Гидравлический преобразователь веса бурового инструмента Советский патент 1980 года по МПК G01L7/08 G01L1/02 

Изобретение относится, к измерительной технике и может быть использовано в приборостроительной промышленности, например, в первичных гидравлических силоиз мерительных преобразователях веса бурового инструмента. Известен гидравлический преобразователь, содержащий жесткий центр, манжетный эластичный разделитель с каркасом из расположенных радиально в несколько слоев с перекрытием силовых элементов, которые выполнены из ленточных пружин прямоугольного сечения, обхватывающих манжетный разделитель, концы которых закреплены соответствен но на кольце жесткого центра и кольце основания мембраны, а слои пружин отделены- от другого прокладками из антифрикционного материала. Недостатками этого преобразователя являются сложность его сборки из-за не обходимости укладки и заделки торцов пружин и невозможность его работы при высоких давлениях рабочей жидкости Наиболее близким по технугцеской сущности к предлагаемому изобретению является гид{ авлический преобразователь, содержащий корпус и поршень, сочлененные эластичной мембраной, армированной неэластичными нитями и образующие полость контролируемого давления, в котором армирующие нити размещены на наружной поверхности мембраны и имеют выступающие концы, которые жестко прикреплены к корпусу и поршню с помощью прокладок и закладнь:х колец, BOKjpyr которых обмотаны концы нитей jbj. Однако этот силоизмеритель также нетехнологачен, так как требует ручной укладки нитей, обмотки их войруг закладных колец. Еще сложнее делать формовку и равномерное распределение нитей по поверхности эластичной мембраны, так как по мере удаления от центра окружность мембрань увеличивается, вследствие чего толщина распределения слоев нитей по поверхности мембраны неравномерная, что увеличивает

жесткость и неравномерность деформации и рас1феделе1ше пшруаок.

Кроме того, при такой конструкции 11ракт1$чески невозможно равномерно распределить нагрузки на каждую нить, что снижает эффективность работы и прочностные характеристики.

Целью изобретения является расши..решю днаназона преобразования путем . обеспечения работы преобразователя при высоких давлегшях рабочей жидкости и упрощение его конструкции и сборки.

Цель достигается тем, что в пздрав- лнческом преобразователе, содержащем корпус, снабженный крышкой с фланцами ЕЙ проушиной, поршень со штоком и нижней проушиной, сочлененные посредством гофрированных металлических мембран, . располоясенных снарулш эластичных неметаллических мембранС корпусом и образующих рабочую полость, мембраны {мембраншле разделители) выполнены из чередующихся металлических и неме- таллических гофрированш х мембран, гоф ры которых выполнены С переменными геометрическими размерами так:, что гофра последующей мембраг гы вписывается в гофру предыдущей, а гофры металгшческих мембран в зоне их упругих деформаций снабжены плавно расщиряющимися от центра к периферии радиальшэгми прорезями, причем нрорези калодой последующей мембра11ы ориентирова:ь1ы относи- 1 елы1о прорезей предыдущей со смещение в пределах шага прорезей, а фланец последующей мембраны выполнен больших размеров, чем фланец прудыдущей, края фланцев мембран отбортованы в сторону и сопряжены с кольцевыми проточками, которые выполнены ступенчато ) в корпусе и поршне.

Иа фиг. 1 приведен предлагаемый преобразователь; на фиг. 2 - разрез на фиг. 1.

Преобразователь содержит крышку 1, выполненную за одно целое с фланцем 2 и нроущиной 3, ответный фланец 4, снабженный прижимным кольцом 5, которые образуют корпус; поршень б со штоком 7, конец которого резьбовым соединением соединен с 1ижней проушино 8. Методу флагщем 2 крышки 1 и ответным фланцем 4 прочно и герметично зажат нарулшь й торец гофрировшшого мембранного разделителя 9. Внутренний фланец разделителя 9 герметично и прочно аалсат между поршнем 6 и втулкой 10 посредством гайки 11, Вспомогателысый

мембранный разделитель 12,аналогично закрепленный посредством кольца 5, гер-; метизирует выход штока 7.

Мембранные разделители 9 и 12,

поршень 6 со штоком 7, крышка 1 с ({шанцем 2 образуют рабочую полость 13, заполненную жидкостью.

С целью обеснече1-шя прочностных характеристик гофрироваш ых мембранных

разделителей при сохранении их эластичных свойств, обеспечения равномерного распределения усилий между силовыми элементами, каяодый мембранш ш разделитель 9 вьгаолнен из чередуюшихся металлической мембраны 14 с гофрой и неметаллической эластичной, например,резиновой мембраны 15. Причем гофра каждой последующей мембраны вписывается в гофру предыдущей, т.е. мембраны выполнены с переменными геометрическими размерами. Однако гофрированные металлические мембраны 14 обладают значительно большей жесткостью по сравнению с резиновыми мембранами 15.

С целью обеспечения эластичных характеристик металлических мембран 14 в зоне упругих деформаций при перемещении поршня 6 гофры в зоне их перекатывания вынолнены с радиально расположенными и плавно расширяющимися прорезями 16. Паличие расширяюшихся от центра мембраны к периферии прорезей 16 на гофрах значительно снижает жесткость мембраны прн незначительном снижении их прочностных характеристик и исключает- набегания элементов гофр друг на друга при их перекатывании. При этом каждая последующая металлическая мембрана ориентирована относительно предыдущей так, что прорези 16 их гофр сдвинуты одна относительно другой.

Для обеспечения прочности и надежности крепления фланцы металлических мембран 14 вьшолнены с отбортовкой 17,

18в сторону гофр.

Фланды металлических мембран 14 и резиновых мембран 15 своими буртами 17 входят в кольцевые выточки 19, которые вьшопнены в крышке 1. Выточки

19выполнены с переменными геометрическими размерами ступенчато в теле крышки 1.

Огветный фланец 4 снабжен штуцером

20для подсоединения вторичного нрибора (на чертеже не показан).

Крышка 1 с фланцем 2, ответный фланец 4 и прижимное кольцо 5 соединены между собой болтами 21 и 22. Гидравлический преобразователь веса бурового инструмента посредством своих проушин 3,8 и пальцев 23 и 24 соединяется с рычагами 25 и 26 обводной ил перепускной системы талевого каната. Преобразователь веса бурового инстр мента работает следующим образом. Усилие, развиваемое на рычагах 25и 26, через проушины 3 и 8, сжимая жидкость в рабочей полости 13, создает избыточное давление, пропорциональное приложенному усилию, которое через штуцер 20 передается вторичному прибору (на чертеже не показан).. Под действием рабочего избыточного давления резиновые эластичные мембраны 15 плотно прижимаются к гофрам металлических мембран 14 и обеспечива надежную герметизацию рабочей полости 13, исключая утечку жидкости. Усилие, создаюшее избыточное давление в рабочей полости 13, полностью воспринимаетс металлическими мембранами 9, а резиновые мембраны 15 за счет эластичных свойств обеспечивают равномерное распр деление усилий между металлическими мембранами 9. За счет смещения прорезей 16 гофр относительно друг друга в пределах их шага исключается Ььщавли вание резиновых мембран 15 в прорези .16. За счет выполнения прорезей 16 с расширением к периферии исключается за клинивание и набегание элементов гофр 9 друг на друга при их перекатывании по поверхности поршня 6, что дополнительно обеспечивает минимальный гистерезис при максимальном продольном перемещении поршня 6. При перемещении поршня 6 происходит перекатывание гофр и их упругая деформация в зоне прорезей и перемещение элементов гофр относительно друг друга, а возникающие: силы трения между элементами гофр металлических мембран14 значительно ослабляются за счет разобщения металлических мембран 14 резиновыми мембран Ми 15 с высокими эластичными свойства ми, что обеспечивает хорошие метрологические характеристики. Выполнение гидравлического преобразователя веса бурового инструмента такой конструкции обеспечивает высокую надежность, технологичность в изготовлении и работу преобразователя при высоких давлениях жидкости в рабочей полости. За счет высокого давления обеспечиваются высокие метрологические характеристики вьгходного сигнала при компактности конструкции. За счет компактности конструкции обеспечивается экономия легированных сплавов, удобство монтажа, обслуживание. Формула изобретения Гидравлический преобразователь веса бурового инструмента, содержащий корпус, поршень со штоком и гофрированные мембранные разделители, образующие заполненную жидкостью рабочую полость, о т личающИйся тем, что, с целью расширения диапазона преобразования, в нем гофрированные мембранные разделители выполнены многослойньГми из вставленных друг в друга чередующихся металлических и неметаллических мембран, причем фланец каждой последующей мембраны больше фланца предьодущей мембраны, .а края фланцев вьшолнены с буртиками, котцрые вставлены в кольцевые ступенчатые проточки корпуса и поршШ приэтом гофры металлических мембран вьшолнены с плавно расширяюшимися от центра к периферии радиальными прорезями, которые в каждой последующей мембране смещены относительно прорезей в пре- дьздущей мембране в пределах шага прорезей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 518655, кл. G О1 L 7/О8, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР № 531781, кл. Q О1 L. 1/О2, 1976 (прототип).