Устройство для измерения параметров машин ударно- вращательного действия

 

1. УСТРОЙСТЮ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ УДАРА МАШИН УДАРНОВРАЩАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ, содержащее установленный в корпусе с цилиндрической направляющей стакан с разме-щенной В нем наковальней, привод вращения наковальни,, силойзмерительный датчик и измерительную аппаратуру с регистраторам, отличаю ,щ е ее я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, силоизмерительный датчик выполнен В виде магнитоупругого датчика, наковальня - с цилиндрической направляющей , В которой магнитопровод датчика установлен жестко с электрическим контактом с ВОЗМОЖНОСТЬЮ вращения относительно его обмоток, стакан выполнен из изол1щионного материала , а измерительная аппаратура выполнена В виде двух датчиков Холла, трех усилителей постоянного тока и переключателя параметров, при этом I элемент Холла и измерительная рбI мотка первого датчика соединены электрически последовательно с наковальней и магнитопроводом, а выход этого датчика через первый усилитель соединен с входом переключателя параметров, с выходом которого соединен элемент Холла второго датчика , измерительная обмотка которого соединена через второй усилитель с измерительной обмоткой магнитоупругого датчика, а через третий усилитель элемент Холла второго датчика связан с приводом вращения наковальни . 2.Устройство пе п. 1, отличающееся тем, что элемент Холла второго датчика и переключаI тель параметров связаны с приводом вращения через введенный в измериО ) тельную аппаратуру магнитный барабан выполненный с возможностью варьирования частоты вращения и синхронного удаления записанных импульсов, при этом считывающие магнитные головки барабана подсоединены,к регистратору через в,веденные в устройство операционные усилители. 3.Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем,.что привод выполнен В виде конической передачи, один вал которой соединен с наковальней , а другойс вариатором обо .ротов магнитного барабана. 4.Устро)йс.тво по п. 1,- отличающееся тем, что В магнитопроводе выполнен паз для установки крешера.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (д) С 01 L 5/00

;I р

К

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3380627/18-10 (22) 08.01.82 (46) 15 ° 04.83. Бюл. Р 14 (72) Э.N. Кудинцев и Ю.A. Кадинцов (5 3) 531. 781 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 473915, кл. G 01 L 1/00, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 563582, кл. G 01 L 1/00, 1975 (прототип) . (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ HAPAMETPOB УДАРА. MAIIIHH УДАРНОВРАЩАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ, содержащее установленный в корпусе с цилиндрической направляющей стакан с разме-щенной в нем наковальней, привод вращения наковальни, силоизмерительный датчик и измерительную аппарату- . ру с регистратором, о т л и ч а ю.щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, силоизмерительный датчик выполнен в виде магнитоупругого датчика, на» ковальня — c цилиндрической направляющей, в которой магнитопровод датчика установлен жестко с электрическим контактом с возможностью вращения относительно его обмоток, стакан выполнен из изоляционного материала, а измерительная аппаратура выполнена в виде двух датчиков Холла, трех усилителей постоянного. тока и переключателя параметров, при этом

I элемент Холла и измерительная об мотка первого датчика соединены

usiSU аи . А.электрически последовательно с наковальней и магнитопроводом, а выход этого датчика через первый усилитель соединен с входом переключателя параметров, с выходом которого соединен элемент Холла второго датчика, измерительная обмотка которого соединена через второй усилитель с измерительной обмоткой магнитоупругого датчика, а через третий усилитель элемент Холла второго датчика связан с приводом вращения наковальни.

2. Устройство пе и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что элемент

Холла второго датчика и переключатель параметров связаны с приводом

Ф вращения через введенный в измерительную аппаратуру магнитный барабан, выполненный с возможностью варьирования частоты вращения и синхронного удаления записанных импульсов, при этом считывающие магнитные ro- Я ловки барабана подсоединены,к регистратору через введенные в устройство операционные усилители.

3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем,.что привод выполнен в виде конической передачи, один вал которой соединен с наковальней, а другой — с вариатором оборотов магнитного барабана.

4. Устрояство по и. 1; о т л ич а ю щ е е с я тем, что в магнитопроводе выполнен паз для установки крещера.

1012055

Изобретение относится к измерительной технике быстропротекаюцих .Физических процессов, в частности к измерению и регистрации параметров механического удара ударных систем, и может быть использовано для оптимизации проектирования машин ударного, ударно-вращательного и вращательно-ударного действия, применяемых.в различных отраслях промышленности. Кроме того, устройство может быть использовано в научно-исследовательской работе для изучения ударных процессов, происходящих в различных материалах ударной системы.

Известно устройство для измерения силы удара бурового инструмента, содержащее измерительную аппара"туру с датчиком, корпус с цилиндрической направляющей, в которой установлен стакан, контактирующий с датчиком и наковальней, размеценной в стакане с помощью подшипников; расположенных между ее наружной. поверхностью и внутренней поверхностью стакана (1).

Однако данное устройство имеет ограниченные функциональные возможности, Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения силы удара бурового инструмента, в котором в отличие от известного $1j содержится привод, выполненный в виде электродвигателя с ведущим шкивом, соединенным с ведомым шкивом, закрепленным на наковальне, для обеспечения вращения наковальии с той же скоростью,что и буровой инструмент12), Благодаря вращению наковальни известного устройства повышается точность измерения эа счет возможности учета силы трения при ударе, но функциональные возможности устройства, а именно измерение силы и моцности удара в месте контакта, деформации и ее скорости при ударе, контактных напряжений при ударе, ударных соударений, времени соударения и средних величин удара, ограничены.

2О

25 барабана.

4О В магнитопроводе выполнен паз для

45 на Фиг. 2 — идеальные функции параметров ударного процесса во времени, где а -с(— ; д — Й -скорость деФормации, 4 - о - -ударное ускорение, 2. — P — -сила удара, д — E.— энергия ударного импульса.,  — Е -мощность ударного импульса.

Устройство содержит машину 1 ударно-врацательного действия, магнитопровод 2 магнитоупругого датчика с питающей обмоткой 3 и измерительной обмоткой 4, испытуемый образец или крешер 5 ударной системы, наковальню б, стакан 7, подшипники 8 и 9, корпус 10 с цилиндрической направляющей, электродвигатель 11, изолирующую

60 съемную шестерню 12, соединенную валом с наковальней б и с конической шестерней вариатора, состоящего из двух конусов 13, механически связанных упругими роликами 14, сидя65 шими на одном валу с воэможйостью

Пелью изобретения является расширение функциональных. возможностей.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения параметров удара машин ударно-вращательного действия, содержащем установленный в корпусе с цилиндрической направляющей стакан с размещенной в ньм наковальней, привод вращения наковальни,.силоиэмерительный датчик и измерительную аппаратуру с регистратором, силоизмерительный датчик выполнен в аиде магнитоупругого датчика, наковальня - с цилиндрической направляющей, в которой магнитопровод датчика установлен жестко с электрическим контактом с возможностью вращения относительно его обмоток, стакан выполнен из изоляционного материала, а измерительная аппаратура выполнена в виде двух датчиков Холла, трех усилителей постоянного тока и переключателя параметров, при этом =-лемент Холла

1О и измерительная обмотка первого датчика соединены электрически последовательно с наковальней и магнитопроводом, .а выход этого датчика через первый усилитель соединен. с входом переключателя параметров, с выходом которого соединен элемент Холла второго датчика, измери- . тельная обмотка которого соединена через второй усилитель с измерительной обмоткой магнитоупругого датчика, а через третий усилитель элемент

Холла второго датчика связан с приводом вращения наковальни.

Кроме того, элемент Холла второго датчика и переключатель параметров связаны с приводом вращения через введенный в измерительную аппаратуру магнитный барабан, выполненный с возможностью варьирования частоты вращения и синхронного удаления записанных импульсов, при этом считывающие магнитные головки барабана подсоединены к регистратору через введенные в устройство операционные усилители.

Причем привод выполнен в виде конической передачи, один вал которой соединен с наковальней, а другойс вариатором оборотов магнитного установки крешера.

На фиг. 1 изображено устройство для измерения параметров удара машин ударно-вращательного действия, 1012055 их перемещения по образующим конусов рукоятками 15, магнитный барабан 16 с с гдловками 17 записи, стирания 18 .и считывания 19, дифференциальноинтегральные операционные усилители

20 с выходом через переключатель параметров 21 на осциллограф 22, генератор синхронного удаленйя записи ударных импульсов 23, управляемого через переключатель 24 сигналами,. . снимаемыми с усилителей 25 и 26 пос- 10 тоянного тока, два датчика Холла, соа тоящих из измерительных обмоток 27 и

28, магнитопроводов 29 и 30, элемен.тов Холла 31 и 32 соответственно, переключатель 33 параметров, усилитель постоянного тока 34 с элементрм обратной связи 35, источники 36 стабилизированного питания, подшипник скольжения 37 машины 1, который имеет возможность пропускать. через себя ток на массу.от ударно-вращательной штанги 38 во время ее соприкосновения с магнитопроводом 2 магнитоупругого датчика, коллектор 39 подвода .тока к контакту при ударе, кронштейн 40 для закрепления машины

1 ударно-вращательного действия фиксаторами 41, кран 42 энергоносителя, энергоисточник 43 (гидронасос, компрессор, электрогенератор), строботахометр 44. Потенциометры К, К 30 служат для симметрирования выводов элементов Холла, сопротивления Я5, 84 являются делителями напряжения.

Режим измерения энергии и мощности ударного импульса производится при 35 левом положении переключателя 33.

При включении крана 42 энергии от энергоисточника 43 поступает в.машину ударно-вращательного действия, штанга 38 которой.-HaHocRT удары по 40 крешеру или испытуемому образцу 5, при этом передается импульс силы удара к магнитопроводу 2 датчика, а с измерительной обмотки 4 .датчика ударный импульс силы поступает на обмотку 28 датчика Холла через усили- 45 тель постоянного тока 34.

Одновременно с этим ток от источника 36 при ударе пойдет по элемен-. ту Холла 31, обмотку 27 датчика Холла, коллектор 39, наковальню 6, маг- 50 нитопровод 2, образец (крешер) 5, штангу 38, подшипник скольжения 37, на массу машины 1 (и массу устройст- i ва в целом}.

Ввиду того, что обмотка 27 вклю- 55 чена с элементом Холла 31 последовательно, выходное напряжение, снимае-, мое с этого элемента на усилитель

25 постоянного тока, равно

3 Vil 0 4Л Q+K%/

О.„= -- — = 4, -С а, (1) (3}

С,О,Р=Coî =Ñ, И =С. dE r e — ударная мощность

Ж

- мгновенное значение силы удара, - мгновенная деформация, Со - постоянная произведения коэффициентов.

С выхода усилителя 26 постоянного тока снимается напряжение с3Е . 0 =КСо у > где Ц д. — напряжение источника 36 ,питания; 65

1 удельная проводимость образца 5, - толщина пластины элемента

Холла, — постоянная Холла, Я вЂ” число витков обмотки датчика Холла, 9 — площадь сечения магнито-, провода датчика .Холла, С - произведение постоянных величин, d -. изменяющийся диаметр пятна контакта.

Это напряжение поступает на усилитель 26, с выхода которого снимается напряжение, прямо пропорциональное деформации «при ударе - aL

0д,= — а =М, Щ .. (2}

С з, где g. - радиус индентора (радиус полусферы штанги 38).

Это напряжение 9, поступает на элемент Холла 32, с, выхода которого поступает напряжение на усилитель:26.

3а Ü Q Wg Од,5 2

1(2 где К вЂ” коэффициент усиления уси- лителя 26.

Это напряжение поступает íà записывающую магнитную головку 17 магнитного барабана 16 и считывается одной из головок 19 с подачей импульса.на осциллограф 22 через переключатель параметров 21, при этом барабан 16 должен вращаться с определенной скоростью. для измерения средней энергии удара р 4Е,у -е . . (,) необходимо проинтегрировать выражение (4), для чего переключатели 24 и

33 ставятся в среднее положение одновременно,(для этого они "выполнены сдвоенными), один из операционных усилителей 20 переводится в реЪсим интегрирования, а магнитный барабан переводится с помощью рукояток 15 в режим медленного вращения.

1012055 (9)50

В среднем положении переключателей 24 и 33 головки 17 и 18 отключены и на магнитной дорожке циклически повторяется один и тот же (одиночный ) импульс. Дополнительное его растяжение по времени можно осуществить уменьшением напряжения питания электродвигателя 11. При этом все элементы схемы (фиг. 1) за исключением магнитного барабана 16 с операционными. усилителями,20 в работе не участвуют. 10

Строботахометр 44 служит для установки синхронизма вращения магнитопровода 2 датчика, наковальни б и штанги 38 изменением напряжения питания электродвигателя 11, 15

В режиме изменения силы удара, деформации при ударе их производных и средних значений переключатель 33 ставится в левое положение, а переключатель 24 — произвольно, при этом магнитопровод 2 и контактная часть магнитоупругого датчика связаны обмотками 28 и 27 каждого датчика

Холла независимо друг от друга и с элементов 32 и 31 снимаются ударные импульсы, пропорциональные силе уда- ра и деформации, а именно: (» = - -<=c s=c, xp 0 =

С 2.ЪА р, р Р : 9 где — постоянный коэффициент; у»

P и ндукция в магии топроводе

30, пропорциональная си-. ле Р, ток s элементе Холла, пропорциональный нацряжению источника 36 питания.

С усилителей 26 и 25 сигналы (6) и (7 ) попадают на магнитные головки

17 и далее работа магнитного барабана 16 и ойерационных усилителей 20 происходит аналогично описанному. В 40 случае работы операционных усилителей 20 в режиме дифференцирования сигналов ударных импульсов имеем на экране осциллографа следующиезависимости: 45 сП4. (И

-д -= К, - скорость деформации,(8) — -=К вЂ "р — скорость измене60 ния силы

В случае интегрирования ударных импульсов операционными усилителямк 20 имеем на экране следующие зависимости: (10 ) р dP

- сР= < П - =КрР С, (11) где à — время соударения — определяется на экране осциллографа с учетом скорости вращения барабана и скорости вращения штанги 38.

Контактные напряжения. определяются по закону Гука с учетом зависимостей (10) и (11).

В режиме измерения параметров у а-. ра машнн ударного действия вращен з магнитопровода 2 датчика и наковальни б исключается путем вывода капроновой шестерни 12 из .зацепления с сопряженной шестерней конической передачи путем, например, поднятия шестерни 12 вверх по валу, который она приводит во вращение, и вывода ее из шлицевого зацепления с ним. В остальном работа устройства происходит аналогично описанному.

В случае испытания образца 5 неметаллического происхождения работа контактной части датчика исключается. В этом случае возможны измерения ударных импульсов йЕ р 3Р Р гср.,» д > ср

Наличие новых элементов и связей в предлагаемом устройстве значительно расширяет его функциональ-. ные возможности, а также повышает точность измерения за счет определения истинных параметров удара машин ударно-вращательного действия

:в месте контакта, 1012055

1012055 д

° И%(Составитель В. Курбатова

Редактор М. Бандура Техред A. Бабинец Корректор A. Дзятко

Заказ 2747/50 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ ГосуДарственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, М .-35, Раумская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4