СИЛОНАГРУЖАЮЩЕЕ, ВЕСОСИЛОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2005 года по МПК G01L1/02 G01L25/00 

Изобретение относится к силоизмерительной и весоизмерительной технике и может быть использовано при создании прецизионных силонагружающих и весосилоизмерительных устройств, например, образцовых силозадающих машин, предназначенных для градуировки, поверки весосилоизмерительных датчиков и динамометров, устройств для безгирной поверки весов, а также рабочих средств измерений и крановых весов и т.п.

Известные гидравлические силовозбудители с уплотненной парой поршень-цилиндр, например (Патент РФ №2122715, кл. G 01 L 25/00, 27.11.98 г., Машина гидравлическая силоизмерительная образцовая), обладают следующими недостатками: большое трение в паре поршень -цилиндр, что существенно снижает точность и плавность задания нагрузки, приводит к износу уплотнительных колец и утечке рабочего тела (масла) в процессе длительной эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является силонагружающее устройство, содержащее силовозбудитель с неуплотненным поршнем, отделенный от основания гидроцилиндра эластичной мембраной, и гидравлическую (электротермогидравлическую) станцию (Патент РФ №2082133, кл. G 01 L 25/00, 20.06.97 г.). Данное устройство типа "домкрат" может создавать только усилия сжатия. Для создания усилий растяжения необходимо использовать "реверсор", что значительно усложняет и утяжеляет конструкцию, ограничивает область практического применения, а также не позволяет создавать одновременно усилия сжатия и растяжения.

Задачей, на решение которой направлено предполагаемое изобретение, является создание силонагружающего устройства, обеспечивающего одновременное создание усилий растяжения - сжатия, улучшение конструкции за счет сокращения веса и трудоемкости его изготовления, обладающего возможностью измерения усилий растяжения, что значительно расширяет область практического применения устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что в силонагружающем устройстве, содержащем гидроцилиндр с неуплотненным поршнем, отделенным от основания гидроцилиндра эластичной мембраной, гидравлическую станцию и манометр, поршень и мембрана выполнены в форме кольца, а цилиндр имеет толстостенные малую и большую гильзы, которые вкручены в основание цилиндра с усилием, обеспечивающим уплотнение мембраны, при этом поршень имеет полусферическую поверхность, на которую опирается грузоприемная платформа с силовой шпилькой, а для измерения усилий растяжения основание цилиндра вкручивается в корпус силовозбудителя, снабженного также силовой шпилькой.

В сравнении с прототипом заявляемое изобретение обладает следующими новыми признаками:

- поршень, эластичная мембрана и основание гидроцилиндра выполнены в форме кольца, что позволяет по оси кольца пропустить силовую шпильку, вкрученную в грузоприемную платформу;

- цилиндр имеет малую и большую гильзы, которые вкручены в основание цилиндра с усилием, обеспечивающим уплотнение мембраны;

- поршень имеет полусферическую поверхность, на которую опирается грузоприемная платформа с силовой шпилькой, обеспечивающий уменьшение погрешностей от силоввода;

- основание цилиндра может вкручиваться в корпус силовозбудителя с силовой шпилькой.

Автору не известны устройства, в которых использована совокупность новых признаков заявляемого изобретения для использования в силонагружающем устройстве.

На чертеже показана схема предлагаемого силонагружающего, весосилоизмерительного устройства. Устройство содержит: 1 - основание цилиндра, 2 - малая толстостенная гильза, 3 - большая толстостенная гильза, 4 - поршень, 5 - мембрана, выполненные в форме кольца.

На полусферическую поверхность поршня опирается грузоприемная платформа - 6 с вкрученной в ее центр силовой шпилькой - 7. Через штуцер - 8 и гидропривод - 9 к основанию цилиндра подключены гидравлическая (электротермогидравлическая) станция - 10. Вместо гидравлической станции при создании более простых и, соответственно, менее точных силонагружающих устройств могут быть использованы специализированные гидравлические насосы с ручным приводом. Давление, возникающее в трубопроводе и действующее на поршень силовозбудителя - 4, измеряется образцовым манометром - 11, отградуированным непосредственно в единицах измеряемой величины силы или массы.

Устройство работает следующим образом.

На электронагреватель гидравлической станции - 10 подается напряжение питания от регулируемого источника напряжения (не показаны), происходит достаточно быстрый нагрев гидравлической жидкости (масла), увеличивается его объем и давление, которое измеряется образцовым манометром - 11. Через эластичную мембрану - 5 давление передается на неуплотненный поршень - 4, и вызывает его вертикальное перемещение и, соответственно, перемещение грузоприемной платформы - 6 с силовой шпилькой - 7, вкрученной строго по оси платформы. При установке такого силовозбудителя на силовую раму силозадающей машины образуется сразу две зоны: верхняя - зона сжатия и нижняя - зона, в которую устанавливаются весосилоизмерительные датчики и динамометры, работающие на растяжение. Сила F, развиваемая силонагружающим устройством, определяется площадью поршня и давлением масла в гидропроводе. По достижению заданного уровня нагрузки (силы F) напряжение питания электронагревателя станции - 10 уменьшают до уровня, необходимого для компенсации тепловых потерь, при этом нагрузка может поддерживаться неограниченно долго по показаниям манометра - 11.

Основная погрешность воспроизведения и поддержания заданной силы определяется только метрологическими параметрами манометра. Так, при использовании стрелочных образцовых манометров 111-го разряда погрешность измерения составляет около 0,5%, при использовании отечественных манометров с цифровым отсчетом основная погрешность составляет 0,1-0,25%. При использовании прецизионных манометрических датчиков и сответствующей цифровой измерительной аппаратуры погрешность измерения может быть доведена до величин порядка 0,05% и менее. Для достижения наивысшей точности (0,02 - 0,01%) задания и измерения силы, необходимо в силовую цепь вводить силоизмерительный датчик импортного производства и использовать его индивидуальную градуированную характеристику.

При необходимости уменьшения силы напряжение питания электронагревателя уменьшают или отключают его полностью. Для повышения скорости охлаждения гидравлической станции включают принудительное воздушное или водяное охлаждение. Скорость нагружения очень плавно регулируется в широком диапазоне: 0-5000 кгс/мин при воздушном и 0-25000 кгс/мин при водяном охлаждении. Дискретность перемещения поршня силонагружающего устройства чрезвычайно высокая, равная чувствительности цифрового измерительного прибора и составляет менее 1·10^-6 мм. Рабочий ход поршня превышает 10 мм. Инерционность гидравлической станции не более 0,1-0,2 сек, что позволяет автоматизировать процессы задания и поддержания заданного уровня нагрузки и обработку результатов поверки датчиков и динамометров.

При поверке динамометров и весосилоизмерительных датчиков с погрешностью до 0,1% вместо гидравлической станции может быть использован специализированный гидравлический насос малой производительности с ручным приводом (не показан).

В случае необходимости создания усилий растяжения, например, при поверке крановых весов, основание цилиндра - 1 вкручивается до упора в корпус устройства - 12 с силовой шпилькой - 7.

При измерении растягивающих усилий или в случае использования устройства в качестве крановых весов "осадка" поршня, когда в гидросистеме нет воздуха, составляет не более 0,01мм. Толщина слоя гидравлической жидкости равна 2-3 мм, поэтому гидравлическая станция - 10 или насос из гидравлической системы исключается. Штуцер манометра - 11 имеет стандартную резьбу, поэтому можно легко заменить манометр на другой с любым пределом измерения избыточного давления. Например, при площади поршня 10 см² и давлении 10 кгс/см² номинальный предел измерения составляет 100 кгс (~1кН), при давлении 250 кгс/см² увеличивается до 2,5 те (~25 кН). При площади поршня 100 см² предел измерения увеличивается в 10 раз и составляет соответственно 1тс и 25 те (10 Кн и 250 кН). Заменой манометра обеспечивается измерение или задание нагрузки с заданной точностью в широком диапозоне измерения.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает совокупностью новых признаков, позволяющих значительно улучшить конструкцию устройства:

- исключается необходимость использования громоздкого и тяжелого реверсора, что ведет к уменьшению веса и увеличению надежности в работе;

- отсутствие уплотнителя в цилиндре уменьшает трудоемкость изготовления и увеличивает надежность герметизации силовозбудителя;

- полусферическая поверхность поршня, на которую опирается грузоприемная платформа с силовой шпилькой, обеспечивает уменьшение погрешностей от силоввода;

- устройство может обеспечивать одновременное создание зоны сжатия и растяжения.

Совокупность указанных преимуществ позволяет создавать или измерять усилия растяжения - сжатия в широком диапазоне пределов измерения, что существенно расширяет область практического применения устройства.

Изобретение относится к силоизмерительной технике, и может быть использовано при создании прецензионных силонагружающих и весосило-измерительных устройств, например, образцовых силозадающих машин, рабочих средств измерений и крановых весов. Силонагружающее устройство содержит гидроцилиндр с неуплотненным поршнем, отделенный от основания гидроцилиндра эластичной мембраной, гидравлическую станцию и манометр. Поршень, мембрана и основание цилиндра выполнены в форме кольца. Цилиндр имеет толстостенные малую и большую гильзы, которые вкручены в основание цилиндра с усилием. Поршень имеет полусферическую поверхность, на которую опирается грузоприемная платформа с силовой шпилькой. Для измерения или создания усилий растяжения основание цилиндра вкручивается в корпус силовозбудителя, снабженный также силовой шпилькой. Технический результат заключается в возможности одновременного создания усилий растяжения и сжатия, снижении веса и трудоемкости изготовления, возможности измерения усилий растяжения. 1 ил.

Силонагружающее, весосилоизмерительное устройство, содержащее гидроцилиндр с неуплотненным поршнем, отделенный от основания гидроцилиндра эластичной мембраной, гидравлическую станцию и манометр, отличающееся тем, что поршень, мембрана и основание цилиндра выполнены в форме кольца, а цилиндр имеет толстостенные малую и большую гильзы, которые вкручены в основание цилиндра с усилием, при этом поршень имеет полусферическую поверхность, на которую опирается грузоприемная платформа с силовой шпилькой, а для измерения или создания усилий растяжения основание цилиндра вкручивается в корпус силовозбудителя, снабженный также силовой шпилькой.