Устройство для измерения сопротивления сверлению



Устройство для измерения сопротивления сверлению
Устройство для измерения сопротивления сверлению

 


Владельцы патента RU 2515343:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный технологический университет" (RU)

Изобретение относится к устройствам для исследования или анализа свойств материалов путем определения величины сопротивления их просверливанию (плотности) и может быть использовано для определения физико-механических характеристик древесины растущих деревьев, пиломатериалов, деревянных строительных конструкций различного назначения и т.п. Устройство состоит из бурового сверла, каретки, установленной на направляющих и приводимой в движение винтовой передачей, ограничителей смещения бурового сверла в поперечном направлении, измерительных датчиков тока, устройства обработки и передачи данных энергосиловых параметров электрического двигателя на электронную вычислительную машину. Вращение и подача бурового сверла осуществляются одним электрическим двигателем постоянного тока, установленным неподвижно на раме устройства. Крутящий момент от электрического двигателя передается через зубчатую передачу на ходовой вал квадратной формы в поперечном сечении, затем через зубчатую передачу, установленную на каретке устройства, буровому сверлу. Движение каретки по направляющим и ходовому валу, а также подача бурового сверла осуществляются через автоматический вариатор, например клиноременный или его эквивалент, входной вал которого соединен с электрическим двигателем, а выходной через редуктор с винтовой передачей. Ограничители смещения бурового сверла в поперечном направлении соединены последовательно друг с другом, рамой и кареткой гибкими тросами. Технический результат: повышение точности измерения величины сопротивления просверливанию (плотности) исследуемых материалов, снижение износа режущей части бурового сверла и повышение надежности привода, узлов и конструкции устройства в целом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для исследования или анализа свойств материалов путем определения величины сопротивления их просверливанию (плотности) и может быть использовано для определения физико-механических характеристик древесины растущих деревьев, пиломатериалов, деревянных строительных конструкций различного назначения и т.п.

Известно устройство для измерения сопротивления сверлению, включающее два раздельных электрических привода на подачу и вращение бурового сверла, каретку и винтовую передачу. Величина сопротивления сверлению определяется с помощью датчика тока и/или датчика скорости вращения бурового сверла и/или угла поворота электрического двигателя, а также устройства сбора данных и электронную вычислительную машину [1].

Недостатками прототипа является то, что раздельный привод подачи и вращения бурового сверла не осуществляет изменения скорости подачи при увеличении сопротивления сверлению и нагрузки на электрический привод вращения бурового сверла. В этом случае возможно смещение траектории поступательного движения бурового сверла, например, при просверливании более плотных материалов или их участков, например, таких как сучки в древесине. При этом повышается износ режущей части бурового сверла и увеличивается нагрузка на электрический двигатель его вращения, что снижает точность измерений и надежность устройства.

Известно устройство для измерения сопротивления сверлению, включающее электрический ручной инструмент, осуществляющий привод на подачу и вращение бурового сверла, планетарный механизм самописца для записи исследуемого параметра на бумажный носитель, продольные направляющие перемещения бурового сверла [2].

Эта конструкция устройства для измерения сопротивления сверлению взята нами за прототип.

Недостатком устройства является то, что единый привод от электрического ручного инструмента не обеспечивает необходимого диапазона варьирования скорости подачи в зависимости от изменения сопротивления сверлению под действием нагрузки. При этом существующее изменение скорости подачи при повышении нагрузки на буровом сверле не учитывается, что снижает точность измерений. Сложность конструкции устройства снижает его надежность.

Техническим результатом является повышение точности измерения величины сопротивления просверливанию (плотности) исследуемых материалов, снижение износа режущей части бурового сверла и повышение надежности привода, узлов и конструкции устройства в целом.

Технический результат достигается тем, что вращение и подача бурового сверла осуществляются одним электрическим двигателем, например, постоянного тока, установленным неподвижно на раме устройства; крутящий момент от электрического двигателя передается через передачу, например, зубчатую на ходовой вал, например, квадратной формы в поперечном сечении, затем через передачу, например, зубчатую, установленную на каретке устройства, буровому сверлу; движение каретки по направляющим и ходовому валу, а также подача бурового сверла осуществляются через автоматический вариатор, например, клиноременный или его эквивалент, входной вал которого соединен с электрическим двигателем, а выходной через редуктор с винтовой передачей; ограничители смещения бурового сверла в поперечном направлении соединены последовательно друг с другом, рамой и кареткой гибкими связующими элементами, например, тросами. Определение частоты вращения винтовой передачи и скорости подачи бурового сверла соответственно, производится датчиком частоты вращения, например на эффекте Холла.

На фиг.1 представлена кинематическая схема устройства для измерения сопротивления сверлению; на фиг.2 конструкция устройства для измерения сопротивления сверлению без кожуха, вид слева.

Устройство для измерения сопротивления сверлению состоит из:

электрического двигателя 1, например, постоянного тока, осуществляющего вращение и подачу бурового сверла 2; рамы устройства 3, с закрепленным на ней неподвижно электрическим двигателем 1; передачи 4, например, зубчатой и автоматического вариатора 5, например, клиноременного или его эквивалента, расположенных на валу электрического двигателя 1; ходового вала 6, например прямоугольной формы в поперечном сечении; винтовой передачи 7, соединенной с редуктором Вис выходным валом автоматического вариатора 5; каретки 9 с передачей 10, например зубчатой, приводимых в движение через винтовой вал 7; ограничителей смещения бурового сверла 11, осуществляющих движение по направляющим 12, которые соединены последовательно друг с другом, передней крышкой 13 и кареткой 9 гибкими связующими элементами, например, тросами 14; датчиков частоты вращения винтовой передачи 15 и тока 16, потребляемого электрическим двигателем 1, например, на эффекте Холла; опоры 17.

Устройство работает следующим образом:

Первоначально буровое сверло 2 неподвижно и находится внутри корпуса устройства для измерения сопротивления сверлению. Устройство подводится к исследуемому материалу, например, к древесине и незначительно углубляется в него опорой 17. Опора 17 смонтирована на передней крышке 13 устройства и выполнена в форме конусной трубки, служащей для сбора стружки. После позиционирования устройства относительно исследуемого материала оператор включает электрический двигатель 1, который питается, например, от аккумулятора. Крутящий момент от электрического двигателя 1 через передачу 4, например, зубчатую, передается ходовому валу 6, например, квадратной формы в поперечном сечении, и через передачу 10, например, зубчатую передается на буровое сверло 2, которое начинает вращаться.

Одновременно, с началом вращения бурового сверла 2, крутящий момент от электрического двигателя 1 через автоматический вариатор 5, например, клиноременный и редуктор 8 передается на винтовую передачу 7, осуществляя ее вращение и подачу каретки 9. Каретка 9 начинает перемещаться по направляющим 12 и ходовому валу 6 осуществляя подачу бурового сверла 2. Ограничители смещения бурового сверла в поперечном направлении 11 также осуществляют движение по направляющим 12 в процессе перемещений каретки, так как соединены последовательно друг с другом, передней крышкой 13 и кареткой 9 гибкими связующими элементами, например, тросами 14.

Во время просверливания более плотных материалов или их участков, например, таких как сучки в древесине, и возрастании сопротивления сверлению происходит увеличение потребляемого тока электрическим двигателем 1 и снижение частоты вращения его выходного вала. При снижении частоты вращения вала электрического двигателя.1 автоматический вариатор 5, например, клиноременный, плавно увеличивает передаточное число и, соответственно, снижает частоту вращения своего выходного вала. При этом через редуктор 8 снижается частота вращения винтовой передачи 7 и происходит снижение скорости подачи каретки 9 и бурового сверла 2.

Обратный процесс осуществляется также автоматически - при повышении частоты вращения выходного вала электрического двигателя 1 осуществляется увеличение скорости подачи каретки 9 и бурового сверла 2 до максимальных значений холостого режима (без нагрузки) работы устройства.

Определение свойств исследуемого материала (сопротивления сверлению, плотности) осуществляется с использованием датчика тока 16, потребляемого электрическим двигателем 1 и датчика частоты вращения 15 винтовой передачи 7, например, на эффекте Холла. Сигналы с датчиков поступают на устройство сбора данных, например, аналого-цифровой преобразователь, далее на электронную вычислительную машину, где производится их обработка, преобразование, отображение и хранение. Ввиду автоматически изменяемой скорости подачи бурового сверла в процессе сверления и на основании предварительных экспериментальных исследований взаимодействия величины скорости подачи бурового сверла и тока, потребляемого электрическим двигателем 1, на электронной вычислительно машине осуществляется математическое преобразование величины тока с целью определения реального значения мощности на сверление и свойств исследуемого материала.

Возможно использование вместо или совместно с датчиком тока 16, потребляемого электрическим двигателем 1 датчика частоты вращения выходного вала электрического двигателя 1, так как при увеличении нагрузки и величины потребляемого тока при сверлении происходит снижение частоты вращения выходного вала электрического двигателя 1.

Изменение направления перемещения катерки 9 и бурового сверла 2 осуществляется, например, реверсом электрического двигателя 1 путем изменения полярности напряжения на якоре или обмотке возбуждения в случае использования двигателей постоянного тока. В режиме реверса каретка 9 с буровым сверлом 2 совершают обратное движение подачи и вместе с ограничителями смещения бурового сверла 11 принимают первоначальное положение в устройстве.

Использование предлагаемого изобретения позволяет добиться повышения точности измерения величины сопротивления просверливанию (плотности) исследуемых материалов, снижения износа режущей части бурового сверла и повышения надежности привода, узлов и конструкции устройства в целом.

Используемые источники

1. Устройство для измерения сопротивления сверлению: пат 2448811 Рос. Федерация: МПК6 G01N 3/40 / Шарапов Е.С., Чернов В.Ю., Чернов Ю.В. - №2010145313/28; заявл. 08.11.2010; опубл. 27.04.2012.

2. Bore resistance measuring apparatus including a drive unit and an attachment for a drill and or driving mechanism: 6290437 B1. United States patent: B23В 41/00 Claus M. Leimersheim, Erich H. Wiesloch; appl. no. 421904; filed Oct, 20, 1999; patented Sep.18, 2001.

1. Устройство для измерения сопротивления сверлению, состоящее из бурового сверла, каретки, установленной на направляющих и приводимой в движение винтовой передачей, ограничителей смещения бурового сверла в поперечном направлении, измерительных устройств, например датчиков тока, устройства обработки и передачи данных энергосиловых параметров электрического двигателя на электронную вычислительную машину, отличающееся тем, что вращение и подача бурового сверла осуществляются одним электрическим двигателем, например, постоянного тока, установленным неподвижно на раме устройства; крутящий момент от электрического двигателя передается через передачу, например зубчатую на ходовой вал, например, квадратной формы в поперечном сечении, затем через передачу, например, зубчатую, установленную на каретке устройства, буровому сверлу; движение каретки по направляющим и ходовому валу, а также подача бурового сверла осуществляется через автоматический вариатор, например клиноременный или его эквивалент, входной вал которого соединен с электрическим двигателем, а выходной через редуктор с винтовой передачей; ограничители смещения бурового сверла в поперечном направлении соединены последовательно друг с другом, рамой и кареткой гибкими связующими элементами, например тросами.

2. Устройство для измерения сопротивления сверлению по п.1, отличающееся тем, что для определения частоты вращения винтовой передачи и скорости подачи бурового сверла соответственно используется датчик частоты вращения, например на эффекте Холла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для исследования или анализа свойств материалов. Устройство измерения сопротивления сверлению, состоящее из электрического двигателя привода вращения бурового сверла; каретки, установленной на направляющих и приводимой в движение от электрического двигателя привода подачи, например, постоянного тока через винтовую передачу; ограничителей смещения бурового сверла в поперечном направлении.

Изобретение относится к области металлообрабатывающей промышленности и может быть использовано для определения износа режущего инструмента станков с ЧПУ, функционирующих в условиях автоматизированного производства.

Изобретение относится к алмазно-абразивной обработке и может быть использовано для определения функции распределения вершин абразивных зерен в поверхностном слое шлифовального круга после его правки.

Изобретение относится к технике измерений сопротивлений грунтов и снежно-ледяных образований резанию. .

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано при изучении процесса стружкообразования пластичных материалов. .

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации.

Изобретение относится к области машиностроения и касается прогнозирования и контроля износостойкости твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов.

Изобретение относится к области машиностроения и касается прогнозирования и контроля износостойкости твердосплавных (группа Р) режущих инструментов. .

Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано для бесконтактного определения температуры в зоне резания при механической обработке.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для изучения деформированного состояния обрабатываемого материала в зоне пластического деформирования при механической обработке с помощью делительных сеток. Сущность: осуществляют нанесение системы координатных меток на поверхности образца с помощью прижима к этой поверхности инструмента, твердость которого превышает твердость материала детали. В качестве инструмента используют клише с острыми выступающими элементами, имеющими форму четырехгранных пирамид, образующими заданную систему координатных (реперных) точек, являющихся точками пересечения плоскости исследуемого образца с гранями индентора. Образованные углубления заполняют нетвердеющей люминесцентной краской, сохраняющей свои свойства при пластическом деформировании, после чего производят механическую обработку образца, а затем измеряют параметры измененного рисунка сетки, по которым вычисляют параметры пластического деформирования. Технический результат: повышение качества картины поля деформации и увеличение точности измерения параметров пластического деформирования материала образца за счет более точного определения расположения меток сетки. 3 ил.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано для определения режущей способности абразивно-алмазного инструмента с однослойным алмазно-гальваническим покрытием (АГП). Инструмент устанавливают на плоскости стола электронного микроскопа и определяют оптическим методом количество алмазных зерен на участке АГП заданной площади. После чего определяют процентную концентрацию алмазов по приведенной зависимости, по которой оценивают режущую способность инструмента. В результате обеспечивается способность сохранения геометрической точности образующей рабочей поверхности инструмента. 3 табл.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования-контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации. Сущность: проводят испытания на изменение величины исходного параметра от свойств поверхностной и приповерхностной структуры, сформированной в процессе изготовления твердосплавного режущего материала. Проводят эталонные испытания на износостойкость в процессе резания материалов, вызывающие интенсивный диффузионный износ при оптимальной или близкой к ней скорости резания. Строят эталонную - корреляционную зависимость «износостойкость - исходный параметр». Осуществляют статистический контроль только величины исходного параметра у текущей партии твердосплавных режущих инструментов. Прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных режущих инструментов осуществляют на основании зависимости. В качестве исходного параметра используют величину концентрации водорода, содержащегося в поверхностной и в приповерхностной структуре твердого сплава, с увеличением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р возрастает. Технический результат: повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к измерительной технике и касается, в частности, определения силы, необходимой для обработки резанием металлов и сплавов. Сущность: стандартную экспериментальную кривую упрочнения перестраивают в координаты «напряжение (σ) - истинная относительная деформация (ε)», максимальным значением деформации εв предопределяют предельно возможное значение коэффициента усадки стружки K, как lnK=εв, а расчет предельно возможной величины силы резания вычисляют по уравнению Р=σв t s К/sinθ, затем ведут пробную резку, измеряют параметры для вычисления фактического коэффициента К усадки стружки, по нему определяют угол θ и по исходному уравнению находят фактическую величину силы резания. Технический результат: повышение точности расчета и существенный рост производительности за счет сокращения технико-экономических затрат на его реализацию. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации. Сущность: проводят испытание на изменение величины исходного параметра от свойств структуры, сформированной в процессе изготовления твердосплавного режущего материала. Проводят эталонные испытания на износостойкость в процессе резания материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ при оптимальной или близкой к ней скорости резания. Строят эталонную - корреляционную зависимость «исходный параметр - износостойкость». Осуществляют статистический контроль только величины исходного параметра у текущей партии твердосплавных режущих инструментов, а прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных режущих инструментов проводят на основании зависимости. В качестве исходного параметра используют величину концентрации водорода, содержащегося во внутренней структуре твердого сплава, с увеличением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов, группы применяемости Р, возрастает. Технический результат - повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и касается прогнозирования и контроля износостойкости твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов по содержанию водорода в поверхностной и приповерхностной структуре. Отличительная особенность способа прогнозирования износостойкости твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов заключается в тесной корреляционной связи между свойствами твердых сплавов группы применяемости К аккумулировать водород поверхностью и приповерхностной структурой и их износостойкостью. С уменьшением способности структуры твердосплавных режущих инструментов к аккумулированию водорода их износостойкость возрастает. Технический результат − повышение точности прогнозирования износостойкости. 2 ил.

Изобретение относится к области испытания материалов и может использоваться при испытании алмазной кольцевой коронки для колонкового бурения. Сущность: на корпусе коронки формируют одинаковые пары алмазосодержащих режущих секторов, расположенные по окружности корпуса коронки под углом 180° друг к другу, причем высота каждой пары секторов убывает по ходу вращения буровой коронки. Осуществляют бурение плоской поверхности горной породы под постоянной нагрузкой и с постоянной скоростью вращения алмазного инструмента с заранее сформированными режущими алмазосодержащими секторами. Определяют скорость бурения при достижении заданной величины износа по времени изменения спектра колебаний и определяют пригодность матрицы алмазного инструмента. Достижение заданной глубины бурения определяют по времени изменения спектра колебаний, обусловленных контактом меньшей по высоте пары режущих секторов поверхности обрабатываемой породы. Технический результат: получение за короткий промежуток времени достоверной информации о пригодности матрицы алмазной коронки для бурения конкретной горной породы. 2 ил.

Использование: для тестирования истинной прочности или жесткости твердых или сверхтвердых компонентов, используя акустическую эмиссию. Сущность изобретения заключается в том, что устройство тестирования на основе акустической эмиссии содержит тестируемый образец, включающий твердую поверхность, акустический датчик, индентор, соединенный с твердой поверхностью, и нагрузку. Нагрузка прикладывается к индентору, который передает нагрузку на твердую поверхность. Нагрузку повышают до пиковой нагрузки, выдерживают в течение определенного времени и затем понижают. Акустический датчик соединен с возможностью передачи данных с тестируемым образцом и детектирует одно или более акустических событий, возникающих в тестируемом образце. Система тестирования на основе акустической эмиссии включает в себя блок записи данных, соединенный с устройством тестирования. Блок записи данных записывает данные из устройства тестирования. На основе принятых данных объективно определяется жесткость образца, и по жесткости образец может быть расположен в определенном порядке по отношению к другим образцам. Технический результат: повышение точности тестирования жесткости на основе акустической эмиссии. 3 н. и 25 з.п. ф-лы, 23 ил.

Устройство и способ исследования образцов горной породы, основанные на явлении акустической эмиссии. Для осуществления исследования образца горной породы заявленным способом исследуемый образец помещается в заявленное устройство, содержащее в своей конструкции камеру повышенного давления и один или более акустических датчиков, присоединяемых к исследуемому образцу горной породы, с возможностью передачи сигналов. Камера включает в себя первую камеру, давление в которой поднимают до первого заданного значения давления, и вторую камеру, давление в которой поднимают до второго заданного значения давления. Образец горной породы помещают в камеру повышенного давления таким образом, чтобы на первый участок образца оказывало действие первое давление, а на второй участок образца оказывало действие второе давление. Второе давление повышают до порогового значения, выдерживают образец при пороговом значении давления определенный период времени и затем понижают давление. Акустические датчики детектируют одно или более акустических событий, происходящих в образце горной породы. В некоторых вариантах осуществления устройство выполнено с возможностью определения пространственного местоположения и направления распространения одного или более акустических событий. Система включает в себя устройство исследования образца, соединенное с устройством записи информации об акустических событиях. Технический результат: увеличение точности получаемых результатов при измерении жесткости твердых или сверхтвердых материалов. 3 н. и 31 з.п. ф-лы, 27 ил.

Использование: для определения ударной вязкости испытуемого образца. Сущность изобретения заключается в том, что собирают акустические данные от акустического датчика с помощью средства сбора акустических данных при приложении к испытуемому образцу нагрузки, при этом указанный акустический датчик связан с испытуемым образцом; определяют одну или более фоновых точек с помощью средства определения фоновых точек; определяют одну или более точек возможного акустического события с помощью средства определения точек возможного акустического события; интерполируют кривую характеристики фонового шума с использованием фоновых точек с помощью средства интерполяции кривой характеристики фонового шума; определяют одну или более точек фактического акустического события с использованием точек возможного акустического события и кривой характеристики фонового шума с помощью средства определения точек фактического акустического события; и вычисляют площадь акустического события, заключенную между точкой фактического акустического события и кривой характеристики фонового шума с помощью средства вычисления площади фактического акустического события. Технический результат: обеспечение возможности определения фактической прочности и ударной вязкости твердых и сверхтвердых компонентов с использованием акустической эмиссии. 3 н. и 28 з.п. ф-лы, 23 ил.
Наверх