Машина силовоспроизводящая первого разряда с диапазоном хранения и передачи единицы от 1 кн до 1000 кн с пределом допускаемых значений доверительных границ относительной суммарной погрешности 0,02%

Изобретение относится к рабочим эталонам единицы силы 1-го разряда (ГОСТ 8.640-2014). Машина состоит из нагружающего устройства, предназначенного для передачи единицы силы рабочим эталонам 2-го разряда (переносные динамометры) и рабочим средствам измерений (динамометры, силоизмерительные датчики) и системы измерения силы и управления нагружающим устройством. Нагружающее устройство машины включает: неподвижную раму, образованную основанием, неподвижной траверсой и двумя гладкими колоннами, жестко связанными с основанием и неподвижной траверсой; подвижную траверсу с установленным на ней «эталоном», расположенную между основанием и неподвижной траверсой; два червячно-винтовых редуктора, закрепленных в основании симметрично относительно центральной оси нагружающего устройства, связанных между собой крестообразной муфтой; серводвигатель, приводящий в движение через червячно-винтовые передачи подвижную траверсу с помощью шариковых винтов, сопрягаемых с гайками, закрепленными в корпусе подвижной траверсы; две шариковые втулки, закрепленные в корпусе подвижной траверсы, с помощью которых траверса направляется по колоннам неподвижной рамы; неподвижную рамку, образованную двумя колонками, жестко связанными с траверсой и основанием, расположенную по оси нагружающего устройства между ходовыми винтами под углом к горизонтальной оси основания; реверсорную рамку, образованную верхней и нижней траверсами, жестко связанными двумя колонками, проходящими через отверстия в подвижной траверсе мимо траверсы неподвижной рамки и находящуюся по оси нагружающего устройства в плоскости шариковых винтовых колонн таким образом, что между нижней траверсой реверсорной рамки и траверсой неподвижной рамки образуется зона сжатия, а между нижней траверсой реверсорной рамки и основанием машины - зона растяжения для помещения поверяемых «средств измерения». Система измерения включает вторичные приборы «эталона» и поверяемых «средств измерения». Система управления включает контроллер, управляющий скоростью вращения серводвигателя по заданной программе, а также в ручном режиме. Технический результат – упрощение конструкции. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Машина силовоспроизводящая первого разряда с диапазоном хранения и передачи единицы от 1 кН до 1000 кН с пределом допускаемых значений доверительных границ относительной суммарной погрешности 0,02%.

Изобретение относится к рабочим эталонам единицы силы 1 -го разряда (ГОСТ 8.640-2014), предназначенным для передачи единицы силы методом прямых измерений рабочим эталоном 2-го разряда (переносные динамометры) и рабочим средством измерений - динамометры, силоизмерительные датчики (далее «средства измерения»).

ГОСТ 8.640-2014 предусматривает по принципу действия следующие рабочие эталоны 1-го разряда с пределом диапазона хранения и передачи единицы до 1 МН и суммарной погрешностью 0,02%:

- установки непосредственного нагружения;

- силоумножающие установки и машины гидравлического или рычажного типа;

ГОСТ также допускает силовоспроизводящие машины, имеющие другие принципы действия. Заявляемая машина по принципу действия относится к машинам с сервомеханическим нагружением, т.е. к машинам с другими принципами действия (примечание к таблице 2 ГОСТ 8.640-2014).

Известна силовоспроизводящая машина гидравлического типа МОС-2-500/500К, соответствующая государственной поверочной схеме для средств измерения силы по ГОСТ 8.065-85 (аннулирован, заменен на ГОСТ 8.640-2014) и предназначенная для градуировки и поверки образцовых переносных динамометров 3-го разряда по ГОСТ 9500-84, рабочих динамометров и датчиков силы.

Эта машина по метрологическим характеристикам не соответствует рабочим эталонам 1-го разряда по ГОСТ 8.640-2014 и не может быть аналогом заявляемой машины.

Из известных силовоспроизводящих машин аналогом заявляемой машины могут быть машины МСВ-МГ4, выпускаемые Челябинским ООО «СКБ Стройприбор». Машины соответствуют требованиям ГОСТ 8.640-2014 к рабочим эталонам 1-го разряда.

Машина состоит из силовой рамы с нагружающим уплотненным гидроцилиндром, установленным на траверсе рамы, и шкафа управления. На поршне гидроцилиндра устанавливается сменный эталонный датчик силы, на котором свободно подвешивается четырехколонный реверсор. Машина снабжена двумя гидравлическими цилиндрами подъема и опускания реверсора для смены эталонного датчика силы.

Принцип действия машины основан на сравнении выходных сигналов эталонного датчика силы и поверяемого средства измерений при одновременном их нагружении одной и той же силой.

Зона растяжения расположена в нижней части рамы, зона сжатия - в средней. Высота пространства в зонах растяжения и сжатия не регулируется: для различных размеров поверяемых средств измерения используются проставки и переходники.

В шкафу управления размещены насосная установка, питающая нагружающий цилиндр через обратный клапан, и малый уплотненный гидроцилиндр, поршень которого приводится в движение с помощью электромеханического сервопривода. Рабочая полость малого гидроцилиндра соединена с рабочей полостью нагружающего гидроцилиндра напрямую.

Насосная установка служит для выборки зазоров и грубого нагружения, малый цилиндр - для точного регулируемого изменения нагрузки и ее поддержания с необходимой точностью.

Такое усложнение схемы нагружения обусловлено тем, что при суммарной погрешности 0,02% на машине, например, МСВ-500МГ4 с диапазоном воспроизводимой силы от 10 кН до 500 кН, необходимо обеспечить точность остановки и удержания силы на первой реперной точке в пределах 2 Н. Сервогидравлика с работающим насосом такую точность обеспечить не может.

Поэтому, подвод к реперной точке и удержание воспроизводимой силы с необходимой точностью осуществляет малый гидроцилиндр с помощью электромеханического сервопривода, перемещающего поршень малого гидроцилиндра при выключенной насосной установке.

Машина комплектуется вторичным преобразователем и программным обеспечением производства ООО «СКВ Стройприбор».

К недостаткам прототипа можно отнести отсутствие регулирования высоты рабочего пространства в зонах растяжения и сжатия, в связи с чем машина комплектуется набором проставок и переходников, и сложность системы управления - наличие двух нагружающих цилиндров и, соответственно, двух систем управления, а также двух гидроцилиндров подъема и опускания четырехколонного реверсора.

У заявляемой машины эти недостатки отсутствуют.

На прилагаемой схеме изображено нагружающее устройство заявляемой машины, которое включает следующие детали и узлы:

- два червячно-винтовых редуктора 1, закрепленных к нижней плоскости основания 2 симметрично относительно оси нагружающего устройства, связанных между собой муфтой 3, ходовые винты 4 которых приводятся во вращение серводвигателем 5 через червячные передачи 6;

- подвижную траверсу 7 с закрепленными в ней гайками 8, сопряженными с шариковыми ходовыми винтами 4, и шариковыми втулками 9, сопряженными с направляющими колоннами 10, жестко связанными с основанием 2 и неподвижной траверсой 11 с помощью гаек 12;

- реверсорную рамку, состоящую из верхней 13 и нижней 14 траверс, жестко связанных колонками 15 с помощью гаек 16 и образующую с основанием 2 зону поверяемых «средств измерения» растяжения;

- неподвижную рамку, состоящую из траверсы 17, жестко связанной с помощью колонок 18 и гаек 19 с основанием 2 и образующую с реверсорной рамкой зону поверяемых «средств измерения» сжатия;

- ограничители 20 реверсорной рамки, закрепленные на колонках 18 с помощью зажимов 21;

- планки 22, центрирующие реверсорную рамку в исходном положении;

- виброопоры 23 нагружающего устройства;

- сменный тензорезисторный датчик силы сжатия 24 («эталон»);

- поверяемое средство измерения 25.

Заявляемая машина работает следующим образом.

Передача единицы силы поверяемому «средству измерения» (рабочим эталонам 2-го разряда и др.) на машине осуществляется от тензометрического датчика силы сжатия 25 (далее «эталон») с пределом допускаемых значений доверительных границ относительной суммарной погрешности не более 0,02%, находящегося в одной силовой цепи с поверяемым «средством измерения». «Эталоны» - сменные. Предел измерения каждого сменного «эталона» соответствует пределу измерения поверяемого «средства измерения». «Эталон» устанавливается на подвижную траверсу 7 в пространство, образованное подвижной траверсой 7 и верхней траверсой 14 реверсорной рамки. В исходном положении реверсорная рамка опирается на ограничители 20, закрепленные на колонках 18 неподвижной рамки, при этом в зоне сжатия образуется максимальная высота рабочего пространства, в зоне растяжения - минимальная. Перемещение траверсы осуществляется с помощью серводвигателя 5 с большим диапазоном регулирования скоростей вращения (об/мин).

Серводвигатель 5 через червячные передачи 6, встроенные в редукторы 1, вращает шариковые ходовые винты 4, которые, взаимодействуя с гайками 8, закрепленными в корпусе траверсы 7, перемещают ее вверх-вниз.

При движении траверса направляется с помощью шариковых втулок 9 по гладким колоннам неподвижной рамы, образованной основанием 2, неподвижной траверсой Ни двумя колоннами 10, жестко скрепленными с ними гайками 12.

Порядок работы на машине.

1. Установка необходимой высоты рабочего пространства в зонах растяжения или сжатия для поверяемых «средств измерения» осуществляется на холостом ходу. Для этого подвижная траверса с установленным «эталоном» перемещается вверх до смыкания «эталона» с реверсорной рамкой, после чего реверсорная рамка перемещается вместе с подвижной траверсой 7, при этом высота рабочего пространства в зоне сжатия уменьшается, а в зоне растяжения - увеличивается.

2. Установка поверяемого «средства измерения» на машину. На прилагаемой схеме показан рабочий эталон 2-го разряда сжатия (переносной динамометр).

3. Перемещение траверсы 7 вверх на холостом ходу до смыкания поверяемого динамометра с неподвижной рамкой.

4. После смыкания начинается нагружение поверяемого динамометра и «эталона» на минимальных скоростях вращения серводвигателя 5 (рабочий ход) с остановками на реперных точках на прямом и обратном (при необходимости) ходах.

При остановках сверяются показания «эталона» и поверяемого средства измерения.

Сущность изобретения заключается в следующем:

1. Установочный и рабочий ход подвижной траверсы осуществляется от серводвигателя с большим диапазоном регулирования скоростей вращения (об/мин): установочный ход и выборка зазоров осуществляется на максимальных скоростях вращения, нагружение эталона и поверяемого «средства измерения» и поддержание нагрузки на реперных точках - на минимальных.

Эта часть изобретения по сравнению с аналогом особенно эффективна:

- регулируется высота рабочего пространства в зонах растяжения и сжатия - у аналога в зоне растяжения регулируется вручную с помощью винта, в зоне сжатия - не регулируется;

- отсутствие гидравлики - у аналога наряду с серводвигателем с механическим приводом присутствует насосная установка и два цилиндра;

- одна система управления вместо двух у аналога.

2. Реверсорная рамка фиксируется в исходном положении ограничителями, закрепленными на колонках неподвижной рамки.

У аналога реверсорная рама опирается на плунжеры двух цилиндров, с помощью которых рама поднимается и опускается при установке сменных эталонов.

Эта часть изобретения значительно упрощает конструкцию - отсутствие цилиндров и управляющей гидро- и электроаппаратуры.

1. Машина силовоспроизводящая первого разряда с диапазоном хранения и передачи единицы от 1 кН до 1000 кН с пределом допускаемых значений доверительных границ относительной суммарной погрешности 0,02%, включающая нагружающее устройство, содержащее основание и неподвижную траверсу, жестко связанные между собой двумя гладкими колоннами, по которым с помощью серводвигателя и двух червячно-винтовых передач перемещается подвижная траверса, неподвижную рамку, содержащую траверсу, жестко связанную с основанием двумя колонками, реверсорную рамку, содержащую верхнюю и нижнюю траверсу, жестко связанные двумя колонками, проходящими сквозь отверстия в подвижной траверсе, и образующую между нижней траверсой и основанием зону поверяемых «средств измерения» растяжения и между нижней траверсой и траверсой неподвижной рамки зону поверяемых «средств измерения» сжатия, сменный эталонный тензорезисторный датчик силы, устанавливаемый на подвижной траверсе и находящийся в одной силовой цепи с поверяемым «средством измерения», а также включающая систему управления и измерения, отличающаяся тем, что установочный и рабочий ход подвижной траверсы, а также удержание силы в реперных точках осуществляется с помощью серводвигателя с большим диапазоном скоростей вращения.

2. Машина силовоспроизводящая первого разряда по п. 1, отличающаяся тем, что исходное положение реверсорной рамки фиксируется с помощью ограничителей, закрепленных на колонках неподвижной рамки.