УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ УДАРА Российский патент 2014 года по МПК G01P15/09 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измерения параметров удара на испытательных стендах, и может быть использовано при исследовании ударного взаимодействия тел. Продолжительность удара при взаимодействии тел является важным параметром, позволяющим более информативно изучить поведение и изменения ускорений, динамических сил и напряжений в соударяемых телах.

Известно устройство для измерения длительности удара, содержащее корпус, пьезоакселерометы, источник питания, генератор, блок запоминания пикового значения ускорения, блок многоканальной памяти, аналого-цифровой преобразователь и регистратор параметров ударного импульса (патент РФ № 2237903 по кл. G01P 15/09 от 10.10.2004г.).

Недостатками данного устройства являются относительно низкая эффективность и точность измерения длительности ударных импульсов, обусловленные тем, что измерение длительности осуществляется не прямым, а косвенным методом при использовании средств преобразования сигнала, получаемого от датчиков, устанавливаемых в зоне ударного воздействия.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в повышении точности, информативности измеряемых параметров и упрощения устройства - в частности, определять с высокой степенью точности развитие ускорений, сил в любой момент времени развития кратковременного ударного процесса.

Поставленная задача решается за счет того, что устройство для измерения продолжительности удара, содержащее имитирующий удар механизм и блок с электронной схемой, содержащей элемент коммутации, генератор и блок индикации, снабжено преобразователем

импульсов в цифровой код, и вычислительным блоком, при этом корпус выполнен в виде цилиндрической втулки, внутри которой расположен подпружиненный в осевом направлении шток с бойком с возможностью ударного взаимодействия его с соударяемым телом, расположенным на металлическом основании. На свободном конце штока закреплен проводник, соединенный с одним из входов схемы, осуществляющей подачу импульсов с генератора на счетчик количества импульсов при замыкании контактов двух проводников. Второй проводник, соединённый с другим входом этой схемы, закреплен на основании устройства. Генератор также имеет выход, соединённый с преобразователем длительности импульсов в цифровой код, выход которого соединен с одним из входов вычислительного блока, а к второму входу которого присоединён преобразователь количества импульсов в цифровой код, к входу которого подсоединён канал связи от выхода счётчика количества импульсов, имеющий соответствующее соединение с входом схемы, осуществляющей подачу импульсов с генератора на счетчик количества импульсов при замыкании контактов проводников, другой вход которой соединён с другим выходом генератора, а выход вычислительного блока соединён с блоком индикации.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для измерения продолжительности удара.

Устройство для измерения продолжительности удара содержит металлическое основание 1, на котором закреплён испытуемый образец 2. Сменный боёк 3 с профилированным наконечником, закреплённым на штоке 4. Пружина сжатия 5 своими противоположными торцевыми концами закреплена, соответственно, на штоке 4 и на внутренней торцевой стороне корпуса - цилиндрической втулки 6. Внутренние поверхности витков пружины 5 установлены с минимальным зазором относительно штока 4, а наружные поверхности витков пружины 5 установлены с минимальным зазором относительно цилиндрического корпуса - втулки 6. На хвостовике штока установлена упругая прокладка 7. Втулка 6 жёстко закреплена на опорной стойке (на чертеже не показано). Подпружиненный шток 4 снабжён с возможностью фиксации штока 4 в верхнем (взведённом) положении с помощью ручек 8 и 9, для чего во втулке 6 выполнены два симметричных Г-образных паза с горизонтально П-образными заходами под ручки 8 и 9. На корпусе штока 4 закреплён проводник 10, соединённый с одним из входов схемы 11, осуществляющей подачу импульсов с генератора 12 на счетчик количества импульсов 13 при замыкании контакта проводника 10 с контактом проводника 14, соединенным с металлическим основанием 1. Генератор 12 представляет собой импульсный источник высокочастотных колебаний с определенным периодом следования и длительностью импульсов. Кроме того, выход генератора 12 соединен через преобразователь длительности импульсов в цифровой код 15 с первым входом вычислительного блока 16, второй вход которого соединен с преобразователем количества импульсов в цифровой код 17, соединённого с выходом счётчика числа импульсов 13, при этом выход вычислительного блока 16 соединен с блоком индикации 18.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент производится установка соударяемых тел, одним из которых является боек 3, а другим телом является испытуемый образец 2, устанавливаемый на металлическое основание 1. Как правило, они изготавливаются с использованием металлических или токопроводящих материалов. После установки образца 2 на основание 1 производится сжатие пружины 5 и фиксация штока 4 с бойком 3 с помощью ручек 8 и 9 в верхнем, поворотном горизонтальном положении в пазах П корпуса 6. Расстояние Н между испытуемым образцом и нижней часттю головки бойка, профиль бойка, а также расстояние К между верхними торцевыми поверхностями штока и втулки, длина и жёсткость (упругость) пружины выбираются таким образом, чтобы обеспечить заданные испытательные параметры ударного взаимодействия. При переводе ручек из горизонтального направления паза П в вертикальное направление паза П происходит освобождение сжатой пружины и мгновенное перемещение штока с бойком вниз, обеспечивая ударное воздействие на испытуемое изделие.

В начальный момент удара при касании бойка 3 испытуемого изделия 2 происходит замыкание контактов проводников 10 и 14. Схема 11 начинает пропускать импульсы с генератора 12 на счётчик числа - n импульсов 13. Преобразователь 17 количества импульсов - n в цифровой код передаёт сигналы в вычислительный блок 16. Поступающие с генератора 12 импульсы длительности t имп преобразуются в цифровой код в блоке 15 и поступают также в вычислительный блок 16. За время t имп контактирования соударяемых тел происходит умножение количества импульсов генератора и длительности импульсов в вычислительном блоке 16 определяется длительность удара Т = n х t имп, которая показывается на цифровом индикаторе в блоке индикации 18.

В момент окончания ударного взаимодействия происходит отскок бойка от поверхности испытуемого изделия и электрическая цепь подачи импульсов на счётчик числа импульсов разрывается.

Предложенное устройство не содержит датчиков измерения ускорений, позволяет с высокой точностью определить продолжительность удара. Устройство содержит малогабаритную и относительно дешевую элементную базу.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измерения параметров удара на стендах и может быть использовано при исследовании ударного взаимодействия тел. Устройство для измерения продолжительности удара, содержит корпус, элемент коммутации, генератор и блок индикации, снабжено преобразователем длительности импульсов генератора в цифровой код, схемой, осуществляющей передачу импульсов с генератора на счетчик импульсов при замыкании контактов проводника, счетчиком импульсов, преобразователем импульсов в цифровой код и вычислительным блоком, корпус выполнен виде цилиндрической втулки, внутри которой расположен подпружиненный в осевом направлении шток с бойком с возможностью ударного взаимодействия его с соударяемым телом, расположенным на металлическом основании, при этом на свободном конце штока закреплен проводник, соединенный с одним из входов схемы, осуществляющей передачу импульсов с генератора на счетчик импульсов, на металлическом основании также закреплен проводник, соединенный с другим входом схемы, осуществляющей передачу импульсов с генератора на счетчик импульсов. Полученный при ударе бойка электрический импульсный сигнал поступает в электронный блок, преобразуется в цифровой код и определяется длительность удара, как произведение количества импульсов и общее время импульсов, которое показывается на цифровом индикаторе блока индикации. Технический результат заключается в повышении точности определения продолжительности удара и определения с высокой степенью точности развитие ускорений, сил в любой момент времени развития кратковременного ударного процесса. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для измерения продолжительности удара, содержащее корпус, элемент коммутации, генератор и блок индикации, отличающееся тем, что оно снабжено преобразователем длительности импульсов генератора в цифровой код, счетчиком импульсов, схемой, осуществляющей передачу импульсов с генератора на счетчик импульсов при замыкании контактов проводников, преобразователем количества импульсов в цифровой код и вычислительным блоком, при этом корпус выполнен в виде цилиндрической втулки, внутри которой расположен подпружиненный в осевом направлении шток с бойком с возможностью ударного взаимодействия его с соударяемым телом, расположенным на металлическом основании, а на свободном конце штока закреплен проводник, соединенный с одним из входов схемы передачи импульсов генератора при замыкании проводников, кроме того, на металлическом основании закреплён проводник, соединённый с другим входом схемы передачи импульсов генератора, один из выходов которого соединён с входом вычислительного блока количества импульсов через преобразователь длительности импульсов в цифровой код, а второй вход вычислительного блока соединён с преобразователем количества импульсов в цифровой код, вход которого соединён с выходом счётчика количества импульса, имеющий соединение с выходом схемы передачи импульсов с генератора, причем выход вычислительного блока соединён с блоком индикации.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм, имитирующий удар, снабжен бойком со сменными головками.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на хвостовике бойка установлена упругая прокладка.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подпружиненный боек выполнен с возможностью фиксации в верхнем положении, для чего в стенке цилиндрической втулки выполнены два симметричных Г-образных паза, а на штоке установлены ручки.