RU141139U1

RU141139U1 - DEVICE FOR MEASURING THE TEMPERATURE OF THE INNER LAYERS OF MASSIVE TIRES OF SUPPORT ROLLERS OF FAST-MOUNTED TRACKED CARS

Info

Publication number: RU141139U1
Application number: RU2013153845/28U
Authority: RU
Inventors: Виктор Борисович Держанский; Александр Игоревич Тараторкин; Алексей Игоревич Тараторкин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт "Мехмаш"
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2014-05-27

Abstract

Прибор для измерения температуры внутренних слоев массивных шин опорных катков быстроходных гусеничных машин, состоящий из полой иглы с наконечником и расположенным в нем датчиком температуры, выход которого электрически соединен проводами с разъемом, держателя иглы, в отверстие левого торца которого вкручивается игла и болт со сквозным отверстием, соединяющим держатель с крышкой, которая соединена с корпусом и стопорится винтом, в корпусе подвижно в осевом направлении расположена направляющая, в отверстии направляющей расположен правый торец держателя, образуя промежуточную опору иглы, возвратной пружины, упирающейся с одной стороны в фасонную гайку в правом торце держателя и, с другой стороны, в днище полой части направляющей, в днище направляющей выполнено отверстие, образуя подвижную опору иглы, на наружной поверхности направляющей расположено кольцо ограничительное со стопорным винтом, отличающийся тем, что наконечник выполнен из серебра и приварен к игле серебряным электродом, датчик температуры выполнен в виде высокочувствительной термопары из хромель-аллюмелиевого спая, в отверстие правого торца держателя иглы введен разрезной фиксирующий конус, образуя вместе с фасонной гайкой цанговое соединение - неподвижную промежуточную опору иглы, толщина днища направляющей выбрана из условия, достаточного для размещения в нем части иглы вместе с наконечником, а регистратор выполнен в виде мультиметра соединенным кабелем с разъемом.A device for measuring the temperature of the inner layers of the massive tires of the track rollers of fast tracked vehicles, consisting of a hollow needle with a tip and a temperature sensor located in it, the output of which is electrically connected by wires to the connector, the needle holder, into which the needle and the bolt with a through hole are screwed into the hole on the left end connecting the holder to the cover, which is connected to the housing and locked by a screw, a guide is movably axially mounted in the housing, a guide is located in the hole of the guide the upper end of the holder, forming an intermediate support of the needle, return spring, abutting on one side of the shaped nut in the right end of the holder and, on the other hand, in the bottom of the hollow part of the guide, in the bottom of the guide there is a hole, forming a movable support of the needle, on the outer surface of the guide there is a restrictive ring with a locking screw, characterized in that the tip is made of silver and welded to the needle with a silver electrode, the temperature sensor is made in the form of a highly sensitive chromel-allu thermocouple melium junction, a split fixing cone is inserted into the hole on the right end of the needle holder, forming a collet connection with a shaped nut - a fixed intermediate needle support, the thickness of the bottom of the guide is selected from a condition sufficient to accommodate part of the needle with the tip in it, and the recorder is made in the form multimeter connected cable with connector.

Description

Полезная модель относится к области проведения экспериментального определения тепловой напряженности шин опорных катков быстроходных гусеничных машин.The utility model relates to the field of experimental determination of the thermal tension of the tires of the track rollers of high-speed tracked vehicles.

В современных условиях применения быстроходных гусеничных машин возрастает уровень требований по надежности механизмов и систем, которые обеспечивают их подвижность. Особую значимость приобретает безотказная работа гусеничного движителя, который взаимодействует с многопараметрической внешней средой и подвержен наибольшим динамическим нагрузкам. Элементами, ограничивающими долговечность движителя, являются шины опорных катков. Долговечность шин во многом определяется их тепловой напряженностью. Длительное воздействие высоких температур при пробегах машин с максимальной скоростью приводит к интенсивному накоплению необратимых структурных изменений (деградации) в массивных шинах, ухудшению упругих и прочностных свойств материала и тепловому разрушению. Нагрев шины происходит вследствие образования теплоты от внутреннего трения в процессе деформации. Значение температуры шин зависит от условий движения машины, вида грунта, температуры окружающей среды и параметров конструкции, физико-механических свойств материалов шины и беговой дорожки гусеницы, площади теплопередачи и др.In modern conditions of use of high-speed tracked vehicles, the level of requirements for the reliability of mechanisms and systems that ensure their mobility is increasing. Of particular importance is the failure-free operation of a caterpillar mover, which interacts with a multi-parameter external environment and is subject to the greatest dynamic loads. The elements limiting the durability of the propulsion are the tires of the track rollers. The durability of tires is largely determined by their thermal tension. Long-term exposure to high temperatures during vehicle runs at maximum speed leads to intensive accumulation of irreversible structural changes (degradation) in massive tires, deterioration of the elastic and strength properties of the material and thermal destruction. Tire heating occurs due to the formation of heat from internal friction during deformation. The value of the tire temperature depends on the conditions of movement of the machine, the type of soil, the ambient temperature and design parameters, the physico-mechanical properties of the materials of the tire and track track, the heat transfer area, etc.

Основным параметром тепловой напряженности является температура в центральной части резинового массива. Наиболее распространенным типом измерительных приборов являются пирометры, позволяющие дистанционно определить наружную температуру шин, например Optris «LaserSight» (аналог). Для определения температуры внутренних слоев по значению измеренной температуры необходимо решение уравнений теплопроводности. В этих уравнениях введен ряд параметров, граничных и начальных условий, которые в процессе проведения измерений существенно изменяются. В частности, температура наружных слоев после остановки машины быстро снижается, что снижает точность расчетных значений температуры внутренних слоев.The main parameter of thermal tension is the temperature in the central part of the rubber array. The most common type of measuring instruments are pyrometers that allow you to remotely determine the outside temperature of tires, for example Optris "LaserSight" (analog). To determine the temperature of the inner layers by the value of the measured temperature, it is necessary to solve the heat conduction equations. In these equations, a number of parameters, boundary and initial conditions are introduced, which change significantly during the measurement process. In particular, the temperature of the outer layers after the machine stops is quickly reduced, which reduces the accuracy of the calculated temperature values of the inner layers.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является прибор для измерения температуры внутренних слоев массивных шин опорных катков быстроходных гусеничных машин (Благонравов А.А., Тараторкин И.А. и др., Вестник транспортного машиностроения, №4, 1994, стр. 56-57 - прототип). Этот прибор состоит из полой иглы с наконечником и расположенным в нем датчиком температуры в виде полупроводникового терморезистора КТД 2Б, сопротивление которого изменяется с изменением температуры. Датчик устанавливается в наконечник иглы и приклеивается с помощью эластичного клея. Этим же клеем соединяется наконечник с иглой. Выход датчика электрически соединен проводами с разъемом. Держатель иглы, в отверстие левого торца которого вкручивается игла и болт со сквозным отверстием, соединяет держатель с крышкой. Крышка соединена с корпусом прибора и стопорится винтом. В корпусе подвижно в осевом направлении расположена направляющая, в отверстии направляющей расположен правый торец держателя, образуя промежуточную подвижную опору иглы. Возвратная пружина упирается в правый торец держателя и в днище отверстия направляющей. В днище направляющей выполнено отверстие, образуя подвижную опору иглы. На наружной поверхности направляющей расположено кольцо ограничительное со стопорным винтом. В качестве блока измерения используется блок питания, усилитель постоянного тока типа К140УД6 и преобразователь напряжения. Результаты измерения отображаются на четырехразрядном индикаторе, собранном на основе семи сегментных светодиодных индикаторов АЛС333В.The closest in technical essence and the achieved results is a device for measuring the temperature of the inner layers of the massive tires of the track rollers of high-speed tracked vehicles (Blagonravov A.A., Taratorkin I.A. et al., Bulletin of Transport Engineering, No. 4, 1994, p. 56 -57 - prototype). This device consists of a hollow needle with a tip and a temperature sensor located in it in the form of a KTD 2B semiconductor thermistor, the resistance of which changes with temperature. The sensor is installed in the tip of the needle and glued with elastic glue. The same glue connects the tip to the needle. The sensor output is electrically wired to the connector. The needle holder, in which the needle and the bolt with a through hole are screwed into the hole on the left end, connects the holder to the cover. The cover is connected to the body of the device and is locked with a screw. A guide is movably mounted in the axial direction in the housing; the right end of the holder is located in the guide hole, forming an intermediate movable needle support. The return spring rests on the right end of the holder and on the bottom of the guide hole. A hole is made in the bottom of the guide, forming a movable needle support. On the outer surface of the guide there is a restrictive ring with a locking screw. As a measurement unit, a power supply, a DC amplifier of type K140UD6 and a voltage converter are used. The measurement results are displayed on a four-digit indicator, assembled on the basis of seven segment LED indicators ALS333V.

Основные недостатки этого прибора заключаются в следующем: наконечник, в отверстии которого расположен датчик температуры, соединяется с иглой путем склеивания эластичным клеем. В процессе измерения нагретых слоев массивных шин повышается температура клея, нарушая жесткость соединения наконечника с иглой. Поэтому, в процессе измерения происходит относительная деформация наконечника и иглы. Это приводит к изменению сопротивления датчика и повышению погрешности измерения. Кроме того, относительная деформация наконечника и иглы ограничивает долговечность прибора. Долговечность ограничивается так же существенной деформацией иглы при действии сжимающих сил в процессе введения иглы в шину из-за значительной длины иглы (от наконечника до точки закрепления в крышке прибора). В процессе извлечения иглы из шины часто происходит смятие резьбы в зоне крепления в держателе и обрыв иглы. Применяемые датчики температуры в виде полупроводниковых терморезисторов типа КТД 2Б обладают низкой чувствительностью, что требует введение в измерительную систему усилителя, блока питания и преобразователя напряжения, т.е. возрастает сложность конструкции. Применяемый регистратор также является сложным и обладает большими габаритами. В связи с этим предлагается конструкция измерительного прибора для определения температуры внутренних слоев массивных шин опорных катков без указанных недостатков.The main disadvantages of this device are as follows: the tip, in the opening of which a temperature sensor is located, is connected to the needle by gluing with an elastic glue. During the measurement of heated layers of solid tires, the temperature of the adhesive rises, violating the rigidity of the connection of the tip with the needle. Therefore, in the process of measurement there is a relative deformation of the tip and needle. This leads to a change in the resistance of the sensor and an increase in measurement error. In addition, the relative deformation of the tip and needle limits the durability of the device. The durability is also limited by the significant deformation of the needle under the action of compressive forces during the introduction of the needle into the tire due to the considerable length of the needle (from the tip to the fixing point in the instrument cover). In the process of removing the needle from the tire, the thread often collapses in the fastening area in the holder and the needle breaks. The temperature sensors used in the form of KTD 2B type semiconductor thermistors have low sensitivity, which requires the introduction of an amplifier, a power supply, and a voltage converter, i.e. design complexity is increasing. The registrar used is also complex and has large dimensions. In this regard, it is proposed the design of a measuring device for determining the temperature of the inner layers of the massive tires of the track rollers without these disadvantages.

Предлагаемый прибор состоит из полой иглы с наконечником и расположенным в нем датчиком температуры. Выход датчика электрически соединен проводами с разъемом. Держатель иглы, в отверстие левого торца которого вкручивается игла и болт со сквозным отверстием, соединяет держатель с крышкой. Крышка соединена с корпусом прибора и стопорится винтом. В корпусе подвижно в осевом направлении расположена направляющая, в отверстии направляющей расположен правый торец держателя, образуя промежуточную подвижную опору иглы. Возвратная пружина с одной стороны упирается в фасонную гайку в правом торце держателя и в днище полой части направляющей с другой стороны. В днище направляющей выполнено отверстие, образуя подвижную опору иглы. На наружной поверхности направляющей расположено кольцо ограничительное со стопорным винтом. Новизна предлагаемого решения состоит в том, что наконечник выполнен из серебра и приварен к игле серебряным электродом, а датчик температуры выполнен в виде высокочувствительной термопары из хромель-аллюмелиевого спая. В отверстие правого торца держателя иглы введен разрезной фиксирующий конус, образуя вместе с фасонной гайкой цанговое соединение - неподвижную промежуточную опору иглы. Толщина днища направляющей и диаметр отверстия в нем, образующие подвижную опору иглы, выбраны из условия достаточности для размещения в нем части иглы вместе с наконечником и ограничения угловых деформаций иглы в процессе проведения измерений. Кроме того, регистратор выполнен в виде малогабаритного мультиметра, соединенного кабелем с разъемом.The proposed device consists of a hollow needle with a tip and a temperature sensor located in it. The sensor output is electrically wired to the connector. The needle holder, in which the needle and the bolt with a through hole are screwed into the hole on the left end, connects the holder to the cover. The cover is connected to the body of the device and is locked with a screw. A guide is movably mounted in the axial direction in the housing; the right end of the holder is located in the guide hole, forming an intermediate movable needle support. The return spring on one side abuts against a shaped nut in the right end of the holder and in the bottom of the hollow part of the guide on the other side. A hole is made in the bottom of the guide, forming a movable needle support. On the outer surface of the guide there is a restrictive ring with a locking screw. The novelty of the proposed solution is that the tip is made of silver and welded to the needle with a silver electrode, and the temperature sensor is made in the form of a highly sensitive thermocouple made of chromel-alumel junction. A split fixing cone is introduced into the hole of the right end of the needle holder, forming a collet connection with a shaped nut - a stationary intermediate needle support. The thickness of the bottom of the guide and the diameter of the hole in it, forming the movable support of the needle, are selected from the condition of sufficiency to accommodate the part of the needle along with the tip and limit the angular deformation of the needle during the measurement. In addition, the recorder is made in the form of a small multimeter connected by a cable to the connector.

Предлагаемая конструкция прибора приведена на фиг. 1. Прибор состоит из полой иглы 1 и наконечника 2, приваренного к игле серебряным электродом. В отверстии наконечника закреплен датчик температуры 3, который выполнен в виде высокочувствительного хромель-аллюмелиевого спая. Выход датчика 3 электрически соединен с разъемом 4. В отверстие левого торца держателя 5 вкручивается игла 1 и болт 6 со сквозным отверстием. Болт 6 соединяет держатель 5 с крышкой прибора 7, которая соединена с корпусом прибора 8 и фиксируется стопорным винтом 9. В корпусе 8 подвижно в осевом направлении расположена направляющая 10, в отверстии которой расположен правый торец держателя 5. Возвратная пружина 11 с одной стороны упирается в фасонную гайку 15 в правом торце держателя 5 и, с другой стороны, в днище полой части направляющей 10.The proposed device design is shown in FIG. 1. The device consists of a hollow needle 1 and a tip 2, welded to the needle with a silver electrode. A temperature sensor 3 is fixed in the hole of the tip, which is made in the form of a highly sensitive chromel-alumel junction. The output of the sensor 3 is electrically connected to the connector 4. A needle 1 and a bolt 6 with a through hole are screwed into the hole on the left end of the holder 5. A bolt 6 connects the holder 5 to the cover of the device 7, which is connected to the housing of the device 8 and is fixed by the locking screw 9. In the housing 8, a guide 10 is movably axially mounted, in the hole of which is located the right end of the holder 5. The return spring 11 abuts against one side a shaped nut 15 in the right end of the holder 5 and, on the other hand, in the bottom of the hollow part of the guide 10.

В днище выполнено отверстие диаметром, соответствующим толщине иглы, образуя подвижную опору иглы 1. Так как толщина днища направляющей и диаметр отверстия в нем, образующие подвижную опору иглы 1, выбраны из условия достаточности для размещения в нем части иглы вместе с наконечником 2, угловые деформации иглы 1 в процессе проведения измерений температуры ограничиваются. На наружной поверхности направляющей 10 расположено ограничительное кольцо 12 со стопорным винтом 13. В отверстие правого торца держателя 5 введен разрезной фиксирующий конус 14, образуя вместе с фасонной гайкой 15 цанговое соединение, т.е. неподвижную промежуточную опору иглы 1. Регистратор 16 соединен с разъемом 4 с помощью кабеля 17.A hole is made in the bottom with a diameter corresponding to the thickness of the needle, forming a movable support for the needle 1. Since the thickness of the bottom of the guide and the diameter of the hole in it forming the movable support of the needle 1 are selected from the condition of sufficiency for accommodating part of the needle along with tip 2, angular deformations needles 1 are limited during temperature measurements. A restrictive ring 12 with a locking screw 13 is located on the outer surface of the guide 10. A split fixing cone 14 is inserted into the hole of the right end of the holder 5, forming a collet connection with the shaped nut 15, i.e. fixed intermediate needle support 1. The recorder 16 is connected to the connector 4 using a cable 17.

Работает предлагаемый прибор следующим образом. При подготовке прибора к работе кольцо ограничителя 12 устанавливается на требуемую глубину h измерения температуры и соответственно погружения наконечника 2 иглы 1 с датчиком 3 в массивную шину. Прибор через гибкий кабель 17 и разъем 4 соединяется с регистратором 16. Для ввода наконечника 2 и датчика 3 на требуемую глубину в объем массивной шины и измерение температуры заданного слоя необходимо направляющую 10 упереть в наружную поверхность шины. Затем переместить корпус 8 прибора в радиальном направлении (в направлении к оси опорного катка). При этом вместе с корпусом 8 перемещается крышка 7, болт 6, держатель 5, игла 1, наконечник 2 с датчиком 3 температуры, сжимая возвратную пружину 11 относительно неподвижной направляющей 10 на требуемую глубину h (до упора корпуса 8 в ограничительное кольцо 12). При этом сигнал с датчика 3 через разъем 4 поступает в регистратор 16, шкала которого проградуирована при тарировке прибора. Установившееся значение температуры на шкале регистратора соответствует температуре контролируемого слоя массивной шины. После проведения измерения корпус 8 прибора возвращается вверх, наконечник 2 иглы 1 извлекается из шины, возвратная пружина 11 приводит прибор относительно направляющей 10 в исходное положение. Проведенные натурные испытания показали, что предлагаемый прибор обеспечивает надежное измерение температуры во внутренних слоях массивных шин опорных катков.The proposed device operates as follows. When preparing the device for operation, the limiter ring 12 is set to the required depth h of temperature measurement and, accordingly, the immersion of the tip 2 of the needle 1 with the sensor 3 in the massive bus. The device through a flexible cable 17 and connector 4 is connected to the registrar 16. To enter the tip 2 and the sensor 3 to the required depth into the bulk of the solid tire and measure the temperature of a given layer, the guide 10 must be abutted on the outer surface of the tire. Then move the housing 8 of the device in the radial direction (towards the axis of the track roller). In this case, together with the body 8, the cover 7, the bolt 6, the holder 5, the needle 1, the tip 2 with the temperature sensor 3 move, compressing the return spring 11 relative to the fixed guide 10 to the required depth h (until the body 8 rests in the restrictive ring 12). In this case, the signal from the sensor 3 through the connector 4 enters the recorder 16, the scale of which is calibrated during calibration of the device. The steady-state temperature on the recorder scale corresponds to the temperature of the monitored layer of the massive bus. After the measurement, the housing 8 of the device returns up, the tip 2 of the needle 1 is removed from the tire, the return spring 11 brings the device relative to the guide 10 to its original position. Field tests showed that the proposed device provides reliable temperature measurement in the inner layers of the massive tires of the track rollers.

Эффективность предлагаемого решения состоит в следующем.The effectiveness of the proposed solution is as follows.

Повышается точность измерения температуры за счет сокращения деформации наконечника, выполненного из серебра и приваренного к игле серебряным электродом, относительно иглы и отсутствия деформации этих элементов в начале измерения. Кроме жесткого соединения этих деталей обеспечивается и твердость наконечника и линейность характеристики датчика при температуре до 600°C.The accuracy of temperature measurement is increased by reducing the deformation of the tip, made of silver and welded to the needle with a silver electrode, relative to the needle and the absence of deformation of these elements at the beginning of the measurement. In addition to the rigid connection of these parts, the tip hardness and linearity of the sensor characteristics are ensured at temperatures up to 600 ° C.

Введение неподвижной опоры иглы, образованной фиксирующим разрезным конусом и фасонной гайкой, сокращает длину деформируемой части иглы и повышает ее устойчивость при нагружении силой сжатия в процессе проведения измерения температуры. Это повышает долговечность конструкции по сравнению с прототипом до 4 и более раз.The introduction of a fixed needle support formed by a fixing split cone and a shaped nut reduces the length of the deformable part of the needle and increases its stability under loading by compressive force during temperature measurement. This increases the durability of the design compared to the prototype up to 4 or more times.

Повышение чувствительности датчика температуры и введение нового регистратора позволяет снизить сложность конструкции, т.к. не требуется применение усилителя, блока питания, преобразователя напряжения и сложного блока измерения и индикации.Increasing the sensitivity of the temperature sensor and the introduction of a new registrar reduces the design complexity, because the use of an amplifier, a power supply, a voltage converter, and a complex measurement and indication unit is not required.

Claims

A device for measuring the temperature of the inner layers of the massive tires of the track rollers of fast tracked vehicles, consisting of a hollow needle with a tip and a temperature sensor located in it, the output of which is electrically connected by wires to the connector, the needle holder, into which the needle and the bolt with a through hole are screwed into the hole on the left end connecting the holder to the cover, which is connected to the housing and locked by a screw, a guide is movably axially mounted in the housing, a guide is located in the hole of the guide the upper end of the holder, forming an intermediate support of the needle, return spring, abutting on one side of the shaped nut in the right end of the holder and, on the other hand, in the bottom of the hollow part of the guide, in the bottom of the guide there is a hole, forming a movable support of the needle, on the outer surface of the guide there is a restrictive ring with a locking screw, characterized in that the tip is made of silver and welded to the needle with a silver electrode, the temperature sensor is made in the form of a highly sensitive chromel-allu thermocouple melium junction, a split fixing cone is inserted into the hole on the right end of the needle holder, forming a collet connection with a shaped nut - a fixed intermediate needle support, the thickness of the bottom of the guide is selected from a condition sufficient to accommodate part of the needle with the tip in it, and the recorder is made in the form multimeter connected cable with connector.