Бесконтактная система мониторинга неисправностей ременных передач магниточувствительным датчиком

Рассматриваются проблемы, связанные с неисправностями в ременных передачах, предложена система бесконтактного мониторинга их состояния на основе ферромодуляционных чувствительных сенсоров. Исследованы ключевые факторы возникновения отказов в ременных передачах, включая изменение длины ремня, его износ и проскальзывание, усталостные деформации, а также изменение физико-механических характеристик материала ремня. Отмечены недостатки традиционных способов мониторинга, в частности, потребность в останове оборудования для замеров, восприимчивость к загрязнениям и недостаточная информативность получаемых данных. В качестве решения предложена система непрерывного и бесконтактного мониторинга, основанная на использовании комплекса ферромодуляционных чувствительных сенсоров: двух сенсоров для мониторинга движения ремня и двух дополнительных сенсоров, установленных в зоне расположения шкивов. Это позволяет не только вычислять абсолютное удлинение ремня бесконтактным способом, но и диагностировать такие критические явления, как проскальзывание ремня относительно шкивов и неравномерность нагрузки. Предложенная математическая модель дает возможность рассчитывать мгновенную скорость движения ремня и его абсолютное удлинение с высокой точностью, анализируя временные задержки между срабатываниями датчиков. Описана аппаратная часть системы, включая устройство сенсорных узлов и принципы обработки сигналов. Важными достоинствами разработки являются способность функционировать в условиях значительных электромагнитных помех и переменных нагрузок, а также непрерывный и бесконтактный мониторинг неисправностей ременных передач. 

1. Никатина И. Н., Ефанов С. А. Ременные передачи // XLVIII Огарёвские чтения: матер. науч. конф. Саранск, 06–13 декабря 2019 г. В 3 ч. Ч. 1. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2020. С. 515–518.

2. Заббаров А. Н., Камалов И. Ф., Рукавишников В. А. Актуальность и перспективы развития ременных передач // Приборостроение и автоматизированный электропривод в ТЭК и ЖКХ: матер. IX Нац. науч.-практ. конф. Казань: КГЭУ, 2024. С. 496–498.

3. Игнатович Д. А., Герасимов А. А. Совершенствование методики испытаний ременных передач // Инновационные технологии в науке и образовании: сб. науч. тр. XI Междунар. науч.-практ. конф. Ростов-на-Дону: ДГТУ-ПРИНТ, 2023. С. 176–179.

4. Szczypiński-Sala W., Dobaj K., Kot A. Frictional problems in continuously variable transmission belt drives // Tribologia. 2017. N 5. P. 93–100.

5. Бахолдин А. М., Шахов С. В., Зорин М. И., Жариков А. В. Натяжное устройство для ременных и цепных передач // Научное обозрение. Педагогические науки. 2019. № 3–4. С. 12–15.

6. Мудров А. Г., Золотцев Ю. К. Исследование клиноременной передачи // Техника и технология транспорта. 2019. № 3(14). С. 4.

7. Abrate S. Vibrations of belts and belt drives // Mechanism and Machine Theory. 1992. Vol. 27, N 6. P. 645–659.

8. Сабанчиев Х. Х. Шум и вибрация в зубчато-ременных передачах // Изв. Северо-Кавказского научного центра высшей школы. Технические науки. 1981. № 2. С. 56–59.

9. Feng X., Shangguan W.-B., Deng J. et al. Modelling of the rotational vibrations of the engine front-end accessory drive system // Proc. of the Institution of Mechanical Engineers. Part D: Journal of Automobile Engineering. 2017. Vol. 231, N 13. P. 1780–1795.

10. Галаджев Р. С. Исследование особенностей деформаций клиновых ремней // Передаточные механизмы. М.: Машиностроение, 1966. С. 24–27.

11. Мартынов В. К. Разработка теории, методов расчета и проектирования современных передач трением гибкой связью: дис. … д-ра техн. наук. Тула, 2004. 293 с.

12. Куликов И. М., Синявский И. М. Повышение КПД ременных передач // Успехи современного естествознания. 2011. № 7. С. 137–138.

13. Патент РФ № 2014146408/28. Устройство для контроля натяжения приводных ремней / А. В. Стручков, А. А. Климов, Т. Т. Ереско, И. А. Грошева. Опубл. 10.08.2015.

14. Галаджев Р. С., Игнатенко Ю. А. Применение электротензометрических методов при экспериментальных исследованиях клиноременных передач и вариаторов // Передаточные механизмы. М.: Машиностроение, 1971. С. 81–88.

15. Пат. РФ 99118848/28. Ременная передача с датчиками информационно-энергетического состояния / А. Н. Марти, Г. М. Водяник. Опубл. 10.07.2001.

16. Wei S., Liao X., Zhang H., Pang J., Zhou Y. Recent Progress of Fluxgate Magnetic Sensors: Basic Research and Application // Sensors. 2021. Vol. 21. Р. 1500.

17. Wang H., Chen S., Zhang S., Yuan Z., Zhang H., Fang D., Zhu J. A high-performance portable transient electromagnetic sensor for unexploded ordnance detection // Sensors. 2017. Vol. 17. Р. 2651.

18. Никольский В. В. Теория электромагнитного поля. 4-е изд. М.: Едиториал УРСС, 2020. 400 с.

19. Безкоровайный В. С., Ливцов Ю. В., Яковенко В. В., Шатова Н. А. Разработка математической модели образования выходного сигнала феррозонда при однополярном импульсном возбуждении // Вестник РГРТУ. 2019. № 70. С. 190–197.

20. Афанасьев Ю. В. Феррозондовые приборы. Л.: Энергоатомиздат, 1986. 186 с.

21. Стародубцев Ю. Н., Белозеров В. Я. Аморфные и нанокристаллические сплавы для измерительных преобразователей // Компоненты и технологии. 2008. № 1. С. 45–49.

22. Yamamoto S., Matsushita F. Optimization of core geometry in fluxgate sensors for improved sensitivity // IEEE Transactions on Magnetics. 2022. Vol. 58, N 2. Art. no. 4000205.

23. Lee J., Kim T.-H. Advanced winding techniques for fluxgate sensors with nanocrystalline cores // Journal of Electrical Engineering & Technology. 2023. Vol. 18, N 1. P. 543–550.

24. Choudhury P., Kumar R., Singh S. Power Loss Optimization in a Flat Belt Drive // Advances in Manufacturing Technology. Computational Materials Processing and Characterization. 2022. P. 121–133.