
на наружной поверхности, а к другой крышке прикреплена подвижна часть экрана,
отличающийс тем, что введено демпфирующее устройство, кроме того, в состав введены
два дополнительных датчика, расположенные диаметрально противоположно двум
основным датчикам, причем магниты каждого из дополнительных датчиков расположены по
окружности радиуса зубчатого диска меньше радиуса расположени магнитов двух
основных датчиков на величину, равную длине магнитов, кроме того, на зубчатом диске
проточены против двух дополнительных датчиков две канавки, расположенные по
окружности так, что длина одной из канавок соответствует углу ? смещени двух основных
датчиков, ширина каждой из двух перемычек между канавками равна ширине зубца диска,
при этом в программном обеспечении электронного блока произведены изменени ,
предусматривающие возможность записи сигналов двух дополнительных датчиков дл определени числа оборотов колеса.
2. Внутритрубный снар д-дефектоскоп с колесными одометрами по п.1, отличающийс тем, что демпфирующее устройство выполнено в виде гидравлического амортизатора
поршневого автомобильного типа одометра и введено между рычагом и гермоконтейнером.
3. Внутритрубный снар д-дефектоскоп с колесными одометрами по п.1, отличающийс тем, что демпфирующее устройство выполнено в виде рычага, прикрепленного к
эластичной манжете с помощью кронштейна и щек со шпильками и шайбами и пружины,
прикрепленной к эластичной манжете с помощью двух утолщенных шайб, прижатых к двум
плоскост м эластичной манжеты с помощью шпильки, вход щей в соосные отверсти ,
выполненные в стальном круговом ободе, приваренном к гермоконтейнеру, и круговой
наладке, при этом угол между ос ми пружины и рычага равен 90°, при этом осева лини рычага составл ет угол 45° с продольной осью внутритрубного снар да-дефектоскопа.
50
Страница: 15
CL
RU 2 334 980 C1
Страница: 16
DR
RU 2 334 980 C1
Страница: 17
RU 2 334 980 C1
Страница: 18
RU 2 334 980 C1
Страница: 19
RU 2 334 980 C1
Страница: 20
RU 2 334 980 C1
Страница: 21
а двум пентапризмами
и зеркально-призменным разделительным узлом.
Недостатком данного изобретени вл етс невозможность измерени небольших по
величине рассто ний.
Известно устройство дл измерени рассто ний [3], содержащее излучатель, состо щий
из полупроводникового источника, электрически св занного с ним модул тора и оптически
св занного с ним коллиматора, приемник излучени , состо щий из фотоприемника,
электрически св занной с ним схемы обработки сигналов, оптически св занной с ним
собирающей линзы, устройство управлени электрически, св занное с модул тором и
схемой обработки сигналов, при этом между фотоприемником и собирающей линзой
установлен оптически св занный с ними оптический элемент, направл ющий часть
оптического излучени на чувствительную площадку фотоприемника.
Недостаток данного устройства - малые измер емые рассто ни , что не дает
возможности использовать его дл измерени рассто ний во внутритрубных снар дахдефектоскопах.
Известно устройство дл обследовани внутренней поверхности трубопроводов [4]. Это
устройство содержит электронные блоки, размещенные в герметичном контейнере,
устройство перемещени контейнера по трубопроводу, датчики регистрации
местонахождени , формирователь магнитного потока в исследуемом участке
трубопровода, дополнительный измерительный контейнер, прозрачный со стороны,
обращенной к стенке трубопровода, расположенный на держателе, шарнирно соединенном
через подвижный рычаг с герметичным контейнером. В герметичном контейнере
содержитс источник света, оптически св занный через оптическое волокно с
дополнительным герметичным контейнером, в котором последовательно по ходу светового
пучка расположены пол ризатор, полусферическа линза, оптическа система
формировани изображени . Полусферическа линза расположена на прозрачной грани
дополнительного контейнера с внутренней стороны. С наружной стороны прозрачной грани
дополнительного контейнера расположена пленка магнитооптического материала с
многослойным диэлектрическим покрытием. Пленка магнитооптического материала
расположена на поверхности стенки трубопровода в области формировани магнитного
потока. Торец оптического волокна расположен в фокальной плоскости полусферической
Страница: 5
DE
RU 2 334 980 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
линзы, торец световодного жгута расположен в области изображени магнитооптического
материала. Многослойное диэлектрическое покрытие на магнитооптическом материале
выполнено из чередующихс четвертьволновых слоев диэлектрика с различным
показателем преломлени , свет освещает границы раздела слоев диэлектрика под углом
Брюстера, пол ризаци излучени ориентирована в плоскости падени света. Устройство
дл путевого обследовани внутренней поверхности трубопроводов позвол ет обеспечить
заданную надежность определени дефектных участков, могущих привести к аварии
трубопровода. Устройство не только определ ет дефектный участок стенки трубопровода,
но также позвол ет получить изображение дефекта и пройденное рассто ние.
Недостатком устройства, описанного в [4], вл етс то, что получаемые изображени дефектов имеют существенные размеры, они встречаютс на поверхности внутренней
стенки трубопровода редко и случайно, поэтому погрешность определени перемещени велика, и данное устройство напр мую невозможно использовать дл измерени пройденного внутритрубным снар дом рассто ни .
Известен внутритрубный снар д-дефектоскоп (ВСД) [5], содержащий цилиндрический
вл ющийс магнитопроводом гермоконтейнер, закрепленные на нем в передней и задней
част х полюсы посто нного магнита, щетки-магнитопроводы, размещенные в радиальных
направлени х между полюсами посто нного магнита и трубопроводом, и опорные
элементы в виде эластичных манжет с колесами, установленные за пределами полюсов
магнита, концентрический р д ластов с пластинками-накладками, размещенными между
полюсами посто нного магнита, в каждом из ластов вмонтированы герметично
дефектоскопические датчики, предназначенные дл измерени напр женности магнитного
пол трубопровода, внутри контейнера размещен блок электроники с приборами
ориентации и навигации, содержащий регистрирующую аппаратуру, а также блок
источников электрического питани , в задней части гермоконтейнера расположены два
колесных одометра, при этом каждый содержит колесо с зубчатым диском, полую ось,
укрепленную на рычаге, к этой оси прикреплены два датчика, которые состо т из двух
датчиков Холла, расположенных на рассто нии, равном двойной ширине магнита, в свою
очередь расположенного на равных рассто ни х между датчиками Холла, двух усилителей,
дифференциального усилител , пикового детектора максимального сигнала, пикового
детектора минимального сигнала, RS-триггера, формирователей выходного сигнала,
фильтров питани , при этом датчики смещены по окружности на угол ?, соответствующий
сдвигу выходных сигналов датчиков на угол 90 электрических градусов, пропорциональный
по рассто нию целому числу половинок зубцового шага, неподвижную часть экрана, два
шарикоподшипника, обеспечивающих возможность вращени колеса с зубчатым диском,
выполненным из магнитопровод щей стали, прикрепленным к одной из двух подвижных
крышек колеса, между которыми закреплена стальна обечайка с насечкой на наружной
поверхности, а к другой крышке прикреплена подвижна часть экрана.
Недостатком данного типа ВСД с колесными одометрами вл етс недостаточна точность из-за проскальзывани колеса на участках трубопровода с рельефной внутренней
поверхностью и трудность идентификации и компенсации погрешностей определени пройденного рассто ни ВСД и его координат вследствие погрешностей изготовлени зубцов колеса и слабого его демпфировани .
Данное устройство прин то за наиболее близкий аналог предлагаемого изобретени .
Задачей насто щего изобретени вл етс повышение точности и надежности
измерени пройденного ВСД рассто ни и определени координат дефектов в
трубопроводе.
Поставленна задача решаетс за счет того, что во внутритрубный снар д-дефектоскоп
с колесными одометрами, содержащий цилиндрический, вл ющийс магнитопроводом
гермоконтейнер, закрепленные на нем в передней и задней част х полюсы посто нного
магнита, щетки-магнитопроводы, размещенные в радиальных направлени х между
полюсами посто нного магнита и трубопроводом, и опорные элементы в виде эластичных
манжет с колесами, установленные за пределами полюсов магнита, концентрический р д
Страница: 6
RU 2 334 980 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
ластов с пластинками-накладками, размещенными между полюсами посто нного магнита, в
каждом из ластов вмонтированы герметично дефектоскопические датчики,
предназначенные дл измерени напр женности магнитного пол трубопровода, внутри
контейнера размещен блок электроники с приборами ориентации и навигации, содержащий
регистрирующую аппаратуру, а также блок источников электрического питани , в задней
части гермоконтейнера расположены два колесных одометра, при этом каждый содержит
колесо с зубчатым диском, полую ось, укрепленную на рычаге, к этой оси прикреплены
два датчика, которые состо т из двух датчиков Холла, расположенных на рассто нии,
равном двойной ширине магнита, в свою очередь расположенного на равных рассто ни х
между датчиками Холла, двух усилителей, дифференциального усилител , пикового
детектора максимального сигнала, пикового детектора минимального сигнала, RSтриггера, формирователей выходного сигнала, фильтров питани , при этом датчики
смещены по окружности на угол ?, соответствующий целому числу половинок зубцового
шага и сдвигу выходных сигналов датчиков на угол 90 электрических градусов,
неподвижную часть экрана, два шарикоподшипника, обеспечивающих возможность
вращени колеса с зубчатым диском, выполненным из магнитопровод щей стали,
прикрепленным к одной из двух подвижных крышек колеса, между которыми закреплена
стальна обечайка с насечкой на наружной поверхности, а к другой крышке прикреплена
подвижна часть экрана, при этом введено демпфирующее устройство, кроме того, в
состав введены два дополнительных датчика, расположенных диаметрально
противоположно двум основным датчикам Холла, причем магниты каждого из
дополнительных датчиков расположены по окружности радиуса зубчатого диска меньше
радиуса расположени магнитов двух основных датчиков на величину, равную длине
магнитов, кроме того, на зубчатом диске проточены против двух дополнительных датчиков
две канавки, расположенные по окружности так, что длина одной из канавок
соответствует углу ? смещени двух основных датчиков, ширина каждой из двух перемычек
между канавками равна ширине зубца диска, при этом в программном обеспечении
электронного блока произведены изменени , предусматривающие возможность записи
сигналов двух дополнительных датчиков, дл определени числа оборотов колеса
одометра.
Во внутритрубном снар де-дефектоскопе с колесными одометрами демпфирующее
устройство выполнено в виде гидравлического амортизатора поршневого автомобильного
типа и введено между рычагом и гермоконтейнером. В случае использовани демпфирующих свойств эластичной манжеты демпфирующее устройство в виде рычага
прикрепл етс к эластичной манжете с помощью кронштейна и щек со шпильками и
шайбами, а пружина прикрепл етс к эластичной манжете с помощью двух утолщенных
шайб, прижатых к двум плоскост м с помощью шпильки, вход щей в соосные отверсти ,
выполненные в стальном круговом ободе, приваренном к гермоконтейнеру, и круговой
накладке, при этом угол между ос ми пружины и рычага равен 90°.
Технический результат изобретени состоит в том, что повышение точности
определени пройденного ВСД рассто ни и координат его и найденных дефектов
трубопровода достигаетс за счет следующих технических средств: введени устройства
демпфировани колебаний рычага с колесом либо в виде гидравлического амортизатора,
либо в виде распределенного устройства, в котором используютс демпфирующие
свойства эластичной манжеты. Дл этого подшипники оси поворотов рычага и один конец
пружины, прижимающей через посредство рычага колесо одометра к трубе, укреплены в
эластичной манжете. Точность и надежность ВСД повышаетс и за счет введени двух
дополнительных датчиков, определ ющих число оборотов колеса каждого одометра, а
также определ ющих положение и погрешности любого из зубцов от начала любого
оборота.
На фиг.1 изображена конструктивна схема внутритрубного снар да-дефектоскопа с
колесными одометрами.
На фиг.2 представлена компоновочна схема узла креплени одометра.
Страница: 7
RU 2 334 980 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
На фиг.3 представлена схема колеса одометра.
На фиг.4 изображена функциональна схема размещени датчиков относительно
зубчатого диска.
На фиг.5 представлена электрическа схема включени датчиков.
На фиг.6 представлены эпюры сигналов с датчиков.
На фиг.7 представлена схема сил в одометре.
На фиг.8 изображена кинематическа схема креплени рычага.
На фиг.9 изображена кинематическа схема креплени пружины.
На фиг.10 представлена схема сил в рычаге и колесе одометра.
На фиг.11 представлена схема сил дл колеса.
На фиг.1 изображен трубопровод 1 с запасованным внутритрубным снар домдефектоскопом 2 (ВСД), включающим в свой состав гермоконтейнер 3, переднюю 4 и
заднюю 5 манжеты, дефектоскопические датчики 6, блок электроники 7 с приборами
ориентации и навигации, источником питани , одометры с колесами 8, установленные на
рычагах 9, которые в свою очередь закреплены на гермоконтейнере 3 с возможностью
осуществлени поворотов в опорах 10 вокруг оси, перпендикул рной плоскости чертежа.
Пружина 11 служит дл прижати с помощью рычага 9 к поверхности трубопровода 1
колеса одометра 8. Устройство демпфировани 12, с одной стороны прикрепленное к
контейнеру 3, а с другой стороны к рычагу 9, то есть параллельно пружине 11, служит
дл гашени собственных колебаний колеса одометра 8. Таким образом, одометр состоит
из колеса 8, рычага 9 и пружины 11. В качестве устройства демпфировани может быть
использован гидравлический поршневой амортизатор, аналогичный автомобильному,
заполненный невоспламен ющейс тормозной жидкостью [7]. На ВСД установлены два
одометра с колесами 8 с целью обеспечени их надежной работы и повышени точности
измерени пройденного рассто ни . При проскальзывании одного из одометров
измеренное им рассто ние оказываетс меньшим, чем в одометре, в котором
проскальзывание отсутствовало. Этот признак используют при обработке информации
одометров. В случае, если ВСД предназначен дл обследовани трубопроводов малого
диаметра, вместо демпфирующего устройства в виде амортизатора, соответствующего п.1
и 2 формулы изобретени , в одометре применено устройство, соответствующее п.3
формулы изобретени , в этом случае используютс конструкционные жесткость и
демпфирование, реализованные за счет распределенных жесткости и демпфировани эластичной манжеты - фиг.2. В этой разновидности конструкции одометра с
демпфирующим устройством (фиг.2) колесо 8 одометра через посредство рычага 9
крепитс не к контейнеру 3, а к эластичной, например, полиуретановой манжете 5,
котора крепитс к круглому стальному ободу 13 и прит гиваетс к нему посредством
круговой накладки 14 с помощью стальных шпилек 15. В свою очередь, круговой обод 13
привариваетс к контейнеру 3. В круговом ободе 13 и в круговой накладке 14 имеютс соосные отверсти 16 одинаковых диаметров, которые позвол ют вставл ть с двух сторон
манжеты 5 шайбы 17 и ст гивать их шпильками 18. Круговой обод 13 и кругова накладка
14 фиксируют манжету в месте прилегани к соосным отверсти м и шайбам и
предотвращают перемещени шпильки 18 от движени кра манжеты от трубопровода 1.
Со стороны, обращенной к колесу 8 одометра относительно гермоконтейнера 3, в шпильке
18 высверлено отверстие, в которое вставл етс один конец ст жной пружины 19. Другой
конец ее вставл етс в отверстие на кронштейне 20, жестко соединенной с рычагом 9. В
зависимости от массы колеса одометра 8 и рычага 9 шайбы 17 могут быть массивными.
Подобное крепление пружины к шпильке с шайбами обеспечивает упругов зкую св зь
рычага и колеса через эластичную манжету с гермоконтейнером. Рычаг 9 в средней части
имеет коробчатую конструкцию, обеспечивающую при малой его массе высокую жесткость.
В верхней и нижней част х рычага 9 имеютс шарикоподшипниковые опоры, закрытые
крышками 21 и 22 соответственно. Верхний шарикоподшипниковый узел обеспечивает
подвижное соединение рычага 9 с кронштейном 23, вмонтированным в полиуретановую
манжету 5 с помощью шпилек 24.
Страница: 8
RU 2 334 980 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Следует отметить, что угол наклона ? осевой линии рычага 9 к продольной оси ВСД по
значению должен быть близок с углом наклона осевой линии кронштейна 20 к продольной
оси ВСД, что обеспечивает симметрию передачи возникающей силы от колеса 8 к рычагу 9
и на пружину 19. С учетом взаимной перпендикул рности рычага и кронштейна желаемое
значение угла ? наклона составл ет ?0=45°. При этом создаютс лучшие услови дл демпфировани за счет упругов зкой силы, возникающей при движении колеса
относительно полиуретановой манжеты 5 в местах креплени шпильки 18 и кронштейна 23.
В состав одометра входит пола ось 25, котора жестко крепитс к рычагу. Через ось 25
проход т провода 26, которые подвод т электрическое питание к датчикам 27, 27', 27'',
27''' (фиг.4), закрепленным на оси 25 (фиг.3), и служат дл передачи выходных
сигналов, снимаемых с электронных схем их предварительной обработки. Электронные
схемы предварительной обработки сигнала, вход щие, например, в состав датчика
ATS665LSG [7], позвол ющие формировать дискретный выходной сигнал при вращении
колес 8, и фильтры питани размещены на плате 28, котора также крепитс к оси 25.
Подвижна часть колеса одометра соединена с осью 25 через посредство двух
подшипников 29 и 30. Подвижна часть колеса одометра состоит из двух крышек 31 и 32,
к которым винтами прикрепл ютс заглушки 33 и 34, в которые вставлены сальники 35 и
36, обеспечивающие сохранение смазки шарикоподшипников 29 и 30. В правой крышке
установлен подвижный экран 37. На полой оси 25 закреплен на втулке 38 неподвижный
экран 39. Экраны 37 и 39 экранируют датчики 27, 27', 27'', 27''', плату 28 с
электрическими схемами предварительной обработки сигналов от внешних электрических и
магнитных помех. Кроме того, через данный экран замыкаютс силовые линии зубчатого
диска 40, соединенного сваркой с подвижным экраном 37. Количество зубцов выбираетс из соотношени диаметр колеса/шаг одометра, в данном примере [6] 24 зубца, шаг около
1 см. С внешней цилиндрической стороны экран соединен сваркой с обечайкой 41
одометра, имеющей на наружной цилиндрической стороне насечки, обеспечивающие ей
лучшее сцепление с внутренней поверхностью трубопровода 1. С левого и правого торцов
с обечайкой винтами с разрезными шайбами и гайками соединены лева и права крышки
колеса 8 одометра. Подвижные части колеса выполнены с высокой точностью, статически и
динамически сбалансированы.
Расположение датчиков 27, 27', 27'', 27''' относительно зубчатого диска 40
изображено на фиг.4. Каждый датчик 27 (27', 27'', 27''') имеет два датчика Холла 44 и
46 (44' и 46', 44'' и 46'', 44''' и 46'''), векторы магнитной индукции магнитов между
ними перпендикул рны плоскости диска. Датчики 27 и 27'' составл ют одну пару, при
этом центр датчика 27 соответствует началу зубца 42, а центр датчика 27''
соответствует середине зубца 43. Это выполнено с целью определени направлени вращени колеса 8. Датчик 27'' смещен относительно датчика 27 на электрический
угол +90° (половина ширины зубца) и на геометрический угол ?, выбираемый из
конструктивных соображений. Датчик 27''' смещен относительно датчика 27'' на
геометрический угол 180°. Датчик 27' смещен относительно датчика 27'" на
электрический угол +90° (половина ширины зубца) и на геометрический угол ? ?,
выбираемый из конструктивных соображений. Эти датчики 27' и 27''' введены
дополнительно и предназначены дл определени номера очередного оборота колеса
одометра. Зубец 43' противоположен зубцу 43, а зубец 42' - зубцу 42.
Конструкци примен емых датчиков определ ет ширину зубца (в примере - 2 мм), и
толщину диска (в примере [6] - 3 мм). Диск выполнен из магнитопровод щей стали.
Представленна на фиг.5 функциональна схема соединени четырех датчиков,
составленных в пары 27, 27' и 27'', 27''', показывает выполнение преобразовани пройденного пути в дискретную форму. Датчик содержит датчик Холла 44, магнит 45,
датчик Холла 46, кроме этого в состав датчика вход т два предварительных усилител 47, 48, дифференциальный усилитель 49, пиковый детектор отрицательного сигнала 50,
пиковый детектор положительного сигнала 51, RS-триггер 52, формирователь выходного
сигнала 53. На фиг.4 изображены две канавки 54 и 55 глубиной 1/4-1/5 толщины зубца,
Страница: 9
RU 2 334 980 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
внутренний радиус которых меньше радиуса впадин зубцов на диске 40 на длину магнита.
Между канавками имеютс перешейки 55, длина которых равна ширине зубца и которые
выполнены заподлицо с диском 40.
Работает устройство следующим образом. При запасовке ВСД 2 в трубопровод 1 и при
подключении источников питани ко всем электроэлементам ВСД, в том числе и к
одометру, он переходит в режим функционировани . Колесо 8 (а также 8') одометра с
помощью пружины 19 и рычага 9 прижато к трубопроводу 1. При начале движени ВСД 2 по
трубопроводу 1 колесо 8, например, нижнего одометра вследствие трени в контакте
между трубопроводом 1 и колесом 8 одометра начинает вращатьс по часовой стрелке.
Зубчатый диск 40 вращаетс вместе с обечайкой 41 (фиг.3) по часовой стрелке (фиг.4),
перекрывает зубцами воздушный зазор между датчиком Холла 44 и магнитом 45, а затем
между магнитом 45 (фиг.5) и датчиком Холла 46 и в границах зубца 42 при перекрытии
последовательно воздушного зазора магнитопровод щей сталью зуба 42 между магнитом
45 и датчиком Холла 44, а затем магнитом 45 датчиком Холла 46 формируетс вначале
положительна полуволна на выходе датчика Холла 44, а затем отрицательна полуволна
на выходе датчика Холла 46, котора после усилени усилител ми 47 и 48 соответственно
суммируетс дифференциальным усилителем 49, а пиковые детекторы 50, 51 формируют
последовательно импульсы, которые устанавливают RS-триггер 52 в состо ние 1, а затем
в состо ние 0, данный сигнал повтор етс формирователем выходного сигнала 53, в
результате формируетс эпюра I на фиг.6. Така же последовательность выходных
сигналов на выходе датчика 27'' формируетс между зубцом 42' и углублением зубца
42'', при отсутствии погрешностей в изготовлении диска, в электрических переменных
сигналах в виде эпюры I' на фиг.6 одновременно синфазно с сигналом первого импульса с
первым импульсом эпюры I и по совпадению этих импульсов устройство совпадени в
контроллере (не показано) определ ет по вление оборота колеса 8 одометра. Контроллер
осуществл ет операцию счета количества оборотов колеса 8.
Положение, изображенное на фиг.4, соответствует начало отсчетов на эпюрах сигналов
(фиг.6). При этом сигналу датчика 27'' соответствует эпюра II, сигналу датчика 27'
соответствует эпюра I (UII=min, UI=max). При повороте колеса одометра 8 по часовой
стрелке на угол ?=-90° датчик Холла в датчике 27'' выйдет из-под зубца 42 по часовой
стрелке, и выходной сигнал изменит уровень выходного сигнала (эпюра II), а магнит 44
датчика 27, как и магнит датчика 46, находитс напротив зубца 42, вследствие чего на
выходе датчика 27 формируетс высокий уровень выходного сигнала (первый импульс
эпюры I). Одновременно датчик 27' формирует первый и единственный на обороте
отрицательный импульс датчика 27' (эпюра I, эпюра II). Датчики 27' и 27'' формируют
синхронно отрицательный импульс, эпюра II'. Датчики 27' и 27'' позвол ют определить
направление вращени колеса одометра. Из эпюр I и II (фиг.6) видно, что поворот по
часовой стрелке колеса одометра 8' формирует вначале положительный импульс эпюры I,
а через ?=-90° - положительный импульс эпюры II и т.д. При изменении направлени вращени вначале будет наблюдатьс отрицательный импульс эпюры I, а затем через ?=90° по витс положительный импульс эпюры II. Особенно нагл дно это видно из сравнени эпюр I' и II', где вначале по времени наблюдают отрицательный импульс на эпюре I', а
затем отрицательный импульс на эпюре II' - это значит, что колесо вращаетс по
часовой стрелке, если наоборот - против часовой стрелки. Каждый положительный и
отрицательный импульс соответствует цене импульса по рассто нию, т.е. рассто нию,
пройденному колесом 8 одометра при отсутствии проскальзывани и других погрешностей:
где r - радиус колеса; N - число зубцов на колесе; ?х - цена одного импульса.
Количество этих импульсов n подсчитываетс , и по их количеству определ етс пройденное ВСД рассто ние:
Введение канала определени числа оборотов колеса ускор ет процесс отсчета
Страница: 10
RU 2 334 980 C1
пройденного рассто ни . Поделив х на N, получим:
5
10
где k - целое число оборотов; ?n - число зубцов, превышающее их общее число,
соответствующее целому числу оборотов.
При обработке информации ВСД непрерывно требуетс определ ть участки
трубопровода, где произошло проскальзывание. Зна паспортизованные длины труб на
обрабатываемый участок, на котором отмечают границы нескольких подр д
расположенных труб, откладывают на них по отметкам целое число оборотов одометров, а
остатки длин участков от начала выделенных труб и до конца выделенных труб,
определ ют по числу импульсов по эпюрам I и II фиг.6. Это позвол ет определ ть
вначале длину выделенных труб xв и, учитыва длину паспортизованных труб хn,
позвол ет определ ть масштабный коэффициент одометра на этом участке:
15
20
25
30
35
40
45
50
Эту операцию можно быстро проделать и по каждой выделенной трубе, после чего
вносить непрерывную коррекцию в расчет пройденного ВСД рассто ни на всей длине
обследуемого участка трубопровода. Этим самым повышаетс точность определенного
ВСД рассто ни .
Введение канала определени числа оборотов колеса позвол ет идентифицировать
сбои в канале обработки сигналов одометра, контролиру число импульсов на каждом
обороте колеса.
Введение устройства демпфировани , изменение угла креплени оси пружины к
продольной оси гермоконтейнера способствуют уменьшению величины отскоков колеса
одометра от трубы в результате наезда на швы и другие преп тстви . В результате
уменьшаетс проскальзывание и, как следствие, снижаетс погрешность одометра.
Прив зка с помощью введенных двух дополнительных датчиков позвол ет в любом месте
трубопровода знать начало и конец оборота колеса. Перед испытанием одометр
паспортизуют по погрешност м механической и электрической частей определени шагов
зубцов, и тем самым обеспечиваетс возможность исключени их из результатов
измерений. Введение двух дополнительных датчиков повышает надежность одометра: при
выходе из стро основных датчиков (27, 27'') точность определени хот и снижаетс ,
но пройденное рассто ние с точностью до одного оборота колеса 8 одометра
определ етс .
Покажем, что закрепление рычага и пружины к манжете повышает скорость затухани качений рычага 9 при отскоке колеса 8. Дл этого рассмотрим расчетную схему
определени сил, действующих на одометр (фиг.7).
Демпферы и пружины, создаваемые материалом полиуретаном манжеты, вл ютс распределенными. Поставим в соответствие реальной распределенной модели расчетную
эквивалентную модель взаимодействи колеса одометра со сосредоточенными
параметрами согласно фиг.7. Считаем, что система линеаризована.
На фиг.7 прин ты обозначени : F - внешн сила; F1, F2 - компоненты внешней силы;
R1, R2 - силы реакции колеса; R nн, R nв - силы верхней и нижней опор нормальные;
- силы верхней и нижней опор тангенциальные; m1, m2 - массы нижней и верхней частей
манжеты, св занные с кронштейном 23 и шайбами 17 соответственно; m - масса рычага с
колесом; n1, n2 - коэффициенты демпфировани частей полиуретановой манжеты с
массами m1 и m2; ? - угол наклона оси рычага; ? - угол между внешней силой F и
перпендикул ром к оси рычага; с1, с2 - коэффициенты жесткости пружин от эластичной
манжеты; с - коэффициент жесткости пружины раст жени 19; Ш - шарнир
(шарикоподшипник); Ц - точка пересечени осей пружины и рычага; On - точка подвеса
пружины к рычагу; Ов - точка, вл юща с пересечением оси шарикоподшипников и
плоскости чертежа, - ось качаний рычага 9. Имеем следующие уравнени сил и моментов
Страница: 11
RU 2 334 980 C1
сил:
5
10
15
20
25
Схему фиг.7 можно разделить на две:
а) схема поступательного движени колеса при отскоке вдоль оси рычага фиг.8;
b) схема углового движени рычага с пружиной - фиг.9.
Дифференциальное уравнение движени рычага (координата х3) с колесом одометра
вдоль оси рычага 9 (фиг.8):
Решение этого уравнени 2-го пор дка известно: при n2>0 движение рычага с колесом
вдоль оси рычага затухают тем быстрее, чем больше n2. Таким образом, демпфирование n2
за счет манжеты обеспечивает более быстрое затухание движени х3.
Запишем дифференциальное уравнение угловых движений колеса с рычагом вокруг оси
Ов. Уравнение соответствует схеме фиг.2. На фиг.10 изображена кинематическа схема
качаний колеса с рычагом, соответствующа моменту движени , при котором колесо
контактирует со стенкой трубы.
На фиг.10 прин ты обозначени :
ОвОг - рассто ние от оси качани рычага до точки касани колеса о стенки трубы;
G - нелинейна пружина в контакте колеса, ее сила определ етс по формуле Герца;
ОвОк=lр - длина рычага;
??в, ??н - углы отклонени оси рычага от номинального угла ?0 до верхнего и нижнего
упоров;
lпр - плечо приложени силы пружины 19;
? - угол между осевой линией рычага и продольной осью ВСД или стенкой трубы.
Номинальное его значение при нахождении ВСД в трубе есть ?0=45°. Следовательно,
имеем (перекрестное движение ВСД не учтено) ?=?0+??=45°+??.
Дифференциальное уравнение движени качаний рычага с колесом имеет вид:
30
где J - приведенный к Ов суммарный момент инерции подвижных частей; Мпр - момент
- моменты сил реакций на верхнем и нижнем
упругих сил Fпр пружины 19;
35
упорах;
- момент ?
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
837 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа