PL231307B1 - Przyrząd do pomiarów odkształceń, zwłaszcza wałów korbowych oraz sposób pomiaru odkształceń wałów korbowych - Google Patents

Abstract

Rozwiązanie przedstawia przyrząd do pomiarów odkształceń, zwłaszcza dla wałów korbowych, zawierający korpus z czujnikiem przemieszczeń posiadający usytuowane współosiowo trzpień stały o regulowanej długości oraz trzpień pomiarowy wyposażone w na swoich roboczych końcach w kły mocujące, gdzie na trzpieniu stałym (3) oraz trzpieniu pomiarowym (8) osadzone są suwliwie nasadki (9) połączone ułożoną równolegle do trzpienia stałego (3) oraz trzpienia pomiarowego (8) prowadnicą (14) zaopatrzoną w elementy sprężyste (13) rozpierające nasadki (9), przy czym nasadki (9) na swoich zewnętrznych czołowych powierzchniach posiadają osadzone wkładki dociskowe (10) posiadające okładziny (11) z materiału podatnego na odkształcenia sprężyste oraz sposób pomiaru odkształceń wałów korbowych.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd do pomiarów odkształceń, zwłaszcza dla wałów korbowych znajdujący zastosowanie w metrologii do pomiarów odkształceń wielkogabarytowych elementów maszyn, a w szczególności do pomiarów elementów wiotkich, o stosunkowo małych proporcjach wymiarów przekroju poprzecznego do ich długości. Przedmiot wynalazku znajduje zastosowanie w szczególności do pomiarów odkształceń wałów korbowych, zwanych popularnie pomiarami sprężynowania. Przedmiotem wynalazku jest również sposób pomiaru odkształceń wałów korbowych. Znajduje on zastosowanie w szczególności do pomiaru sprężynowania wału korbowego, oraz następczej poprawy jego położenia.

Obecnie pomiary odkształceń wałów korbowych, realizowane są najczęściej za pomocą czujnika przemieszczeń montowanego pomiędzy poszczególnymi wykorbieniami wału. Czujnik w oprawce, za pośrednictwem kłów osadzony jest w nawierceniach, wykonanych wałów, na wewnętrznych stronach ramion wykorbień wału. Jako miarę sprężynowania, określanego w płaszczyźnie pionowe i poziomej, przyjmuje się różnicę wskazań czujnika w dwóch wzajemnie skrajnych przeciwległych położeniach wykorbień wału podczas jego obrotu. Założeniem podstawowym przy tego typu pomiarach jest przyjęcie, że odkształcenia ramion wykorbień jest symetryczne względem osi symetrii wykorbienia. Konsekwencją tego złożenia jest interpretacja wyników pomiarów sprężynowania, zalecająca w przypadku przekroczenia dopuszczalne wartości sprężynowania podniesienie lub obniżenie osi łożysk głównych sąsiadujących z danym wykorbieniem o połowę zmierzonej wartości sprężynowania. Pomiar taki charakteryzuje się brakiem stałości bazy pomiarowej, która przemieszcza się w sposób niekontrolowany podczas ich realizacji. Nie jest brane pod uwagę, że przyczyną odkształceń może być pogarszający się stan tylko jednego łożyska sąsiadującego z wykorbieniem. Trudne do zinterpretowania jest też jaki wpływ na mierzoną wartość sprężynowania ma wzajemne oddziaływanie odkształconych w różnym stopniu wykorbień. Stan ten prowadzi w konsekwencji do tego, że wyniki pomiarów są często źle interpretowane.

Obecnie wykorzystywane urządzenia w pomiarach odkształceń wałów korbowych mają więc ograniczoną możliwość wykrywania odkształceń - w szczególności w nietypowych sytuacjach, np. gdy osie czopów są przesunięte równolegle względem siebie czy też symetrycznego lub niesymetrycznego przekoszenia osi. Dodatkowo z uwagi na występujące skręcenia ramion wykorbień, pomiar odkształceń wału jest w rzeczywistości bardzo kłopotliwy.

Znane jest z opisu WO2001006204 A1 urządzenie do Pomiaru skośnego położenia wału bez jego obracania, które zawiera teleskopowy wał o stożkowych lub sferycznych końcach i rozciąga się pomiędzy powierzchniami końcowymi wałków.

Zaproponowana metoda symetrycznego pomiaru ramion wykorbień, eliminuje szereg wad stosowanej metody tradycyjnej. Między innymi eliminuje ona najistotniejsza wadę tradycyjnej metody jaką jest brak stałości bazy pomiarowej. Zastosowanie tej metody w warunkach eksploatacyjnych wymaga jednak demontażu stopy korbowodu i podwieszanie układu korbowo - tłokowego dla umożliwienia osadzenia obejmy przyrządu mocowanego do czopa korbowego.

Celem wynalazku jest rozwiązanie problemu ograniczonej możliwości zastosowania dostępnej aparatury i oprzyrządowania pomiarowego do wielkogabarytowych elementów maszyn oraz problem tego, iż dokładność uniwersalnego sprzętu pomiarowego jest niedostosowana do rosnących dokładności wykonania stawianym produkowanym elementom maszyn. Kolejnym celem wynalazku jest ułatwienie pomiarów oraz ich interpretacji dla elementów wielkogabarytowych o dużej podatności giętnej. Właściwość ta znacznie utrudnia pomiary jak również ich interpretację, z uwagi na to że wyniki pomiarów są dość często zniekształcone odkształceniami sprężystymi obiektu mierzonego.

Wynalazek dotyczy przyrządu do pomiarów odkształceń, zwłaszcza dla wałów korbowych, zawierającego korpus z czujnikiem przemieszczeń posiadającego usytuowane współosiowo trzpień stały o regulowanej długości oraz trzpień pomiarowy. Oba trzpienie wyposażone w na swoich roboczych końcach w kły ustalające. Istota wynalazku polega na tym, że na trzpieniu stałym oraz trzpieniu pomiarowym osadzone są suwliwie nasadki połączone ułożoną równolegle do trzpienia stałego oraz trzpienia pomiarowego prowadnicą zaopatrzoną w elementy sprężyste rozpierające nasadki. Same nasadki na swoich zewnętrznych czołowych powierzchniach posiadają osadzone wkładki dociskowe posiadające okładziny z materiału podatnego na odkształcenia sprężyste, połączone z membraną. Korzystnie prowadnica posiada mechanizm śrubowy regulacji napięcia wstępnego sprężyn oraz docisku nasadek. Celowym jest gdy nasadki wyposażone są w uchwyty.

Wynalazek dotyczy sposobu pomiaru odkształceń wałów korbowych, prowadzonego po wewnętrznych stronach sąsiadujących ramion wykorbień, podczas obrotów wału korbowego.

PL 231 307 B1

Istotą i podstawową zaletą jest to, że rozwiązanie według wynalazku umożliwia pomiar, rejestrację i ocenę w sposób ciągły metodą symetryczną indywidualny stan odkształceń ramion wykorbień wału w przyjętym trójpłaszczyznowym układzie wymiarowania przestrzennego. Bazę pomiarową realizuje przyrząd osadzony podobnie jak w metodzie tradycyjnej kłami w nawierceniach, wykonanych przez producentów na wewnętrznej stronie ramion wykorbień. Ocena odkształceń odbywa się jednak w kierunku prostopadłym do tej bazy. Zapewniają to nasadki stanowiące zakończenie trzpieni, w które zaopatrzony jest przyrząd pomiarowy. Nasadki osadzone suwliwie na trzpieniach, dociskane są stałą wartością siły do wewnętrznych powierzchni czołowych ramion wykorbień. Miara odkształceń, rejestrowanych w sposób ciągły są zmiany obwodowych nacisków występujących na powierzchniach czołowych okładzin nasadek. Rejestracja zmian nacisków odbywa się bezprzewodowo. Pomiar ten odbywa się więc w układzie symetrycznym, w warunkach odpowiadających metodzie tradycyjnej. Okładziny nasadek wykonane z materiału podatnego na odkształcenia sprężyste, zakończone są czułą membraną. Czujnik przemieszczeń podobnie jak w metodzie tradycyjnej umożliwia sumaryczny pomiar odkształceń ramion wykorbień. Połączenie proponowanego układu pomiarowego z pomiarem tradycyjnym umożliwia poprawną ocenę stanu łożyskowania wałów korbowych. Na podstawie dokonanych pomiarów można określić wzajemne usytuowanie osi poszczególnych czopów głównych sąsiadujących z danym wykorbieniem. Tworząc w dalszej kolejności łańcuch powiązanych ze sobą odkształconych wykorbień, wyznaczyć można linię ugięcia wału oraz bazując na tych pomiarach dokonać korekty ustawienia łożysk w celu wyeliminowania jego deformacji wału korbowego.

Urządzenie do pomiaru odkształceń, zwłaszcza wałów korbowych zobrazowano w przykładzie wykonania oraz na rysunku przedstawiającym konstrukcję urządzenia w widoku z boku oraz w częściowym przekroju wzdłużnym urządzenie do pomiarów.

Urządzenie do pomiaru odkształceń, zwłaszcza wałów korbowych posiada korpus 1 do którego zamocowana jest obudowa czujnika przemieszczeń 2 przykładowo zegarowego czujnika przemieszczeń z osiowym przesuwem trzpienia pomiarowego. Korpus 1 zaopatrzony jest w trzpień stały 3. Trzpień pomiarowy czujnika i trzpień stały 3, usytuowane wzajemnie współosiowo, zaopatrzone są w końcówki 4 z kłami kulistymi. Trzpień stały 3 posiada mechanizm śrubowy 7 regulacji jego długości. Mechanizm ten umożliwia uzyskanie napięcia wstępnego czujnika a jednocześnie gwarantuje pewne osadzenie i ustalenie przyrządu pomiarowego kłami kulistymi w nawierceniach wykonanych (przez producentów wałów korbowych) na wewnętrznych powierzchniach czołowych ramion wykorbień. Na zewnętrznej powierzchni walcowej trzpienia stałego 3 i części chwytowej 8 czujnika przemieszczeń 2 osadzone są suwliwie nasadki 9 z wkładkami dociskowymi 10. Uchwyty 9a nasadek dociskowych 9 ułatwiają montaż i pozycjonowanie przyrządu pomiarowego pomiędzy ramionami wykorbień wału. Powierzchnie czołowe wkładek dociskowych 10 wyposażone w okładziny 11, wykonane z materiału podatnego na odkształcenia sprężyste a jednocześnie nie ulegającemu odkształceniom trwałym, zakończone są czułą membraną 12 pomiaru nacisków powierzchniowych. Sprężyny 13 osadzone na prowadnicy 14, zapewniają stały docisk powierzchni czołowych okładzin 11 i membran 12 pomiaru nacisków powierzchniowych do wewnętrznych powierzchni czołowych ramion wykorbień. Mechanizm śrubowy 15, 16 umożliwia regulację napięcia wstępnego sprężyn 13 i docisku nasadek 9. Wyniki pomiaru obwodowych nacisków powierzchniowych (zależnych od stanu odkształceń sprężystych okładzin 11) na styku membran 12 z wewnętrznymi powierzchniami czołowymi ramion wykorbień zobrazowane są na monitorze komputera w postaci mapy skanu powierzchniowego. Przekazywanie danych pomiarowych odbywa się bezprzewodowo. Docisk kulistych kłów ustalających 4 do nawierceń wykonanych na wewnętrznej powierzchniach czołowych ramion wykorbień i docisk powierzchni czołowych okładzin 11 zakończonych czułą membraną pomiaru nacisków powierzchniowych 12 do wewnętrznych powierzchni czołowych ramion wykorbień realizowany jest niezależnie. Analiza obrazu skanu nacisków powierzchniowych umożliwia indywidualną ocenę nieprostopadłości wewnętrznych powierzchni czołowych ramion wykorbień względem bazy pomiarowej, którą jest oś wytyczona przez kły kuliste osadzone w nawierceniach wykonanych na wewnętrznych powierzchniach czołowych ramion wykorbień.

Sposób pomiaru odkształceń wałów korbowych, prowadzony po wewnętrznych stronach sąsiadujących ramion wykorbień, podczas obrotów wału korbowego charakteryzuje się tym, że mierzy się i rejestruje w sposób ciągły metodą symetryczną indywidualne odkształcenia ramion wykorbień wału w przyjętym trójpłaszczyznowym układzie wymiarowania przestrzennego. Przyrząd pomiarowy montowany jest i ustalany pomiędzy poszczególnymi wykorbieniami wału za pośrednictwem kłów ustalających. Rejestracja odbywa się w sposób ciągły w zakresie kąta obrotu wału przy którym pomiar jest możliwy. Na podstawie zarejestrowanych wyników pomiarów nacisków powierzchniowych, w oparciu

PL 231 307 Β1 o opracowany algorytm dokonuje się oceny wzajemnego usytuowania zespołu czopów głównych wału korbowego, jak również oceny usytuowania czopów głównych względem wytyczonej osi odniesienia. Mierzy się na przykład czujnikiem sumaryczną wartość odkształceń ramion wykorbień, natomiast umożliwia się pomiar odkształceń w dowolnym trójwymiarowym układzie przestrzennym, w którym płaszczyzny są do siebie wzajemnie prostopadłe.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Przyrząd do pomiarów odkształceń, zwłaszcza dla wałów korbowych, zawierający korpus z czujnikiem przemieszczeń posiadający usytuowane współosiowo trzpień stały o regulowanej długości oraz trzpień pomiarowy wyposażone w na swoich roboczych końcach w kły mocujące, znamienny tym, że na trzpieniu stałym (3) oraz trzpieniu pomiarowym (8) osadzone są suwliwie nasadki (9) połączone ułożoną równolegle do trzpienia stałego (3) oraz trzpienia pomiarowego (8) prowadnicą (14) zaopatrzoną w elementy sprężyste (13) rozpierające nasadki (9), przy czym nasadki (9) na swoich zewnętrznych czołowych powierzchniach posiadają osadzone wkładki dociskowe (10) posiadające okładziny (11) z materiału podatnego na odkształcenia sprężyste.
2. 2. Przyrząd do pomiarów odkształceń, według zastrz. 1, znamienny tym, że okładziny (11) z materiału podatnego na odkształcenia sprężyste, połączone są z membraną (12).
3. 3. Przyrząd do pomiarów odkształceń, według zastrz. 1, znamienny tym, że prowadnica (14) posiada mechanizm śrubowy (15,16) regulacji napięcia wstępnego sprężyn (13) oraz docisku nasadek (9).
4. 4. Przyrząd do pomiarów odkształceń, według jednego z zastrz. od 1 albo 2, znamienny tym, że nasadki (9) wyposażone są w uchwyty (9a).
5. 5. Sposób pomiaru odkształceń wałów korbowych, prowadzony po wewnętrznych stronach sąsiadujących ramion wykorbień, podczas obrotów wału korbowego, znamienny tym, że mierzy się i rejestruje w sposób ciągły metodą symetryczną indywidualne odkształcenia ramion wykorbień wału w przyjętym trójpłaszczyznowym układzie wymiarowania przestrzennego.