СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ПНЕВМОПРОБОЙНИКА Российский патент 1997 года по МПК E02F5/18 

Изобретение относится к испытаниям пневматических машин ударного действия. Его использование позволяет определить продолжительность рабочего и обратного ходов ударника, частоту и энергию удара, величину хода ударника.

При исследованиях эти параметры определяют различными способами. Продолжительность и ход ударника на участке прямого и обратного его ходов обычно определяют записью индикаторной диаграммы (зависимости давления сжатого воздуха от времени) рабочего цикла с последующими сложными и кропотливыми вычислениями /1/.

Известен стенд, включающий раму, на которой установлен узел крепления испытуемой машины, состоящей из эластичной обоймы, охватывающей корпус, зажимной крышки, блока энергопоглотителя, датчика скорости в виде якоря, соединенного одним концом с ударником испытуемой машины магнитной сцепкой из электромагнита с обмоткой возбуждения и ферромагнитным сердечником, и другим
с регистрирующим прибором /2/.

Недостатками рассматриваемого стенда являются: а) сложность замера, связанного с необходимой разборкой испытуемой машины; б) низкая точность определения энергии удара, связанная с заменой рабочей наковальни испытуемой машины на специальную наковальню, оснащенную датчиком скорости (разные наковальни по разному монтируются в корпусе из-за допусков на изготовление посадочных поверхностей), а также связанная с утечками сжатого воздуха из рабочих камер через посадочные зазоры между сердечником и наковальней; в) невозможность определения предударной скорости ударника реальной машины (без ее переделки). Последний недостаток приводит к тому, что известным стендом определяют предударную скорость ударника в лабораторных условиях только эталонных машин. Им невозможно определить параметры пневмопробойника, работающего в режиме реверсирования хода, т.к. в его хвостовой части расположен воздухораспределительный узел.

Известен стенд, содержащий станину с узлом крепления испытуемой машины, датчики, электрически связанные с измерительным приспособлением. Датчик выполнен в виде установленного с возможностью взаимодействия с корпусом испытуемого пневмопробойника и со станиной жесткого стержня-волновода. Он выполнен по меньшей мере из двух соединенных между собой частей, одна из которых имеет на торце выступ, а другая -гнездо для размещения выступа, при этом части стержня-волновода установлены с зазором между их торцами и с возможностью взаимодействия боковыми поверхностями выступа и гнезда, причем измерительное приспособление выполнено в виде регистра величины тока и усилителя, которые последовательно соединены с тензодатчиком /3/.

Этот стенд обеспечивает замер энергии удара пневмопробойника. Однако он не обеспечивает возможность определения момента удара по циклу, т. е. невозможно определить, произошел удар при максимальной скорости ударника или нет. Другим недостатком известного стенда является невозможность определения хода ударника и иных характеристик цикла пневмопробойника. Эти недостатки исключают возможность использовать известный стенд для исследовательских работ, т. е. для изучения рабочего цикла и нахождения максимальных (оптимальных) параметров пневмопробойников.

Наиболее близким по техническому эффекту является "Стенд для определения предударной скорости ударника пневмопробойника", содержащий станину с установленными в ней пневмопробойником, датчики контроля перемещения ударника, установленные на заданном расстоянии друг относительно друга, и блок регистрации, при этом датчики контроля перемещения ударника расположены в переделах рабочего хода ударника и выполнены в виде кольцевых многовитковых катушек, размещенных в охватывающих корпус пневмопробойника металлических кольцевых коробах, закрепленных на станине, причем на внутренней поверхности каждого из кольцевых коробов выполнена кольцевая щебь, а витки катушек расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси пневмопробойника /4/.

По предударной скорости ударника, являющейся одним из параметров пневмопробойника или любой иной ударной машины, определяют энергию удара (А mV²/2, где m масса ударника, V предударная скорость), а по времени между предударными скоростями двух соседних циклов определяют частоту ударов. Недостатком известной конструкции стенда является невозможность определения параметров рабочего цикла пневмопробойника в каждой точке или на каждом участке хода. Другим недостатком конструкции является необходимость использования большого типоразмера кольцевых катушек (по количеству типоразмеров пневмопробойников) и сложность их монтирования на корпус особенно мощных пневмопробойников. Следующий недостаток известной конструкции стенда пневмопробойника невысокая точность измерения, т.к. зазор между витками катушки и корпусом пневмопробойника не стабилен и зависит от типоразмера, точности изготовления катушки и внешней поверхности корпуса пневмопробойника.

Цель изобретения расширение технических возможностей путем измерения параметров пневмопробойника в любой момент рабочего цикла на прямом и обратном ходу ударника.

Это достигается за счет того, что в стенде для определения параметров рабочего цикла пневмопробойников, содержащем станину для закрепления испытуемого пневмопробойника, датчики контроля перемещения ударника, установленные на заданном расстоянии друг относительно друга, и блок регистрации временных интервалов, датчики выполнены в виде системы магнитных головок, причем расстояние между крайними магнитными головками превышает величину минимально возможного нерабочего перемещения ударника. Такое выполнение конструкции стенда позволяет определять параметры рабочего цикла пневмопробойника в режиме прямого и обратного хода ударника.

Целесообразно магнитные головки размещать на четырех участках, величина двух из которых соответствует величине максимально возможного нерабочего перемещения ударника, а двух других величине прямого и обратного рабочих ходов ударника. Такое выполнение конструкции стенда позволяет изучать процесс движения ударника на любом участке его хода и определять оптимальный момент нанесения удара по корпусу в режиме прямого и обратного его ходов.

Целесообразно на основании станины выполнять упоры, а магнитные головки размещать между упорами. Такое выполнение конструкции стенда обеспечивает постоянство зазоров между полюсами магнитного датчика, что, с одной стороны, повышает точность замеров, а с другой исключает поломку датчиков при монтаже испытуемого пневмопробойника в стенде.

На фиг. 1 показана конструкция стенда для определения параметров рабочего цикла пневмопробойников; на фиг. 2 конструкция стенда с четырьмя участками, на которых установлены датчики; на фиг. 3 установка магнитных головок относительно корпуса.

Пневмопробойник 1 домкратами 7 закрепляется на стенде, содержащем станину 2, жестко закрепленную к фундаменту (на чертежах не показан). В этом случае корпус 3 пневмопробойника становится элементом конструкции стенда. У цилиндрической поверхности корпуса 3 пневмопробойника 1 устанавливаются датчики в виде системы 4 магнитных головок 5. Они устанавливаются с зазором Δ относительно поверхности корпуса 3 пневмопробойника 1 (фиг. 3). Каждая из магнитных головок системы 4 соединена с блоком регистрации временных интервалов, усилителем, источником питания и записывающей аппаратурой. При этом между соседними системами магнитных головок 5, 5' (фиг. 3) расстояние l является мерным, т. е. зафиксированным и известной длины. Стенд может, кроме основной системы датчиков, иметь и дополнительные, расположенные вдоль движения ударника 6 в корпусе 3 пневмопробойника 1. На фиг. 1 показана основная и дополнительные системы датчиков, общая длина которых превышает габаритный ход X ударника 6. Возможно иное исполнение стенда, показанное на фиг. 2, когда имеется четыре участка, на которых производится индицирование: два (8, 9), размещенные в передней части корпуса испытуемого пневмопробойника, фиксирующие движение ударника 6 в режиме удара (прямой ход) и начало движения в режиме обратного хода; и два других участка (10, 11), размещенные в задней части стенда, фиксирующие работу пневмопробойника в момент удара (обратный ход) и начало движения при прямом ходе.

Для определения параметров необходимо закрепить испытуемый пневмопробойник 1 домкратом 7 в стенде 2, установить датчики (системы магнитных головок 5, 5') на расстоянии D от цилиндрической поверхности корпуса 3 испытуемого пневмопробойника 1 и подать сжатый воздух в последний. Ударник 6 пневмопробойника 1 начинает движение, при этом передний и задний торцы, подходя к магнитной головке 5, замыкают его полюса магнитным полем. Эксперименты на натурных образцах показали, что корпус 3 пневмопробойника 1 не является абсолютным экраном для магнитных волн. В итоге сигнал через усилитель передается на регистрирующую аппаратуру. При последующем движении ударника 6 сигнал снимается уже с другого датчика 5'. Учитывая, что расстояние между крайними датчиками известно, можно определить рабочий ход ударника 6 (рабочий ход ударника это максимальное его перемещение в установившемся режиме работы в отличие от габаритного хода, который соответствует максимальному его перемещению в нерабочем режиме. Габаритный ход больше рабочего для исключения подстукивания в режиме работы по противоположному торцу корпуса). Фиксируя время движения ударника на всех промежутках цикла, можно определить продолжительность прямого и обратного его ходов. Полагая, что на участке хода ударника длиной 1-2 мм до момента удара скорость V его постоянна, можно определить энергию удара по формуле А mV²/2. В принципе можно определить скорость движения ударника на любом участке рабочего цикла, т.к. известно расстояние между соседними датчиками (магнитными головками) 5, 5' и время прохождения сигналов. Таким образом можно исследовать процесс разгона ударника 6 и выявить, на каком участке происходит замедление ускорения. Особо необходимо отметить возможность определения габаритного хода ударника 6 и максимально развиваемую скорость. Первое необходимо для определения длины корпуса 3 (сейчас корпусы 3 изготавливаются с запасом по длине, т. к. не известен реальный габаритный ход ударника 6), а второе для определения максимальной энергии удара. Дело в том, что для возвращения ударника 6 в исходное положение, необходимо в камеру обратного хода подать сжатый воздух, при этом возникающая сила со стороны этой камеры, действующая на ударник 6, должна становиться максимальной при ударе. Если это произойдет раньше, то скорость ударника 6 перед ударом будет меньше и энергия удара занижена. С другой стороны, если очень поздно подать сжатый воздух в камеру обратного хода, то не будет использована энергия отскока, т. к. ухудшится коэффициент полезного действия и снизится частота ударов (обычно производительность пневмопробойников пропорциональна частоте ударов). Поэтому предлагаемый способ определения энергии удара позволяет на испытуемой машине определить, на сколько момент удара соответствует максимально достигнутой ударником 6 скорости движения. Существующие стенды позволяют определить энергию только удара, т. е. определить, с какой скоростью движется ударник перед ударом. Предлагаемый стенд позволяет определить тенденцию изменения скорости движения ударника 6, т.е. скорость его еще возрастает или уже падает. Используя участки рабочего хода 8, 9 и 10, 11, можно определить наиболее важные параметры пневмопробойника 1, т.е. энергию и частоту удара, габаритный ход, рабочий ход в режиме прямого и обратного движения устройства. Иными словами, уменьшив количество систем магнитных головок (датчиков) 5, 5', но расположив их у одного из краев (переднего или заднего) стенда, можно определить основные параметры машины. В этом случае необходимо сравнительно точное расположение испытуемого пневмопробойника в стенде 2. Можно увеличить количество систем магнитных датчиков 5, 5' и при этом не накладывать ограничения на точность установки испытуемого пневмопробойника 1 на стенде 2.

Для обеспечения большей надежности работы стенда целесообразно магнитные головки датчики 5, 5' устанавливать в нижней части стенда 2. В этом случае они упростят установку пневмопробойника в стенде 2. А при монтаже между ними упоров 12 (фиг. 2) обеспечивается постоянство зазора D между корпусом 3 пневмопробойника 1 и магнитными головками 5, 5'. Под действием силы тяжести испытуемого пневмопробойника 1 последний будет прилегать с постоянным усилием к упорам 12, а магнитные головки 5, 5' могут быть поставлены с любой точностью с зазором D относительно контактной поверхности упоров 12. При этом удобнее проводники, соединяющие магнитные головки 5 и 5' с усилителем, разместить в основании стенда.

На приведенной осциллограмме показаны сигналы с 4-х магнитных головок. Развертка 1,6 мс/g.

Применение предложенного стенда позволит определить параметры рабочего цикла пневмопробойников, не вскрывая его внутреннюю полость, что позволит (вместо существующего сейчас селективного контроля за качеством изготовленных машин) проводить контроль каждой машины. Кроме того, при проведении исследований рабочего цикла пневмопробойников можно упростить процесс определения их параметров.

Использование: испытания пневматических машин ударного действия. Сущность: стенд для определения параметров цикла пневмопробойника содержит станину для закрепления испытуемого пневмопробойника, датчики контроля перемещения ударника, установленные на заданном расстоянии друг относительно друга, и блок регистрации временных интервалов. Датчики выполнены в виде системы магнитных головок. Расстояние между крайними магнитными головками превышает величину максимально возможного нерабочего перемещения ударника. Магнитные головки могут быть размещены на четырех участках. На основании могут быть выполнены упоры, а магнитные головки размещены между этими упорами. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Стенд для определения параметров рабочего цикла пневмопробойника, содержащий станину для закрепления испытуемого пневмопробойника, датчики контроля перемещения ударника, установленные на заданном расстоянии друг относительно друга, и блок регистрации временных интервалов, отличающийся тем, что датчики выполнены в виде системы магнитных головок, причем расстояние между крайними магнитными головками превышает величину максимально возможного нерабочего перемещения ударника. 2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что магнитные головки размещены на четырех участках, величина двух из которых соответствует величине максимально возможного нерабочего перемещения ударника, а двух других величине прямого и обратного рабочих ходов ударника. 3. Стенд по пп.1 и 2, отличающийся тем, что на основании станины выполнены упоры, а магнитные головки размещены между этими упорами.