УСТАНОВКА СИЛОИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ОБРАЗЦОВАЯ Российский патент 2005 года по МПК G01L25/00 

Изобретение относится к силоизмерительной технике, а именно к образцовым средствам задания и измерения силы.

Известны рычажные, гидравлические грузопоршневые машины системы Жоховского и установки прямого нагружения типа УПН-10, УПН-30 на 10 и 30 тонн.

Возглавляет государственную поверочную схему на большие нагрузки установка прямого нагружения на 100 т (1000 кН), аттестованная как эталонная установка ЭУ-100, являющаяся Первичным Государственным эталоном и принадлежащая предприятию ВНИИМ им Д.И.Менделеева г.Санкт-Петербург. (B.C.Чаленко. Методы и средства измерения силы. Издательство стандартов, М., 1991 г., стр.51-52).

Признанными недостатками установки ЭУ-100 являются возможность затирания эталонных грузов, низкая производительность и большие динамические погрешности, возникающие вследствие раскачивания эталонных грузов большой массы. Кроме того, создание УПН на большие нагрузки технически затруднительно и экономически невыгодно (нецелесообразно).

Гидравлические образцовые силоизмерительные машины (ОСМ) фирмы "DARTEK" с наибольшими пределами измерения 2 и 5 МН (Н.С.Чаленко. Методы и средства измерения силы. Издательство стандартов, М., 1991 г., стр.51-52), а также ОСМ по патенту РФ №2122715, кл. G 01 L 25/00, 27.11.98 г. имеют большое трение в паре силового гидроцилиндра, что ограничивает достижение наивысшей точности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является "Образцовая силозадающая машина" (А.с. СССР №1719946, G 01 L 25/00, 15.03.92), содержащая неподвижную и подвижную силовые рамы. Неподвижная силовая рама включает основание, связанное вертикальными силовыми колоннами с верхней неподвижной траверсой, на которой расположено основное нагружающее устройство с установленным на нем образцовым силоизмерительным датчиком (динамометром сжатия). Подвижная силовая рама имеет вертикальные колонны, которые соединяют верхнюю подвижную траверсу, среднюю подвижную траверсу (выполняющую роль грузоприемной платформы) и нижнюю траверсу. Под нижней траверсой машины имеется набор образцовых гирь, опирающихся на дополнительное нагружающее устройство. Основное и дополнительное нагружающие устройства выполнены в виде гидроцилиндров с неуплотненными поршнями и герметично изолированными внутри них теплообменником и рабочим телом.

К недостаткам прототипа следует отнести дополнительные температурные погрешности образцового динамометра, возникающие вследствие его нагрева от основного нагружающего устройства. Кроме того, наличие набора образцовых гирь еще оправдывается при создании ОСМ на сравнительно небольшие нагрузки, например 10-20 тс. При создании машины с верхним пределом воспроизводимой силы 3 или 5 МН потребовались бы образцовые гири общей массой 30 или 50 тонн, что является практически неразрешимой проблемой по техническим и экономическим причинам.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание установки, обеспечивающей поверку и градуировку силоизмерительных (весоизмерительных) датчиков и динамометров с верхним пределом до 3 МН (300 т) и более с погрешностью порядка 0.1% и менее.

Сущность изобретения заключается в том, что разработана установка силоизмерительная гидравлическая образцовая, содержащая основание, связанное силовыми колоннами с верхней траверсой, основное нагружающее устройство, образцовый силоизмерительный датчик на большие нагрузки, грузоприемную платформу, соединенную силовыми штангами с нижней подвижной траверсой, а также дополнительное нагружающее устройство, выполненное аналогично основному нагружающему устройству в виде гидроцилиндра с неуплотненным поршнем. На основании последовательно расположены основное нагружающее устройство, образцовый силоизмерительный датчик на большие нагрузки, грузоприемная платформа для поверяемого силоизмерительного датчика, на нижней траверсе расположено дополнительное нагружающее устройство, внутри которого находится эталонный силоизмерительный датчик на малые нагрузки, отградуированный в одной или нескольких реперных точках на Первичном Государственном эталоне силы. Основное и дополнительное нагружающие устройства каждое выполнено в виде гидроцилиндра, в котором поршень отделен от основания цилиндра эластичной мембраной, и соединено посредством длинного гидропровода из отожженной меди с электротермогидравлической станцией, представляющей собой сосуд высокого давления с находящимися в нем рабочим телом, электронагревателем и теплообменником для быстрого охлаждения рабочего тела.

На чертеже показана схема установки.

Установка содержит верхнюю траверсу 1 и основание 2, скрепленные силовыми колоннами 3 при помощи гаек 4. Строго по центру верхней траверсы установлены силовая гайка 5 и винт 6. На основании установки, также по центру, расположено основное нагружающее устройство (силовозбудитель на большие нагрузки) 7, на поршень которого установлен образцовый силоизмерительный датчик 8.

Грузоприемная платформа 9, 10 опирается на силовводящую головку образцового датчика. Поверяемый датчик или динамометр 11 центрируется при помощи шпильки или шарика между грузоприемной платформой и силовым винтом 6. По краям платформы 10 ввинчены силовые штанги 12 в количестве 4-х штук, на концах которых закреплена нижняя подвижная траверса 13.

На данной траверсе по оси установки расположено дополнительное нагружающее устройство (силовозбудитель на малые нагрузки) 14, внутри которого находится эталонный силоизмерительный датчик 15 с силовводящей головкой, имеющей регулируемый зазор с основанием 2.

Основание установки опирается на регулируемые стойки 16, позволяющие устанавливать конструкцию по уровню. К силовозбудителям 7, 14 при помощи гидропроводов из отожженной меди подключены электротермогидравлические станции 17, 18 с автономными блоками управления (не показаны). Перед началом работы эталонный датчик 15 должен быть отградуирован на Первичном Государственном эталоне силы в одной из выбранных реперных точек, например 100, 200, 300 или 500 кН, в зависимости от того, на какую максимальную нагрузку рассчитана установка. При такой градуировке в одной точке достигается наивысшая точность порядка 0.002%, т.к. нелинейность и гистерезис не влияют на погрешность датчика. Стабильность показаний достигается принятыми режимами обжатия и тренировки датчика при сохранении условия стабильности окружающей температуры.

Установка работает в двух режимах следующим образом.

В первом, так называемом "рабочем", режиме осуществляется непосредственное сличение показаний поверяемого датчика (динамометра) 11 с показаниями образцового датчика 8. В этом режиме эталонный силоизмерительный датчик 15 не касается основания 2. От блока управления (не показан) подается напряжение на электронагреватели электротермогидравлической станции 17, происходит быстрый нагрев рабочего тела (трансформаторного масла), его объем увеличивается, поршень силовозбудителя 7 поднимается, силовводящая головка поверяемого датчика 11 упирается в силовой винт 6, при этом нагрузка (сила) плавно увеличивается. Скорость нагрева масла, а соответственно скорость нагружения могут задаваться и плавно регулироваться в очень широких пределах, практически от 0 до 25000 кгс/мин и более. В момент совпадения показаний образцового датчика 8 с его градуировочной характеристикой в реперных точках производится отсчет показаний с поверяемого датчика 11. Разгружение датчиков осуществляется уменьшением или выключением напряжения от нагревателя с блока управления. При необходимости увеличения скорости разгружения включается принудительное охлаждение электротермогидравлической станции 17. Максимальная скорость охлаждения также велика и достигает 30 тс/мин и более.

Во втором режиме "эталона" работы установки осуществляется одновременная градуировка образцового и поверяемого датчиков по показаниям эталонного датчика методом замещения эталонных нагрузок, задаваемых силовозбудителем 14, усилием (силой), воспроизводимой силовозбудителем 7 по показаниям образцового датчика 8.

В данном режиме включается в работу электротермогидравлическая станция 18. Поршень силовозбудителя 14 поднимается, силовводящая головка эталонного датчика 15 входит в контакт с основанием установки 2, нагрузка плавно увеличивается и по достижении величины, например 300 кН (˜30 тс) останавливается ("замораживается"). Эта эталонная нагрузка с погрешностью не более 0,002% через силовые тяги передается образцовому датчику 8, показания которого фиксируются. Далее эталонная нагрузка снимается до образования видимого зазора между основанием 2 и головкой датчика 15. Снимается нулевой отсчет с поверяемого датчика 11, силовой винт 6 выкручивается до упора. Включается в работу силовозбудитель 7 и нагружает поверяемый датчик 11 до первой реперной точки в 300 кН (˜30 тс). Показания поверяемого датчика фиксируются.

Затем снова прикладывают эталонную нагрузку в 300 кН, поддерживая неизменными показания поверяемого датчика. Фиксируют показания образцового датчика во второй реперной точке 600 кН и т.д., вплоть до 3000 кН (˜300 тс). Таким образом производится калибровка образцового датчика 8 и градуировка поверяемого датчика 11. При использовании в качестве образцового датчика датчиков типа С1 на 3000 кН с погрешностью порядка 0,1% фирмы НВМ (Германия) такую калибровку достаточно проводить один раз в квартал или за 6 месяцев. Результатом такой калибровки является повышение класса (категории) точности датчика как минимум в 3-5 раз.

Таким образом, предлагаемая установка на большие нагрузки обладает совокупностью преимуществ, позволяющих значительно улучшить технические и метрологические параметры образцовых силоизмерительных машин:

- исключается необходимость использования громоздких, тяжелых и дорогих образцовых гирь очень большой массы из нержавеющей и немагнитной стали;

- в гидроцилиндрах эластичная герметичная оболочка с находящимися внутри нее электронагревателем, теплообменником и рабочим телом, например трансформаторным маслом, заменены на тонкую, плоскую, эластичную мембрану, что позволяет отказаться от изготовления сложной пресс-формы, существенно упрощает и удешевляет изготовление силовозбудителя на большие нагрузки;

- эластичная разделительная мембрана также исключает утечку рабочего тела, и вместе с тем при малых перемещениях поршня ее влияние на погрешности задания нагрузки пренебрежимо мало;

- электротермогидравлическая станция (ЭТГС) с находящимися внутри нее нагревателем, теплообменником и рабочим телом отделена от силовозбудителя длинным гидропроводом из отожженной меди, что повышает точность измерений и исключает дополнительные температурные погрешности, влияющие на образцовый датчик;

- ЭТГС не содержит подвижных и изнашиваемых деталей, не требует обслуживания, обладает высокой надежностью в работе. Регулировкой напряжения, подаваемого на нагреватель гидравлической станции (ЭТГС), обеспечивается исключительно высокая плавность задания давления при сравнительно больших скоростях нагрева и охлаждения рабочего тела;

- использование прецизионного гидравлического силовозбудителя и эталонного силоизмерительного датчика на малые нагрузки позволяет получить индивидуальную градуировочную характеристику образцового датчика на большие нагрузки и существенно уменьшить его основную погрешность до величин порядка 0,02% и менее за счет исключения дополнительных погрешностей от нелинейности и гистерезиса образцового силоизмерительного датчика.

- гидравлический силовозбудитель выполнен с неуплотненной парой поршень-цилиндр, в которой зазор может составлять 0,1...0,2 мм, что практически при осевом нагружении исключает влияние трения на погрешности воспроизведения заданной нагрузки, поскольку отсутствуют контактирующие узлы и элементы с большим трением, присущие электромеханическому или гидравлическому силовому приводу известных образцовых силоизмерительных машин и установок, что существенно повышает надежность и ресурс ее работы;

- сочетание отличительных признаков силовозбудителей с неуплотненным поршнем и ЭТГС обеспечивает высочайшую плавность перемещения поршня, менее 1·10^-6 мм, при возможности достижения больших скоростей нагружения и их регулировки в очень широких пределах - от 0 до 25000 кгс/мин и более.

Сущность изобретения заключается в том, что разработана установка, содержащая основание, на котором последовательно расположены основное нагружающее устройство, образцовый силоизмерительный датчик на большие нагрузки, грузоприемная платформа для поверяемого силоизмерительного датчика, на нижней траверсе расположено дополнительное нагружающее устройство, внутри которого находится эталонный силоизмерительный датчик на малые нагрузки. Основное и дополнительное нагружающие устройства каждое выполнено в виде гидроцилиндра, в котором поршень отделен от основания цилиндра эластичной мембраной. Технический результат - повышение точности измерений, упрощение и удешевление устройства, обеспечивающего поверку и градуировку силоизмерительных (весоизмерительных) датчиков и динамометров с верхним пределом до 3 МН (300 т) и более, с погрешностью порядка 0,1% и менее. 1 ил.

Установка силоизмерительная гидравлическая образцовая, содержащая основание, связанное силовыми колоннами с верхней траверсой, основное нагружающее устройство, образцовый силоизмерительный датчик на большие нагрузки, грузоприемную платформу, соединенную силовыми штангами с нижней подвижной траверсой, а также дополнительное нагружающее устройство, выполненное аналогично основному нагружающему устройству в виде гидроцилиндра с неуплотненным поршнем, отличающаяся тем, что на основании последовательно расположены основное нагружающее устройство, образцовый силоизмерительный датчик на большие нагрузки, грузоприемная платформа для поверяемого силоизмерительного датчика, на нижней траверсе расположено дополнительное нагружающее устройство, внутри которого находится эталонный силоизмерительный датчик на малые нагрузки, отградуированный в одной или нескольких реперных точках на Первичном Государственном эталоне силы, а основное и дополнительное нагружающие устройства каждое выполнено в виде гидроцилиндра, в котором поршень отделен от основания цилиндра эластичной мембраной, и соединено посредством длинного гидропровода из отожженной меди с электро-термо-гидравлической станцией, представляющей из себя сосуд высокого давления с находящимися в нем рабочим телом, электронагревателем и теплообменником для быстрого охлаждения рабочего тела.