Устройство для измерения параметров машин ударно-вращательного действия Советский патент 1983 года по МПК G01L5/00 

Изобретение относится к измерительной технике быстропротекающих .физических процессов, в частности к измерению и регистрации параметров механического улара ударных систем, и может быть использовано для оптимизации проектирования ма шин ударного, ударно-вращательного и вращательно-ударного действия, применяемых-в различных отраслях промышленности. Кроме того, устройство может быть использовано в науч но-исследовательской работе для изучения ударных процессов, происходящих в различных материалах ударной системы. . Известно устройство для измерения силы удара бурового инструмен та, содержащее измерительную аппара туру с датчиком, корпус с ;цилиндрической направляющей, в которой уста новлен стакан, контактирующий с дат чиком и наковальней, размещенной в стакане с помощью подшипников ра положенных между ее наружной, поверх ностью и внутренней поверхностью стакана С Однако данное устройство имеет ограниченные функциональные возмолсности. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения силы удара бурового инструмента, в котором в отличие от известного содержится привод, выполненный в виде электродвигателя с шкивом, соединенным с ведомым шкивом, закр.епленным на наковальне, для обеспечения вращения наковаль|1и с той же скоростью,что и буровой инструмент Благодаря вращению наковальни известного устройства повышается точность измерения за счет возможности учета силы трения при ударе, но функциональные возможности устройства, а именно измерение силы и мощности удара в месте контакта, де формации и ее скорости при ударе, контактных напряжений при ударе, ударных соударений, времени соударе ния и средних величин удара, ограни чены. Целью изобретения является расши рение функциональных.возможностей. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения пар метров удара машин ударно-вращатель ного действия, содержащем установленный в корпусе с цилин-дрической направлякйдей стакан с размещенной в HtTM наковсшьней, привод вргидения наковальни,.силоизмерительный датчи и измерительную аппаратуру с регист ратором, силоизмерительный датчик выполнен в виде магнитоупругого дат чика, наковальня - с цилиндрической направляющей, в которой магнитопровод датчика установлен жестко с электрическим контактом с возможностью вращения относительнее его обмоток, стакан выполнен из изоляционного материала, а измерительная аппаратура выполнена в виде двух датчиков Холла, трех усилителей постоянного тока и переключателя параметров, при этом глемент Холла и измерительная обмотка первого датчика соединены электрически последовательно с наковальней и магнитопроводом, -а выход этого датчика через первый усилитель соединен . с входом переключателя параметров, с выходом которого соединен элемент Холла второго датчика, измери- . тельная обмотка которого соединена через второй усилитель с измерительной обмоткой магнитоупругого датчика, а через третий усилитель элемент Холла второго датчика связан с приводом вращения наковальни. Кроме того, элемент.Холла второго датчика н переключатель параметров связаны с приводом вращения через введенный в измерительную аппаратуру магнитный барабан, выполненный с возможностью варьирования астоты вращения и синхронного удаления записанных импуЛьсов, при этом счи- тывающие ма нитные головки барабана подсоединены к регистратору через введенные в устройство операционные усилители. . : Причем привод выполнен в виде конической передачиJ. один вал которой соединен с наковальней, а другойс вариатором оборотов магнитного барабана. В магнитопроводе выполне.н паз для установки крешера. « На фиг. 1 изображено устройство для измерения параметров удара машин ударно-вращательного действия; на фиг. 2 - идеальныефункции параметров ударного процесса во времени, где а - оС - деформация; d - oL -ско рость деформации/ - - э6 -ударное ускорение/ 2. - Р - сила удара, Э - -энергия ударного импульса.; 6-8 -мощность ударного импульса. Устройство содержит машину 1 ударно-вращательного действия, магнитопровод 2 магнитоупругого датчика с питающей обмоткой 3 и измерительной обмоткой 4, испытуемый обраэец или крешер 5 ударной системы, наковальню 6, стакан 7, подшипники 8 и 9, корпус 10 с цилиндрической направляющей, электродвигатель 11, изолирующую съемную шестерню 12, со(адиненную валом с наковальней 6 и с конической шестерней вариатора, состоящего из двух конусов 13, механически связанных упругими роликами 14, сидящими на одном валу с возмож11остью их перемещения по образующим конусо рукоятками 15, магнитный барабан 16 с гдловками 17 записи, стирания 18 и считывания 19, дифференциальноинтегральные операционные усилители 20 с выходом через переключатель па раметров 21 на осциллограф 22, гене ратор синхронного удаления записи ударных импульсов 23, управляемого через переключатель 29 сигналами,снимаемыми с усилителей 25 и 26 прс тоянного тока, два датчика Холла, с тоящих из измерительных обмоток 27 28, м,агнитопроводов 29 и 30, элемен , тов Холла 31 и 32 соответственно, переключатель 33 параметров, усилитель постоянного тока 34 с элементом обратной связи 35, источники 36 стабилизированного питания, подшипник скольжения 37 машины 1, который имеет возможность гфопуекать через себя ток на массу от ударно-вращатель ной штанги 38 во время ее соприкосновения с магнитопроводом 2 магнитоупругого датчика, коллектор 39 подвода .тока к контакту при ударе, кронштейн 40 для закрепления машины 1 ударно-вращательного действия фик caTopai|W 41, кран 42 энергоносителя энергоисточник 43 ( гидронасос, компрессор, электрогенератор, строботахометр 44. Потенциометры R , R служат для симметрирования выводов элементов Холла, сопротивления Rj, являются делителями напряжения. Режим измерения энергии и мощнос ударного импульса производится при левом положении переключателя 33. При включении крана 42 энергии от энергоисточника 43 поступает в.машину ударно-вращательного действия, штанга 38 которой--наносцт удары по крешеру или испытуемому образцу 5, при этом передается импульс силы уда ра к магнитопроводу 2 датчика, ас измерительной обмотки 4 .датчика удар ный импульс силы поступает на обмотку 28 Холла через усилитель постоянного тока 34. Одновременно с этим ток от источника 36 при ударе пойдет по элементу Холла 31, обмотку 27 датчика Холла, коллектор 39, наковальню 6, магнитопровод 2, образец (крешер) 5, штангу 38, подшипник скольжения 37, на массу машины 1 (и массу устройства в целом). Ввиду того, что обмотка 27 включена с элементом Холла 31 последовательно, выходное напряжение, снимаемоё с этого элемента на усилитель 25 постоянного тока, равно -с-о, с„ где UCT напряжение источника 36 ,питания; Д. - удельная проводимость образца 5 , Ь - тол|«ина пластины элемента , (( - постоянная Холла, N - число витков обмотки датчика Холла/ S - площадь сечения магнитопровода датчика -Холла, С - произведение постоянных величинJ d - изменяющийся диаметр пятна контакта. . Это напряжение поступает на усилитель 26, с выхода которого снимается напряжение, прямо пропорционгшьное деформации при ударе - оС V-Ta, (2):- (2) где Я - радиус индентора ( радиус полусферы штанги 8). Это напряжение 0 поступает на элемент Холла 32, с выхода которого поступает напряженнее на усилитель 26. г., ЭаЬ„.иАЗр«/а -. (3 C,j.UdLP--Coa p c dprCo ® j7 Ударндя мощность, d-t. . - мгновенное значение силы удара; oL - мгновенная деформация, GO - постоянная произведения коэффициентов. С выхода усилителя 26постоянного тока снимается напряжений II -vr Uxj -М-О Л4; где К - коэффициент усиления усилителя 26. ; Это напряжение поступает на записывающую магнитную головку 17 магнитного барабана 16 и считывается одной из головок 19 с подачей импульса, на осциллограф 22 через переключатель параметров 21, при этом барабан 16 должен вращаться ; определенной скоростью. Для измерения средней энергии уда.: ра. - E,,-|lf .«.EV,, необходимо проинтегрировать выражение (4), для чего переключатели 24 и 33 ставятся.в среднее fIOЛожение одновременно , (для этого они выполнены сдвоенными, один из операционных усилителей 20 переводится в, интегрирования, а магнитный барабан переводится с помощью рукояток 15 в режим медленного вращения.

В среднем положении переключателей 24 и 33 головки 17 и 18 отключены и на магнитной дорожке циклически повторяется один и тот же (,одиночный импульс. Дополнительное его растяжение по времени можно осуществить уменьшением напряжения питания электродвигателя 11, При этом все элементы схемы (фиг. 1) за, исключением магнитного барабана 16 с операционны «ш усилителями20 в работе не участвуют Строботахометр 44 служит для установки синхронизма вращения магнитопровода 2 датчика,, наковальни б и штанги 38 изменением напряжения питания электродвигателя 11.

В режиме изменения .силы удара, .деформации при ударе их производных и средних значений переключатель 33 ставится в левое положение, а переключатель 24 - произвольно, при этом магнитопровод 2 и контактная ча,сть магнитоупругого датчика связаны обмотками 28 и 27 каждого датчика Холла, независимо друг от друга и с элементов 32 и 31 снимаются ударные импульсы,- пропорциональные силе удара и деформации, а именно:

V. Uj, |o-,;

где - постоянный коэффициент; Р, - индукция в магнитопроводе 30, пропорциональная си- ле Р ,. :

Э - ток в элементе Холла, пропорциональный напряжению источника 36 питания. С усилителей 26 и 25 сигналы (6} и (7) попадают на магнитные головки 17 и далее работа магнитного барабана 16 и оперсЩионных усилителей 20 происходит аналогично описанному, В случае работы операционных уси.лителей 20 в режиме дифференцирования сигналов ударных импульсов имеем на экране осциллографа следующие зависимости:ч

дт скоростьдеформации,(8

скорость изменеQ-t к tj-t jjjjjj силы

(9)50

В случае интегрирования ударных импульсов операционными усилителями- 20 имеем на экране следующие зависимости:

oLep-Tll- -cX K l .°

р -L, fr dP -. - cp-Kpj j , (11)

где С - время соударения - определяется на экране осциллографа с учетом скорости : вращения барабана и скорости вращения штанги 38. Контактные напряжения определяются по закону. Гука с учетом зависимостей (10) и (11).

: В режиме измерения параметров у ара машин ударного действия вращеш а магнитопровода 2 датчика и наковальни б исключается путем вывода капроновой шестерни 12 из .зацепления с со пряженной шестерней конической передачи путем, например, поднятия шестерни 12 вверх по валу, который она приводит во вращение, и вывода ее из шлицевого зацепления с ним,

В остальном работа устройства происходит аналогично описанному.

В случае испытания образца 5 неметаллического происхождения работа контактной части датчика исключается. В-этом случае возможны измерения ударных импульсов

Р

о йР р

I -dt Cp

ср at

Наличие нойЫх элементов и связей в предлагаемом устройстве значительно расширяет его функциональные возможности, а также повышает точность измерения за счет определения истинных параметров удара машин ударно-вращательного действия в месте контакта.

л max

oLcp

/

у

О

Pep

1. УСТРОЙСТЮ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ УДАРА МАШИН УДАРНОВРАЩАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ, содержащее установленный в корпусе с цилиндрической направляющей стакан с разме-щенной В нем наковальней, привод вращения наковальни,, силойзмерительный датчик и измерительную аппаратуру с регистраторам, отличаю,щ е ее я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, силоизмерительный датчик выполнен В виде магнитоупругого датчика, наковальня - с цилиндрической направляющей, В которой магнитопровод датчика установлен жестко с электрическим контактом с ВОЗМОЖНОСТЬЮ вращения относительно его обмоток, стакан выполнен из изол1щионного материала, а измерительная аппаратура выполнена В виде двух датчиков Холла, трех усилителей постоянного тока и переключателя параметров, при этом I элемент Холла и измерительная рбI мотка первого датчика соединены электрически последовательно с наковальней и магнитопроводом, а выход этого датчика через первый усилитель соединен с входом переключателя параметров, с выходом которого соединен элемент Холла второго датчика, измерительная обмотка которого соединена через второй усилитель с измерительной обмоткой магнитоупругого датчика, а через третий усилитель элемент Холла второго датчика связан с приводом вращения наковальни. 2.Устройство пе п. 1, отличающееся тем, что элемент Холла второго датчика и переключаI тель параметров связаны с приводом вращения через введенный в измериО) тельную аппаратуру магнитный барабан выполненный с возможностью варьирования частоты вращения и синхронного удаления записанных импульсов, при этом считывающие магнитные головки барабана подсоединены,к регистратору через в,веденные в устройство операционные усилители. 3.Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем,.что привод выполнен В виде конической передачи, один вал которой соединен с наковальней, а другой- с вариатором обо.ротов магнитного барабана. 4.Устро)йс.тво по п. 1,- отличающееся тем, что В магнитопроводе выполнен паз для установки крешера.

fmax

fep