WO2006037830A1 - Detector para el diagnóstico predictivo de averias en reductores y cajas de transmisión de medias y altas potencias - Google Patents

Detector para el diagnóstico predictivo de averias en reductores y cajas de transmisión de medias y altas potencias Download PDF

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Jacinto Alaminos Navarro
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Definitions

  • the object of the present invention consists of a detector for the predictive diagnosis of faults in gearboxes and transmission boxes of medium and high powers, such as can be applied, for example, in transmission boxes of railway vehicles, rail reducers, mill and other gearboxes. type, torque multipliers, etc ...
  • This detector incorporates undoubted advantages with respect to current devices, since it combines the predictive action of knowing when there is a high degree of wear on these mechanical organs, such as the preventive action by attracting to that organ the particles from wear that are eliminated from The recirculation to the mechanical organs of the gearboxes and transmission boxes, reducing wear and therefore increasing its useful life.
  • This detector combines a magnetized core that attracts ferromagnetic particles towards itself, at the same time as it constitutes an electrical conductive pole that forms the switch that together with the electrical circuit will indicate when the wear on the mechanical organs to be controlled is excessive and should proceed to its repair
  • a filler and control plug is installed that incorporates a rod with a magnetic material that attracts the detached particles resulting from that abnormal work and that allows, taking advantage of stops, to carry out programs in which the oil level is verified, diagnose, by the operative personnel that performs said level supervision and if there is any potential anomaly that is being the cause of a future serious problem.
  • the US Pat. No. 4,205,904 in favor of MASSEY-FERGUSON SERVICES N.V. which refers to a device for detecting and indicating the presence of metal particles in a lubricating fluid, which is basically associated with a filtering device and as such, when metal particles fill said filter, electrical contact occurs between two electrodes that close an electrical circuit that indicates the need to proceed to the replacement or cleaning of the filter element.
  • This device is constituted by means of a ring connected to an electrical terminal placed at one end of the filter and between the ring and the housing of the device a small chamber is created in series with the filtering device.
  • This device is intended to prevent mechanical organs from possible breakdowns, but only for the purpose of ensuring that the filtering elements are always in suitable conditions for passage of fluid through it and thus ensure a sufficient flow of cooling liquid to those organs.
  • US Patent 5,402,113 of the firm AMOT CONTROLS CORPORATION refers to a metal particle detection apparatus for non-conductive fluid systems.
  • This detector is formed by means of two comb-shaped electrodes intertwined and separated from each other to achieve their isolation, these electrodes being supported on a perforated support sheet and electrical insulator, being between these defined electrodes the spaces between which the metallic particles and produce the communication between both electrodes and the consequent closed circuit and therefore the signaling that the level of metal particles in the lubricating fluid has been exceeded.
  • This device is enclosed in a chamber through which the lubricating liquid is penetrated, but whose conditions do not allow to reflect the authentic state of the machinery where this device is destined.
  • the global trend in the field of industrial maintenance is to eliminate systematic and routine preventive maintenance performed at constant intervals, in favor of more scientific maintenance that, based on the evolution of some variable determining the state of the machine, allows anticipating to failures based on data, in the analysis of said data or with alarm signals that allow, in advance, to schedule preventive interventions appropriate to each specific machine and to each specific situation of the same.
  • the device that advocates the invention is constituted in a plug, preferably threadable on the lubricant tank of the machinery to control its wear, a plug that is pronounced in an elongated body whose end will be introduced into the lubricant fluid and therefore will have the appropriate measure to develop between the wall of the container tank and the sine of the cooling fluid.
  • This plug will constitute one of the poles of the electrical circuit while the other pole will constitute a magnet or magnet bar that will be concentrically inserted inside, placing between them an insulating intermediate piece in the form of a bushing whose outer dimensions would coincide with the inner hollow of the cap and whose inner diameter will coincide with the outer diameter of the magnet bar or magnetized material that will constitute the other pole and both will be isolated through the intermediate insulating piece.
  • grooves or holes can be made on the lateral surface of the plug body, also accompanied by grooves or holes in the intermediate insulating piece, with Io that areas are achieved in which both electrodes are exposed and conveniently isolated by the insulating intermediate piece. This measure will achieve greater effectiveness of the device when increasing the surface of action of the electrodes and therefore the greater capture of the metallic ferrous particles that could incorporate the lubricating fluid that will result in a longer duration of the filtration means and consequently in a highly accurate and adjusted prediction of the mechanical organs of the apparatus in question.
  • Figure 1 represents a sectional view of a preferred form of stopper according to the invention.
  • Figure 2 represents a sectional view of the insulating piece between the electrodes that is inserted in the cap as shown in Figure 1
  • Figure 3 represents the magnet bar that constitutes the electrode and to which the ferromagnetic particles from the mechanical wear of the organs to be controlled adhere
  • Figure 4 represents the device of the invention properly assembled.
  • Figure 5 represents the assembly of the device of the invention on the crankcase of the machine to be controlled.
  • FIG. 1 a sectional view of the device of Ia can be observed invention, a plug-shaped device (1) that is basically constituted by three zones, the extreme zone (2) that will make contact with the lubricating fluid and therefore interact with the magnet or magnet electrode placed inside the plug, a threaded area (3) to be used as a joint to the body of the tank or crankcase where said stopper is fastened and an end zone (4) that can take a hexagonal shape for tightness and tight introduction of said stopper.
  • the inside of the plug (1) has a through hole (6) at one end of which a plastic adjustment bushing (7) is inserted.
  • a plastic adjustment bushing (7) is inserted.
  • four grooves are preferably located
  • Figure 2 represents the body (10) at whose end the terminal is welded (11) that will constitute the electrode power supply, while in its interior a recess (12) is made that houses the magnet bar electrode (9).
  • the holes (13) stand out in its extreme area, arranged in this case in four diametrically opposite rows and in coincidence with the grooves (8) of the plug body (1).
  • Figure 4 represents the assembly of the device of the invention, in whose representation it is observed how through the grooves (8) the body is accessed
  • Figure 5 shows the assembly of the body of the plug (1) as it is introduced through a threaded hole inside the crankcase (14) in which a level of lubricating fluid (15) is maintained whose characteristics are intended to be controlled. Be Observe in this figure how the end of the plug (1), more specifically the area (2) is submerged in the bosom of the lubricating fluid (15) to attract the ferromagnetic particles that could be detached from the mechanical organs included therein.

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Abstract

El detector se constituye por un electrodo envolvente o tapón (1) hueco en cuyo interior se acopla concéntricamente al mismo el segundo electrodo (9) formado por una barra de imán o imantada encargada de atraer las partículas ferromagnéticas. Cuando el número de partículas crece hasta tal punto que los electrodos hacen contacto entre si, se cierra el circuito eléctrico indicador de la posible avería del dispositivo controlado. El cuerpo del electrodo o tapón (1) se divide en zonas, una anterior (2) a través de la que es visible el electrodo interior (9) de barra de imán, y que se sumerge en el fluido lubricante a controlar, una zona roscada intermedia (3) para unión al deposito de la maquina y una tercera zona (4) de salida de los contactos de los electrodos que incluye medios de apriete del cuerpo del tapón sobre el deposito contenedor del fluido lubricante

Description

DETECTOR PARA EL DIAGNÓSTICO PREDICTIVO DE AVERIAS EN REDUCTORES Y CAJAS DE TRANSMISIÓN DE MEDIAS Y ALTAS POTENCIAS
D E S C R I P C I Ó N
OBJETO DE LA INVENCIÓN
El objeto de Ia presente invención consiste en un detector para el diagnóstico predictivo de averías en reductores y cajas de transmisión de medias y altas potencias como pueden ser de aplicación por ejemplo en cajas de transmisión de vehículos ferroviarios, reductores ferroviarios, de molino y de otro tipo, multiplicadores de par, etc....
Este detector incorpora indudables ventajas con respecto a los dispositivos actuales, ya que combina Ia acción predictiva de conocer cuando existe un grado elevado de desgaste en estos órganos mecánicos, como Ia acción preventiva al atraer hacia ese órgano las partículas procedentes del desgaste que son eliminadas de Ia recirculación hacia los órganos mecánicos de los reductores y cajas de transmisión, disminuyendo el desgaste y por tanto aumentando Ia vida útil del mismo.
Este detector combina un núcleo imantado que atrae hacia si mismo las partículas ferromagnéticas, a Ia vez que se constituye en polo conductor eléctrico que forma el interruptor que unido al circuito eléctrico indicará cuando el desgaste en los órganos mecánicos a controlar es excesivo y conviene proceder a su reparación.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Existen órganos mecánicos, como pueden ser cajas de transmisión, reductores, etc., constituidos por ejemplo mediante una serie de engranajes acoplados entre si, sujetos mediante ejes a través de rodamientos o caequillos de fricción a Io que constituye Ia carcasa envolvente del órgano mecánico en cuestión. Este conjunto se cierra, por Io general, inferiormente en el denominado cárter que hace las veces de deposito contenedor del fluido lubricante que constituye Ia reserva del fluido lubricante que se proyectará sobre los órganos mecánicos en movimiento. Del propio desgaste de todos estos órganos mecánicos se van desprendiendo partículas metálicas que van quedándose incorporadas al propio fluido lubricante y que antes de ser nuevamente proyectado a los órganos mecánicos son filtradas adecuadamente.
Sobre estos órganos, es difícil conocer el grado de desgaste de los mismos, ya que ello exigiría parar el vehículo donde está incluido y desarmar todo el conjunto para observar y realizar las medidas correctoras adecuadas, por Io cual se adoptan medidas de mantenimiento preventivo, al superarse por ejemplo un número de horas de funcionamiento que el fabricante halla estipulado para Ia revisión o reparación de Ia maquinaria.
Es conocida Ia utilización en vehículos y otros tipos de maquinarias de elementos con características magnéticas, ya sean fijos o desmontables, que introducidos en el cárter del deposito contenedor del aceite de lubricación, atraen las posibles partículas ferromagnéticas que se desprenden de los órganos mecánicos tal y como engranajes, rodamientos, etc., con el fin de que tales partículas sean retiradas del fluido lubricante, evitando así Ia inutilización prematura de los filtros e incluso que tales partículas puedan nuevamente ser proyectadas hacia los órganos mecánicos, Io que provocaría una abrasión excesiva de dichos órganos mecánicos.
Así por ejemplo en vehículos a motor, es clásico incluir este imán en Io que es el tapón de vaciado de este fluido lubricante para que a Ia vez que se hace el cambio del aceite lubricante se procede a Ia limpieza del tapón y por tanto de las partículas adheridas al mismo.
En determinadas máquinas, se instala un tapón de relleno y control que incorpora un vastago con un material magnético que atrae a las partículas desprendidas fruto de ese trabajo anormal y que permite, aprovechando paradas, realizar programas en los que se verifica el nivel de aceite, diagnosticar, por parte del personal operario que realiza dicha supervisión de niveles y si hay alguna anomalía potencial que esté siendo Ia causa de un futuro problema grave. Ello exige Ia parada de Ia máquina, el desmontaje de dicho tapón por el personal, Ia comprobación y, a veces, Ia restitución de arandelas de estanqueidad u otros repuestos asociados, sin contar con el juicio, en gran medida subjetivo, del operario que realiza Ia intervención sobre Ia potencialidad del problema o no.
Es conocida Ia patente Norteamericana US-4,205,904 a favor de MASSEY-FERGUSON SERVICES N.V. que se refiere a un dispositivo de detección e indicación de Ia presencia de partículas metálicas en un fluido lubricante, que se encuentra asociado básicamente a un dispositivo de filtrado y como tal, cuando las partículas metálicas colmatan dicho filtro se produce el contacto eléctrico entre dos electrodos que cierran un circuito eléctrico que señala Ia necesidad de proceder a Ia sustitución o limpieza del elemento de filtrado. Este dispositivo se constituye por medio de un anillo conectado a un terminal eléctrico colocado en un extremo del filtro y entre el anillo y Ia carcasa del dispositivo se crea una pequeña cámara en serie con el dispositivo de filtrado.
Cuando el filtro empieza a colmatarse de partículas metálicas ese espacio también se llena de tales partículas metálicas y por tanto se produce Ia comunicación eléctrica entre ambos electrodos que asociado a un circuito eléctrico dará el aviso de Ia necesidad de ser cambiado el filtro.
Este dispositivo se encuentra destinado a prevenir los órganos mecánicos de posibles averías, pero solamente con Ia finalidad de asegurar que los elementos de filtrado se encuentren siempre en condiciones adecuadas para el paso de fluido a su través y así asegurar un caudal suficiente de liquido refrigerante hacia esos órganos.
La patente Norteamericana US-5,402,113 de Ia firma AMOT CONTROLS CORPORATION se refiere a un aparato detector de partículas metálicas para sistemas de fluido no conductor. Este detector se forma mediante dos electrodos en forma de peine entrelazados y separados entre si para conseguir el aislamiento de los mismos, estando estos electrodos soportados en una lámina soporte perforada y aisladora eléctrica, siendo entre estos electrodos definidos los espacios entre los cuales se depositan las partículas metálicas y producen Ia comunicación entre ambos electrodos y el consiguiente cerrado del circuito y por tanto Ia señalización de que se ha superado el nivel de partículas metálicas en el fluido lubricante.
Este dispositivo se encuentra encerrado en una cámara a través de Ia cual se hace penetrar el liquido lubricante, pero cuyas condiciones no permiten reflejar el autentico estado de Ia maquinaria donde se destine este dispositivo.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La tendencia mundial en el campo del mantenimiento industrial es Ia de eliminar los mantenimientos preventivos sistemáticos y rutinarios que se realizan a periodicidades constantes, a favor de mantenimientos más científicos que, basados en Ia evolución de alguna variable determinante del estado de Ia máquina, permita anticiparse a los fallos con base en datos, en el análisis de dichos datos o con señales de alarma que permitan, anticipadamente, programar intervenciones preventivas adecuadas a cada máquina en concreto y a cada situación concreta de Ia misma.
Las grandes y costosas máquinas como son, cajas de transmisión, reductores ferroviarios, de molino y de otro tipo, multiplicadores de par, etc se encuentran obviamente dentro del marco de tendencia que nos ocupa.
Los diagnósticos predictivos en estas complejas máquinas se fundamentan en análisis de vibraciones o en análisis de aceites; métodos estos que han demostrado su viabilidad y eficacia en los últimos años y que se
¡mplementan por muy diversas empresas de diversas formas: en continuo, monitorizando estas variables permanentemente, analizando su estado aprovechando otras paradas, etc.
En cualquier caso, estos métodos, si bien muy eficaces, son económicamente caros cuando nos referimos a un parque de maquinaria muy numeroso o cuando el acceso a los mismos es dificultoso, por estar inaccesible, referirse a elementos en explotación y a veces en movimiento como ocurre con los reductores ferroviarios, etc.
Esta propuesta de patente trata de aportar un nuevo sistema que dé una situación de alarma previa al fallo catastrófico mediante Ia incorporación de una simple sensorización basada en las partículas metálicas que se producen previamente al fallo catastrófico en cualquiera de estas máquinas. A Ia postre el fundamento es el de una técnica predictiva conocida llamada ferrografía o espectrometría analítica, pero más simple y mucho menos costosa.
Cualquier problema grave en estas máquinas, tales como importantes desequilibrios, fallos en el engrase, deterioro de un diente de un engranaje, etc se exterioriza mediante un contacto anormal metal - metal que produce desgaste en Ia zonas en contacto y desprendimiento de virutas metálicas, normalmente de origen férrico. Salvo que Ia máquina tenga elementos derivados del cobre, plomo u otros minerales, estos deterioros son potencialmente diagnosticados mediante Ia técnica de Ia ferrografía que, basada en el análisis de partículas férricas existentes en una muestra de lubricante (cuantitativa y cualitativamente hablando) nos aporta un diagnóstico del estado y del grado de evolución del deterioro.
El dispositivo que preconiza Ia invención se constituye en un tapón, preferiblemente roscable sobre el deposito de lubricante de Ia maquinaria a controlar su desgaste, tapón que se pronuncia en un cuerpo alargado cuyo extremo se introducirá en el seno del fluido lubricante y por tanto tendrá Ia medida apropiada para desarrollarse entre Ia pared del deposito contenedor y el seno del fluido refrigerante. Este tapón constituirá uno de los polos del circuito eléctrico mientras que el otro polo Io constituirá una barra de imán o imantada que se introducirá concéntricamente en su interior, colocando entre ambos una pieza intermedia aislante en forma de caequillo cuyas dimensiones exteriores coincidirían con el hueco interior del tapón y cuyo diámetro interior coincidirá con el diámetro exterior de Ia barra de imán o material imantado que constituirá el otro polo e irán ambos aislados a través de Ia pieza aislante intermedia.
En consecuencia, el extremo de Ia barra imantada quedará libre y aislado de Io que es el cuerpo extremo del tapón. Cuando este dispositivo se introduce en el seno del fluido lubricante se produce Ia atracción de las partículas metálicas adhiriéndose a Ia barra central de imán creciendo su magnitud contra mas partículas son atraídas, llegando un momento en que Ia masa de partículas es tan elevada que llegan a tomar contacto con el propio cuerpo del tapón, momento en el cual se produce el cierre del circuito en el que se encuentran esos electrodos señalando el desgaste excesivo de los órganos mecánicos a controlar por Io que procede el recambio o reparación de los mismos.
Para aumentar Ia superficie de contacto entre ambos electrodos, es decir entre Ia barra de imán y el propio tapón, se pueden realizar ranuras u orificios en Ia superficie lateral del cuerpo del tapón, acompañados igualmente de ranuras u orificios en Ia pieza aislante intermedia, con Io que se consigue zonas en las que quedan al descubierto ambos electrodos y aislados convenientemente por Ia pieza intermedia aislante. Con esta medida se logrará una mayor efectividad del dispositivo al aumentar Ia superficie de acción de los electrodos y por tanto Ia mayor captura de las partículas metálicas férreas que pudiera incorporar el fluido lubricante que redundará en una mayor duración de los medios de filtraje y en consecuencia en una predicción altamente acertada y ajustada de los órganos mecánicos del aparato en cuestión.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Para complementar Ia descripción desarrollada y con objeto de una mejor comprensión de las características de Ia invención, y de acuerdo con una preferida realización de Ia invención se aportan como una parte integral de Ia descripción, pero no con carácter limitativo de Ia misma las siguientes figuras:
La figura 1 representa una vista seccionada a un cuarto de una forma preferida de tapón según Ia invención
La figura 2 representa una vista seccionada de Ia pieza aislante entre los electrodos que es inserta en el tapón tal y como se muestra en Ia figura 1
La figura 3 representa Ia barra de imán que constituye el electrodo y a la cual se adhieren las partículas ferromagnéticas procedentes del desgaste mecánico de los órganos a controlar
La figura 4 representa el dispositivo de Ia invención debidamente montado.
La figura 5 representa el montaje del dispositivo de Ia invención sobre el cárter de Ia máquina que se pretende controlar.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
En Ia figura 1 puede observarse una vista seccionada del dispositivo de Ia invención, dispositivo con forma de tapón (1) que se constituye básicamente por tres zonas, Ia zona extrema (2) que tomará contacto con el fluido lubricante y por tanto interactuará con el electrodo de imán o imantado colocado en el interior del tapón, una zona roscada (3) que se utilizará como unión al cuerpo del deposito o cárter donde se sujeta el mencionado tapón y una zona extrema (4) que puede adoptar forma hexagonal para apriete e introducción ajustada del citado tapón.
Entre ambas zonas (3) y (4), existe un anillo (5) que realiza de tope en Ia penetración del tapón sobre el soporte del cárter donde se incluye el tapón (1), tal y como se puede observar en Ia figura anexa 5.
El interior del tapón (1) dispone de un orificio pasante (6) en uno de cuyos extremos se intercala un casquillo de ajuste plástico (7). Diametralmente opuestos y sobre Ia zona extrema (2) se sitúan preferentemente cuatro ranuras
(8) que darían acceso al electrodo central o barra de imán (9) tal y como se puede perfectamente observar en Ia figura 3.
La figura 2 representa el cuerpo (10) a cuyo extremo se suelda terminal (11) que constituirá Ia alimentación eléctrica del electrodo, mientras que en su interior se realiza una oquedad (12) que alberga el electrodo de barra de imán (9). En este cuerpo (10) destacan en su zona extrema los orificios (13), dispuestos en este caso en cuatro hileras diametralmente opuestas y en coincidencia con las ranuras (8) del cuerpo del tapón (1 ).
La figura 4 representa el montaje del dispositivo de Ia invención, en cuya representación se observa como a través de las ranuras (8) se accede al cuerpo
(10) en el que destacan los tres orificios (13) a través de los cuales se observa Ia barra de imán (9) que constituye el cuerpo de electrodo.
La figura 5 muestra el montaje del cuerpo del tapón (1 ) como se introduce a través de orificio roscado en el interior del cárter (14) en cuyo seno se mantiene un nivel de fluido lubricante (15) cuyas características se pretende controlar. Se observa en esta figura como el extremo del tapón (1), mas concretamente Ia zona (2) se sumerge en el seno del fluido lubricante (15) para atraer las partículas ferromagnéticas que pudieran desprenderse de los órganos mecánicos incluidos en su interior.

Claims

REIVINDICACIONES
1a.- Detector para el diagnóstico predictivo de averías en reductores y cajas de transmisión de medias y altas potencias caracterizado por estar constituido por un electrodo envolvente o tapón (1) hueco en cuyo interior se acopla concéntricamente al mismo un segundo electrodo (9) formado por una barra de imán o imantada.
2a.- Detector para el diagnóstico predictivo de averías en reductores y cajas de transmisión de medias y altas potencias según Ia reivindicación 1 caracterizado porque el cuerpo del electrodo o tapón (1 ) se divide en varias zonas, una anterior (2) a través de Ia que es visible el electrodo interior (9) de barra de imán o imantado, y que se sumerge en el fluido lubricante a controlar, una zona roscada intermedia (3) para unión al deposito o cárter de Ia maquina y una tercera zona (4) de salida exterior de los contactos de los electrodos que incluye los medios de apriete del cuerpo del tapón sobre el deposito o cárter contenedor del fluido lubricante.
3a.- Detector para el diagnóstico predictivo de averías en reductores y cajas de transmisión de medias y altas potencias según Ia reivindicación 1 caracterizado porque el electrodo envolvente o tapón (1 ) dispone en su interior un caequillo plástico aislante (7) sobre cuyo diámetro interior encaja el electrodo de barra de imán o imantado (9)
4a.- Detector para el diagnóstico predictivo de averías en reductores y cajas de transmisión de medias y altas potencias según Ia reivindicación 1 , caracterizado porque el extremo del electrodo envolvente o tapón (1 ) que entra en contacto con el fluido lubricante cuyas características se pretenden controlar dispone de orificios o ranuras (8) que comunican con el interior hueco del citado tapón (1 ) y por tanto con el electrodo (9). 5a.- Detector para el diagnóstico predictivo de averías en reductores y cajas de transmisión de medias y altas potencias, según las reivindicaciones 1 y 4 caracterizado porque dispone de cuatro orificios o ranuras (8) diametralmente opuestas.
6a.- Detector para el diagnóstico predictivo de averías en reductores y cajas de transmisión de medias y altas potencias, según Ia reivindicación 1 caracterizado porque el electrodo de barra de imán o imantado (9) se introduce en un caequillo de fijación envolvente que incluye, orificios o ranuras por las que se muestra y actúa el electrodo de barra de imán o imantado (9).
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