УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ СВЕРЛЕНИЮ Российский патент 2012 года по МПК B23B25/06 G01N3/40 

Изобретение относится к устройствам для исследования или анализа материалов путем определения их твердости и может быть использовано для определения физико-механических характеристик растущих деревьев, пиломатериалов, деревянных строительных конструкций и т.п.

Известно устройство для измерения сопротивления сверлению, включающее электрический ручной инструмент, осуществляющий единый привод на подачу и вращение бурового сверла, планетарный механизм для записи исследуемого параметра на бумажный носитель, а также продольные направляющие перемещения бурового сверла [1].

Недостатком устройства является то, что единый привод на подачу и вращение бурового сверла не позволяет получать достоверные значения величин мощности, расходуемой на резание, и, соответственно, физико-механических характеристик исследуемого материала.

Известно устройство для измерения сопротивления сверлению, включающее два раздельных привода на подачу и вращение бурового сверла, механизм ограничения смещения бурового сверла. Величина сопротивления сверлению определяется с помощью датчиков тока [2].

Недостатками устройства является то, что датчики тока не дают точные характеристики величины сопротивления сверлению.

Известно устройство для измерения сопротивления сверлению, включающее два раздельных привода на подачу и вращение бурового сверла, телескопический механизм ограничения смещения бурового сверла, находящиеся в корпусе. Устройство комплектуется отдельным блоком для электропитания приводов, записи и распечатки результатов измерений [3].

Эта конструкция устройства для измерения сопротивления сверлению взята за прототип.

Недостатками устройства являются: сложность конструкции, снижающая его надежность и ремонтопригодность, большой вес и габариты.

Предлагаемое изобретение позволяет решить задачи: повышения точности измерения физико-механических характеристик исследуемого материала сверлением, возможности анализа данных процесса сверления без использования ЭВМ, повышения надежности, ремонтопригодности и снижения веса устройства.

Это достигается тем, что привод вращения бурового сверла закреплен посредством подшипников в каретке с возможностью свободного вращения относительно оси вала ротора; каретка установлена на салазках и резьбовом валу, осуществляя подачу и обратное движение бурового сверла вдоль его оси; корпус привода вращения бурового сверла соединен с кареткой нагрузочной пружиной, а величина сопротивления сверлению определяется с помощью датчика угла поворота привода вращения бурового сверла относительно оси вала его ротора. Возможно определение величины сопротивления сверлению с помощью самописца, установленного жестко на корпусе привода вращения бурового сверла. Возможно определение величины сопротивления сверлению относительно скорости вращения бурового сверла и/или резьбового вала, например, с помощью датчиков скорости вращения. Хвостовик бурового сверла имеет тонкую проточку в виде небольшого углубления, выполненного по винтовой линии на всю его длину.

На фиг.1 представлена конструкция устройства для измерения сопротивления сверлению, вид сбоку; на фиг.2 - конструкция устройства для измерения сопротивления сверлению, вид спереди без опорной крышки; на фиг.3 - конструкция устройства для измерения сопротивления сверлению в трехмерном изображении; на фиг.4 - внешний вид устройства.

Устройство для измерения сопротивления сверлению состоит из:

электрического привода вращения бурового сверла 1, закрепленного подвижно во втулках 2 кронштейна 3 с возможностью вращения вокруг оси своего вала ротора; мотор-редуктора привода подачи 4, закрепленного с помощью хомута 5 в раме 6; кронштейнов 3, закрепленных жестко на опорно-направляющей каретке 7, перемещающейся поступательно по резьбовому валу 8 на салазках 9; ограничителей перемещения бурового сверла в радиальном направлении 10, оснащенных вставками из антифрикционного материала 11; при этом ограничители перемещения бурового сверла в радиальном направлении 10 соединены между собой, а также приводом вращения сверла 1 упругими связующими элементами 12, закрепленными в зажимах 13; ограничители перемещения 10 установлены на салазках 9, перемещающихся по опорно-направляющим рейкам 14; резьбового вала 8, установленного подвижно в подшипниках 15, 16; датчика угла поворота 17, смонтированного на кронштейне 3; датчиков скорости вращения 18 и 19, смонтированных на кронштейне 3 и установочной раме 20 соответственно; зубчатого колеса 21, установленного на валу мотор-редуктора привода подачи 4 и находящегося в зацеплении с зубчатым колесом 22, установленным на резьбовом валу 8; зубчатого колеса 23, закрепленного на муфте 24 соединения бурового сверла 25 с электрическим приводом вращения бурового сверла 1; самописца 26, закрепленного неподвижно на корпусе привода вращения бурового сверла 1, при этом корпус привода вращения бурового сверла 1 соединен с опорно-направляющей кареткой 7 посредством нагрузочной пружины 27; рукоятки устройства 28, соединенной с рамой устройства и снабженной переключателем скорости 29 и выключателем 30; аккумулятора 31 и опорных шипов 32, установленных на задней и передней крышках устройства соответственно; подшипника 33, смонтированного в передней крышке устройства и являющегося опорой бурового сверла 25; на корпусе устройства установлены пластины 34 крепления направляющего ролика 35 и катушка с лентой 36, вращающаяся в опорах 37 и защищенная от произвольного вращения прижимом 38.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент времени буровое сверло 25 находится внутри корпуса устройства для измерения сопротивления сверлению. Опорные шипы 32, смонтированные на защитной передней крышке бурового устройства, подводятся и незначительно углубляются в исследуемый материал, например древесину. Через выключатель 30, находящийся на рукоятке 28 устройства, от аккумуляторной батареи 31 запитывается электрический привод вращения бурового сверла 25, закрепленный на опорно-направляющей каретке 31. Через соединительную муфту 3 осуществляется вращение бурового сверла 25, хвостовик которого имеет небольшое углубление, выполненное по винтовой линии на всю его длину и соответствующее направлению вращения и подачи бурового сверла с целью отвода стружки из отверстия. Второй опорой бурового сверла служит направляющий подшипник 33. Подача бурового сверла 25 осуществляется после запитывания электрического мотор-редуктора 4, закрепленного неподвижно хомутом 5 в корпусе устройства. При этом крутящий момент передается через зубчатую передачу от колеса 21 к колесу 22, установленному на резьбовом валу 8. Второй конец резьбового вала установлен в подшипнике 15 передней опорной крышки. Каретка 7 с закрепленным на ней электрическим приводом вращения бурового сверла 1 начинают перемещаться по резьбовому валу 8, осуществляя внедрение бурового сверла 25 в исследуемый материал. Прямолинейность движения каретки 7 достигается за счет скольжения салазок 9 по опорно-направляющим рейкам 14, имеющим специальный профиль. Ограничители перемещения бурового сверла в радиальном направлении 10 со специальными вставками из антифрикционного материала 11 перемещаются по резьбовому валу 8 и в предельном значении выдвижения бурового сверла 25 из корпуса устройства располагаются на нерезьбовой части вала.

В процессе внедрения вращающегося сверла в исследуемый материал и в зависимости от изменения величин физико-механических характеристик материала величина скорости вращения бурового сверла 25 будет изменяться в меньшую сторону от номинальной. Возникающий при этом тормозной момент, противоположный по направлению вращения бурового сверла, будет приводить во вращение привод вращения бурового сверла 1, закрепленный подвижно во втулках 2 кронштейна 3. В роли ограничителя предельных отклонений угла поворота привода вращения бурового сверла 1 выступает нагрузочная пружина 27. На кронштейне 3 привода вращения бурового сверла 1 жестко закреплен датчик угла поворота 17. Он служит для определения величины угла поворота корпуса привода вращения бурового сверла посредством передачи сигнала через устройство сбора данных, например аналого-цифровой преобразователь, и далее на ЭВМ, где с помощью специального программного обеспечения производится обработка сигналов с датчика угла 17 и осуществляется расчет и запись исследуемых величин.

В процессе внедрения бурового сверла 25 в исследуемый материал аналогично уменьшению скорости его вращения будет уменьшаться и скорость вращения резьбового вала 8; при этом возможно определение величин сопротивления сверлению с помощью датчиков скорости вращения 18, 19 бурового сверла 25 и резьбового вала 8, установленных на кронштейне крепления привода вращения бурового сверла 3 и раме крепления 20 соответственно. Сигналы с датчиков скорости вращения 18 и 19 поступают на устройство сбора данных, например аналого-цифровой преобразователь, и далее на ЭВМ.

Возможно определение величины сопротивления сверлению с помощью самописца 26, установленного под защитным стеклом, который на ленте фиксирует угол поворота корпуса привода бурового сверла 1 в процессе внедрения бурового сверла 25 в исследуемый материал. Измерение величины сопротивления сверлению осуществляется аналогично замеру при использовании датчика угла поворота 17 с той лишь разницей, что в данном случае величина угла поворота привода вращения бурового сверла 1 записывается на бумажный носитель. Полученный график на ленте будет соответствовать плотности материала по всей глубине сверления. На устройстве имеется катушка с лентой 36, которая позволяет осуществлять несколько циклов замеров без остановки. Для проведения каждого последующего замера необходимо вытянуть ленту на определенную длину. Глубина внедрения сверла в исследуемый материал определяется в соответствии с величинами времени процесса сверления, скорости вращения и шага резьбы резьбового вала устройства.

Изменение направления и скорости вращения резьбового вала 8 и соответственно перемещения каретки 7 с электрическим приводом вращения бурового сверла 1 осуществляется, например, посредством изменения полярности напряжения и изменения величины сопротивления резисторов в цепи якоря мотор-редуктора 4 переключением рычага 29. При осуществлении изменения направления вращения резьбового вала 8 каретка 7 с электрическим приводом вращения бурового сверла 1 перемещаются в обратном направлении и происходит задвижение сверла 25 в корпус устройства. Посредством упругих связующих элементов 12, закрепленных в креплениях 13, ограничители перемещения бурового сверла в радиальном направлении 10 возвращаются на исходные позиции.

Устройство снабжено специальной крышкой для замены бурового сверла 25, установленной под катушкой ленты 36.

Источники информации

1. Bore resistance measuring apparatus including a drive unit and an attachment for a drilland or driving mechanism: 6290437 B1. United states patent: B23B 41/00 Claus M. Leimersheim, Erich H. Wiesloch; appl. no. 421904; filed Oct, 20, 1999; patented Sep.18, 2001.

2. Устройство для измерения сопротивления сверлению: патент 95128 РФ, МПК 6 G01N 3/40. Шарапов B.C., Чернов В.Ю., Бычкова Т.В. - №2010106686/22; заявл. 24.02.2010; опубл. 10.06.2010.

3. Vorr ichtung zur Materialprüfung, insbesondere Hoizprüfung durch Bohr-bzw. Eindringwiderstandsmessung: 4122494 A1. Deutsches patentamp: G01N 3/40 Rinn Frank; anmeldetag 06.07.91; offenlegungstag 05.03.92.

Изобретение относится к устройствам для исследования или анализа материалов путем определения их твердости и может быть использовано для определения физико-механических характеристик растущих деревьев, пиломатериалов, деревянных строительных конструкций и т.п. Устройство содержит буровое сверло, приводимое во вращение электрическим приводом, электрический привод подачи бурового сверла, находящиеся в корпусе устройства. Привод вращения бурового сверла установлен посредством подшипников на каретке с возможностью свободного вращения относительно оси вала ротора. Каретка, осуществляющая подачу и обратное движение бурового сверла вдоль его оси, установлена на салазках и резьбовом валу. Корпус привода вращения бурового сверла соединен с кареткой нагрузочной пружиной, а величина сопротивления сверлению определяется с помощью датчика угла поворота привода вращения бурового сверла относительно оси вала его ротора. Технический результат - повышение точности измерения физико-механических характеристик исследуемого материала сверлением, возможность анализа данных процесса сверления без использования ЭВМ, повышение надежности, ремонтопригодности и снижение веса устройства. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для измерения сопротивления сверлению, включающее буровое сверло, приводимое во вращение электрическим приводом, электрический привод подачи бурового сверла, находящиеся в корпусе устройства, отличающееся тем, что привод вращения бурового сверла установлен посредством подшипников на каретке с возможностью свободного вращения относительно оси вала ротора; каретка, осуществляющая подачу и обратное движение бурового сверла вдоль его оси, установлена на салазках и резьбовом валу; корпус привода вращения бурового сверла соединен с кареткой нагрузочной пружиной, а величина сопротивления сверлению определяется с помощью датчика угла поворота привода вращения бурового сверла относительно оси вала его ротора.

2. Устройство для измерения сопротивления сверлению по п.1, отличающееся тем, что дополнительно величина сопротивления сверлению определяется с помощью самописца, установленного жестко на корпусе привода вращения бурового сверла.

3. Устройство для измерения сопротивления сверлению по п.1, отличающееся тем, что дополнительно величина сопротивления сверлению определяется относительно скорости вращения бурового сверла и/или резьбового вала, например, с помощью датчиков скорости вращения.

4. Устройство для измерения сопротивления сверлению по п.1, отличающееся тем, что хвостовик бурового сверла имеет тонкую проточку в виде небольшого углубления, выполненного по винтовой линии на всю его длину.