Стенд для испытания пружин Советский патент 1993 года по МПК G01B13/00 

Изобретение относится к области испытаний и измерений, точнее к устройствам, предназначенным для испытания подвесных демпфирующих систем, и может быть использовано для механических испытаний пружин, в частности цилиндрических пружин-амортизаторов для автомобилей.

Целью изобретения является повышение точности измерений за счет автоматической компенсации погрешности..

На фиг, 1 представлена структурная схема устройства;

на фиг. 2-принципиальные схемы блока установки коэффициента усиления усилителя, четвертого ключа и усилителя.

Стенд для испытания пружин содержит узел нагружения 1 с датчиком конечного положения 2, первый блок памяти 3, первый блок индикации 4, усилитель 5, датчик сил 6, выход которого соединен с входом усилителя 5, первый ключ 1, первый вход которого соединен с выходом усилителя 5, второй вход - с выходом датчика конечного положения 2 узла нагружения 1. а выход- с входом первого блока памяти 3.

Устройство имеет также датчики начального и промежуточного положений 8 и

9 узла нагружения 1, второй и третий ключи

10 и 11, второй и третий блоки памяти 12 и 13, первый и второй блоки вычитания 14 и 15, блок деления 16 и второй блок индикации 17. При этом первые входы второго и третьего ключей 10 и 11 соединены с выходом усилителя 5, вторые входы - соответственно с выходами датчиков начального и промежуточного положений 8 и 9 узла нагружения 1, а выходы ключей 10 и 11 соединены соответственно с входами блоков памяти 12 и 13. причем выходы первого и третьего блоков памяти 3 и 13 соединены с входами первого блока вычитания 14, выход которого соединен с входом первого блока индикации 4, входы второго блока вычитания 15 соединены с выходами первого и второго блоков памяти 3 и 12, а его выход соединен с входом блока деления 16, выход которого соединен с входом второго блока индикации 17.

Стенд для испытания пружин дополнительно имеет второй датчик начального положения 19, четвертый ключ 20 и блок установки коэффициента усиления 21 усилителя 5, выход второго датчика начального положения 19 и выход усилителя 5 подключены

на входы четвертого ключа 20, выход которого соединен со входом блока установки коэффициента усиления 21 усилителя 5, а выход последнего связан со вторым входом усилителя 5.

Узел нагружения может быть выполнен в виде гидроцилиндра со штоком и поршнем и гидронасоса (на чертеже не показаны). Блоки памяти 3, 12, 13 состоят из операционных усилителей, включенных по схеме неинвертирующего повторителя, запоминающей емкости и диода, а блоки вычитания 14 и 15 могут быть выполнены по известной схеме вычитания сигналов на операционном усилителе. Блок деления 16, предназначенный

для реализации функции деления, может быть также выполнен на операционном усилителе. Блоки индикации 4, 17, предназначенные для фиксации величин значений сжатия и жесткости пружины 18, могут быть

реализованы в виде стрелочных или цифровых вольтметров. Ключи 7, 10, 11, 20 могут быть выполнены на полевых транзисторах, у которых первый вход-исток, второй вход- затвор, выход-сток. Усилитель 5 может быть

выполнен в виде инвертирующего операционного усилителя (фиг. 2), инвертирующий вход которого в режиме измерения напряжения питания тензомоста и корректировки коэффициента усиления подключен к делителю напряжения RI и На. Величины резисторов RI и. Rz делителя напряжения выбираются такими, чтобы при неизменном стабильном напряжении питания тензомоста коэффициент усиления К усилителя 5

был равен заданной величине Кзад. определяемой значением опорного напряжения - Uon (фиг. 2). В режиме измерения жесткости пружины усилитель 5 подключен к выходу датчика сил 6. Коэффициент усиления усилителя 5 будет определяться выражением

Р- К - р , р---. где Нитз - сопротивлеЩ т К V Т 3

ние транзистора VT3 блока установки коэффициента усиления усилителя 5. Из данного

выражения видно, что изменением сопротивления транзистора VT3 можно регулировать коэффициент усиления,

Блок установки коэффициента усиления 21 усилителя 5 может быть реализован, к примеру, как показано на фиг. 2, на операционном усилителе Y, пяти транзисторах Т1-Т5, реле Р1. Р2, делителе напряжения R i. R2 и запоминающей цепочке С1, Re. Операционный усилитель Y в блоке установки коэффициента усиления 21 выполняет роль компаратора, инвертирующий вход которого подключен через четвертый ключ 20 к выходу усилителя 5. Выход компаратора Y соединен через диод Л/Д1 с базой транзистора VT2, выполняющего роль ключа, в коллекторную цепь которого включено реле Р1, содержащее группу контактов 1Р2. Транзистор VT1 и реле Р1 выполняет в блоке установки коэффициента усиления 21 усилителя 5 роль ключа, переводящего блок 21 из режима корректировки коэффициента усиления усилителя 5 в режим измерения жесткости пружины 18.

Стенд работает следующим образом.

Перед началом измерения очищают блоки памяти 3, 12, 13. После этого на неинвертирующий вход компаратора (операционного усилителя Y в блоке установки коэффициента усиления 21) подается фиксированная величина постоянного опорного напряжения (Uon), определяющая требуемый коэффициент усиления усилителя 5 (фиг. 2) Кзад и устанавливают на датчик сил 6 испытываемую пружину 18.

Затем включается узел, нагружения 1, шток которого (на чертеже не показан) начинает перемещаться и замыкает последовательно сначала датчик 19 начального положения, затем датчик 8 начального положения, далее датчик промежуточного положения 9 и датчик конечного положения 2 узла нагружения. 1. При замыкании второго датчика начального положения 19 на затвор транзистора VT четвертого ключа 20 подается отрицательный потенциал, открывая его. Группа контактов 1Р2 реле Р2 посылает либо плюс, либо минус на затворы транзисторов VT4 и VT5 в зависимости от величины выходного напряжения (коэффициента усиления) усилителя 5, Если существующий коэффициент усиления меньше заданного значения Кзад опорным напряжением Uon, то на выходе компаратора будет положительное напряжение, транзистор VT2 открыт, реле Р2 под током, его нормально разомкнутые контакты 1Р2 замкнуты и через них минус поступает на затворы VT4 и VT5. При наличии же на их затворах отрицательного потенциала VT4 открывается, а

VT5 закрывается. Это приводит к заряду емкости С1 через VT4, т.е. заряд, а следовательно, и положительный потенциал затвора транзистора VT3 растет, что приводит к 5 открыванию этого транзистора, т.е. к уменьшению Rvi3, а в конечном итоге росту коэффициента усиления до уровня заданного (Кзад.).

Если коэффициент усиления К вдруг по

0 каким-то причинам стал больше заданного, то схема установки коэффициента усиления 21 отреагирует по-другому. Выходное напряжение компаратора будет отрицательным. Транзистор VT2 закрыт, реле Р2

5 обеспечено, контакты 1Р2 замкнуты. Плюс подается на затворы транзисторов VT4 и VT5. Транзистор VT4 закрыт, a VT5 открыт. Емкость С1 начинает разряжаться через разрядный транзистор VT5. По мере ее раз0 ряда положительный потенциал на затворе транзистора VT3 уменьшается, его сопротивление Rvi3 также уменьшается, а коэффициент усиления усилителя 5 возрастает до требуемой величины, задаваемой опор5 ным напряжением Uon. Таким образом, транзисторы VT4 и VT5 выполняют роль зарядного и разрядного транзисторов для емкости СТ.. Открытый транзистор VT четвертого ключа 20 соединяет выход усили0 теля 5с базой транзистора VT1 и с инвертирующим входом компаратора Y. Вследствие этого, во-первых, транзистор VT1 открывается, реле Р1, находящееся в его коллекторной цепи, срабатывает и своими контактами

5 1Р1 подключает вход усилителя 5 к средней точке делителя напряжения RL R2 блока установки коэффициента усиления 21, а контактами 2Р1 отключает общую (землю) от затворов транзисторов VT4 и VT5, подго0 тавливая к работе цепь коррекции коэффициента усиления; во-вторых, компаратор Y блока 21 начинает сравнивать выходное напряжение усилителя 5, поступающее через четвертый ключ 20(транзистор VT) на инвер5 тирующий вход компаратора, с опорным напряжением Uon. на неинвертирующем входе компаратора. По результату сравнения вся схема блока установки коэффициента усиления 21 в зависимости от изменения напря0 жения питания тензомоста и изменения коэффициента усиления усилителя 5. вызванное воздействием различных дестабилизирующих факторов, будет отслеживать и воздействовать на усилитель 5 через VT4,

5 VT5, R6. С1 и VT3 так, чтобы его выходное напряжение было равно напряжению на неинвертирующем входе Uon. компаратора Y, т.е. чтобы коэффициент усиления усилителя 5 был равен заданному коэффициенту усиления Кзад.

Как только второй датчик начального положения 19 разомкнется, транзистор VT четвертого ключа 20 закроется, что приведет к закрытию транзисторов VT1 и VT2, а это, в свою очередь, приведет к тому, что реле Р-1 и Р2 будут обесточены, При обесто- чиванми реле Р1 его первая труппа контактов 1Р1 переключает вход усилителя 5 со средней точки делителя Р1 и Р2 на выход датчика сил б, а вторая группа контактов 2Р1 разорвет цепь коррекции, замкнув затворы транзисторов VT4 и VT5 на общую шину (землю), при этом они оба закроются, а емкость С1 не будет ни заряжаться, ни разряжаться. Таким образом, начиная с этого момента, усилитель 5 будет иметь постоянный коэффициент усиления, скорректированный с учетом отклонения напряжения питания измерительного тензомоста и отклонения коэффициента усиления. Следовательно, пока замкнут второй датчик начального положения 19, с устройстве автоматически производится измерение отклонений напряжения питания тензомоста, коэффициента усиления усилителя 5, а по результатам измерений этих величин происходит корректировка коэффициента усиления усилителя 5, т.е автоматически компенсируется ошибка перед измерением жесткости и усилия сжатия пружин, вызываемая дестабилизирующими факторами.

При дальнейшем движении штока узла наг.ружения 1 незадолго до момента касания пружины 18 срабатывает (замыкается) дэтчш начального положения 8. При этом сигнал начального разбаланса датчика сил 6, усиленный усилителем 5, через третий ключ 11 попадает в блок памяти 13 и запоминается Б нем, что соответствует сжатию пружины 18. При дальнейшем сжатии пружины 18 шток узла нагружения 1 достигает датчика промежуточного положения 9 (положение этого датчика выбирается произвольно в пространстве между датчиками начального и конечного положений 8 и 2, но строго фиксируется). При этом сигнал с датчика сил 6, усиленный усилителем 5, через второй ключ 10 поступает на второй блок памяти 12 и запоминается в нем. При дальнейшем движении штока датчик 9 размыкается, а при достижении конечного (заданного) положения сжатия пружины 18 замыкается датчик конечного положения 2, При этом сигнал с датчика сил 6, усиленный усилителем 5, через первый ключ 7 поступает в блок памяти 3. Далее на вход блока вычитания 14 поступают усиленные сигналы с датчика начального положения 8 и датчика конечного положения 2 штока узла нагружения 1 пружины 18, а на выходе этого блока получаем разницу величин значений усилий

сжатия пружины 18 в этих положениях штока, т.е. сигнал на выходе блока вычитания 14 будет строго пропорционален усилию сжатия пружины 18 (с учетом начального разбаланса датчика сил 6), который фиксируется в первом блоке индикации 4. На выходе же блока вычитания 15 будет регистрироваться разница усилий сжатия пружины 18 при конечном и промежуточном положениях игтока узла нагружения 1. При этом сигнал начального разбаланса уничтожается. Полученная разница подается на вход блока деления 16, который деть это значение на постоянную величину, равную расстоянию

между датчиками конечного положения 2 и датчиком промежуточного положения 9. В результате этого получаем сигнал, пропорциональный жесткости пружины 18, который подается на вход блока индикации 17.

Таким образом, на первом и втором блоках

индикации фиксируется сила сжатия и коэффициент жесткости пружины 18с учетом коррекций разбаланса датчика сил 6.

Применение заявляемого стенда позволяет повысить точность измерения значений усилия сжатия и жесткости испытываемой пружины за счет автоматической компенсации погрешности, возникающей вследствие изменения напряжения, питания измерительного тензомоста и изменения коэффициента усиления усилителя, что дает более качественное представление о сортности пружин.

Формулаизобретения

Стенд для испытания пружин, содержащий узел нагружения с датчиками начального, промежуточного и конечного положений, усилитель, датчик сил, выход которого соединен с входом усилителя, первый, второй и третий ключи, первый вход которых соединен с выходом усилителя, а второй вход соответственно соединен с выходами датчиком конечного, промежуточного и на-.

чального положений узла нагружений, первый, второй и третий блоки памяти, входы которых соединены с выходами соответствующих ключей, первый и второй блоки вычитания, блок деления, первый и второй

блоки индикации, при этом выходы первого и третьего блоков памяти соединены с входами первого блока вычитания, выход которого соединен с входом первого блока индикации, входы второго блока вычитания

соединены с выходами первого и второго блоков памяти, а его выход соединен с входом блока деления, выход которого соединен с входом второго блока индикации, о т- личающийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет автоматической компенсации, он снабжен вторым датчиком начального положения, четвертым ключом и блоком установки коэффициента усиления усилителя, выход второго датчика

начального положения и выход усилителя

подключены на входы четвертого ключа, выход которого соединен с входом блока установки коэффициента усиления усилителя, а выход последнего связан с вторым входом

Фиг.1