Устройство для измерения усилий Советский патент 1992 года по МПК G01L1/16 

фиг. I

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности, к устройствам для контроля усилий кривошипного пресса путем регистрации деформации базовых деталей.

Известно устройство для измерения деформации базовых деталей машин, содержащее тензобалку и опорные элементы для закрепления на базовой детали, с которыми соединены концы тензобалки, причем по крайней мере один из опорных элементов выполнен в виде стакана с конической, суживающейся ко дну полостью и расположенных в нем конической эксцентричной втулки, конической бобышки с центральным отверстием, размещенным во втулке, и бол- Taj установленного на резьбе в дне стакана и проходящего через отверстие конической бобышки, которая жестко связана с тензо- балкой.

Недостатками устройства являются высокие требования к точности изготовления опорных элементов к плоскости поверхности детали, к которой крепится стакан, и к установке тензобалки. Изгиб тензобалки приводит к снижению точности измерений.

Известно устройство для измерения усилий, содержащее пьезоэлемент, зажимной винт, средства защиты пьезоэлемента от электрических и магнитных помех, сред- ства установки, сопряженные с контролируемым телом, включающие два опорных элемента, один конец которых связан с контролируемым .телом, а второй сопряжен с контактными шариками. Пьезоэлемент сое- динен со схемой преобразования сигналов. Устройство используется для измерения усилий кузнечно-прессового оборудования косвенным методом через измерения деформации базовых деталей.

Недостатком прототипа является невысокая точность измерений, обусловленная жесткими требованиями, предъявляемыми к его установке (точной ориентации оси- каждого зажимного винта в направлении измерительной нормали), несоблюдение которых приводит к возникновению пары сил, которая может повернуть опорные элементы вокруг своей оси, что имеет место в условиях циклических нагрузок и наличия широкого спектра вибраций при работе куз- нечно-прессовых машин.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для Измерения усилий, содержащее упругий элемент с элементами крепления и блок регистрации, введены два усилителя, два пьезопреобразователя, соединенные каждый с соответствующим усилителем, выходы которых подключены встречно друг другу и соединены с блоком регистрации, при этом пьезопреобразова- тели расположены в выполненных в упругом элементе соответствующих отверстиях, оси которых параллельны друг другу и нейтральной плоскости упругого элемента, расположенных одно в нейтральной плоскости, другое - со смещением относительно этой плоскости.

На фиг, 1 изображена конструкция пьезопреобразователя; на фиг. 2 - структурная схема устройства для измерения усилий.

Устройство содержит упругий элемент 1, выполненный в виде балки с вертикальным отверстием 2 в ее центре, в котором помещен элемент 3 крепления,, соединенный резьбой с контролируемой деталью 4 кривошипного пресса (например, траверсой). На боковой поверхности упругого элемента 1 выполнены два параллельных друг другу отверстия 5 и б, причем отверстие 5 расположено в центральной части балки, т, е. в нейтральной плоскости, а отверстие 6 смещено относительной этой плоскости и находится в верхней части балки, в области деформации растяжения-сжатия. Отверстия 5 и б размещены в плоскости, проходящей через середину балки и перпендикулярно ей.

В отверстиях 5 и 6 боковой поверхности упругого элемента 1 размещены пьезопре- образователи 7 и 8 в виде пьезокерамиче- ских пластин, выводы 9 и .10 которых подключены к нормирующим усилителям 11 и 12. Выходы усилителей 11 и 12 одной полярности (на схеме, например, плюс) сое- динены между собой, а выходы другой полярности (минус) подключены к входу блока регистрации усилия пресса 13, шкала которого проградуирована в кН. Концы упругого элемента 1 опираются через.силопе- редающие элементы 14 и 15 (ролики) на контролируемую деталь 4.

Усилители 11 и 12 (разработанные в НПО ЭНИКМАШ) содержат регулируемый усилитель напряжения, инвертор-повторитель и стабилизатор напряжения. Каждый из усилителей 11 и 12 собран на операционных усилителях и предназначен для усиления сигнала малой мощности (порядка мкВт), снимаемого с пьезоэлемента, и приведения его к номинальному значению напряжения, а также изменения фазы, при необходимости, на противоположную.

Установка устройства осуществляется следующим образом.

На контролируемой детали - траверсе, над подшипником коленчатого вала выполняются отверстие с резьбой под крепежный

элемент 3 и пазы подсилопередающие элементы - ролики 14 и 15. После установки роликов в пазы на них кладется упругий элемент 1 в виде балки с центральным отверстием 2, куда вставляется крепежный элемент 3. При завинчивании крепежного элемента 3 упругий элемент 1 прижимается своими концами к силопередающим элементам 14 и 15 и слегка изгибается. При этом создается предварительное сжатие чувствительного элемента 8. Величина предварительного изгиба упругого элемента 1 должна превышать величину контролируемой деформации, имеющей место при выполнении прессом рабочей операции. Работа устройства основана на контроле усилия пресса косвенным путем через контроль деформации базовых деталей пресса.

Устройство работает следующим образом.

При выполнении рабочей операции усилие пресса передается по цепи : ползун - шатун - коленчатый вал - подшипник и замыкается на станине пресса. При этом верхняя часть станины пресса испытывает деформацию изгиба. Упругий элемент 1, установленный на траверсе над подшипником коленчатого вала, воспринимает эту деформацию, в результате чего он изгибается и величина предварительного сжатия пьезо- чувствительного элемента 8/ установленного в верхней части упругого элемента в отверстии 6, уменьшается, что вызывает его удлинение и генерацию электрического сигнала на его выводах. При этом пьезочувст- вительный элемент 7, установленный в отверстии 5 и находящийся в нейтральной плоскости, не воспринимает изгиба упругого элемента 1 и сигнала не выдает.

Таким образом, на выход устройства 13 регистрации поступает сигнал, пропорциональный усилию пресса. Паразитные вибрации, имеющие место на траверсе станины

при работе пресса, воспринимаются обоими пьезочувствительными элементами 7 и 8 в равной степени и формируют сигналы одной полярности. Поскольку выходы нормирующих усилителей 11 и 12 имеют

встречное соединение, сигналы одного знака, соответствующие паразитным вибрациям, взаимно уничтожаются на входе регистрирующего блока 13 и оно отображает бей искажений усилие пресса при выполнении им рабочей операции.

Преимущество предлагаемого устройства для измерения усилий кривошипных прессов по сравнению с прототипом состоит в повышении точности измерений за счет

компенсации паразитных вибраций. Конструкция устройства и его крепление при помощи одного крепежного элемента обеспечивают простоту его монтажа-демонтажа. Формулаизобретения

Устройство для измерения усилий, содержащее упругий элемент с элементами крепления и блок регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены два усилителя, два

пьезопреобразователя, соединенные каждый с соответствующим усилителем, выходы которых подключены встречно друг другу и соединены с блоком регистрации, причем пьезопреобразователи расположены в выполненных в упругом элементе отверстиях, оси которых параллельны друг другу и нейтральной плоскости упругого элемента, при этом одно отверстие выполнено в нейтральной плоскости, другое - со смещением относительно этой плоскости.

М

Ч,

vi

И

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности. Устройство содержит упругий элемент 1, в котором выполнены отверстия, оси которых параллельны друг другу и нейтральной плоскости упругого элемента, причем одно отверстие выполнено в нейтральной плоскости, другое - со смещением относительно этой плоскости. В- отверстиях размещены два пьезопреобра- зователя 7,8, соединенные каждый с усилителями 11, 12, выходы которых включены встречно и соединены с блоком регистрации 13.2 ил.