PL240618B1 - Urządzenie do pomiaru wysunięcia tłoczyska siłownika hydraulicznego - Google Patents

Abstract

Urządzenie do pomiaru wysunięcia tłoczyska siłownika hydraulicznego zwłaszcza dużego, w którym wewnątrz zamkniętej obwodowej komory utworzonej pomiędzy rurą (1) cylindra, przegrodą (2) zamykającą komorę roboczą od strony tłoczyska (3) a osadzoną przesuwnie na tłoczysku i ciasno w cylindrze (1) pokrywą (4), do wewnętrznej powierzchni tej pokrywy (4) przymocowany jest sztywno korpus (8) z dwoma ramionami ze współosiowo wykonanymi w nich otworami, w których jest umieszczona i zamocowana sztywno do jednego z tych ramion oś (10), na której osadzone są dwa łożyska toczne (12), na których osadzona jest rolka (13) z amagnetycznego, elastycznego materiału, w ten sposób, że rolka (13) z umiarkowanym oporem styka się z powierzchnią tłoczyska (3), przy czym na powierzchni czołowej rolki (13) wykonanych jest kilka symetrycznie rozmieszczonych otworów, w których wciśnięte są stalowe kołki (14), zaś w ramieniu korpusu (8) wykonane są, w odległości od osi obrotu rolki (13) takiej samej jak odległość rozmieszczenia kołków (14), co najmniej dwa gwintowane otwory, w których wkręcone są czujniki indukcyjne (15) na głębokość zapewniającą odpowiednią odległość ich czół od kołków (14), zaś przewody elektryczne (16) od czujników (15) doprowadzone są do hermetycznego złącza elektrycznego (17) umieszczonego w pokrywie (4). Wariantowo oś (10) urządzenia posiada czop środkowy, na którym osadzone są łożyska toczne (12), wykonany jako mimośrodowy o niewielkim mimośrodzie.

Description

PL 240 618 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru wysunięcia tłoczyska w siłownikach hydraulicznych zwłaszcza dużych. Zagadnienie to jest niezwykle ważne we współczesnych technologiach budowy, montażu oraz precyzyjnego przemieszczania i pozycjonowania dużych i ciężkich zarówno lądowych, jak i oceanotechnicznych obiektów lub elementów konstrukcyjnych z wykorzystaniem kilku równolegle pracujących dużych siłowników hydraulicznych.

Dotychczas stosowane metody pomiaru wysunięcia tłoczyska przedstawione zostały w artykule pt. „Measuring the displacement of hydraulic cylinders”, opublikowanym w czasopiśmie Design Engineer - Instrumentation [5th February, 2013]. Tradycyjnie istnieją trzy różne metody pomiaru ruchów tłoczyska cylindrów hydraulicznych. Jeśli pomiary przesunięcia zostały już uwzględnione na etapie projektowania, w cylindrze można zintegrować czujnik magnetostrykcyjny.

Alternatywnie, jeśli czujnik ma być zamontowany na zewnątrz cylindra lub być zamontowany na zewnątrz cylindra, można zmierzyć przemieszczenie czujników drutu ciągnącego, magnetycznych lub optycznych drążków pomiarowych lub środków taśmowych.

Czujniki magnetostrykcyjne są zaprojektowane tak, aby element pomiarowy znajdował się w obudowie czujnika rurowego. Jest to zawsze nieco dłuższy niż odpowiedni zakres pomiarowy. Elektronika obliczeniowa znajduje się na lub u podstawy cylindra na tylnym końcu czujnika. W przypadku czujników magnetostrykcyjnych jako nadajnik położenia stosuje się magnes wewnątrz tłoka. Ponieważ te czujniki są zaprojektowane jako odporne na ciśnienie, można je zintegrować z cylindrem. Modyfikacja czujnika dla aplikacji, przez regulowanie długości pręta, jest na ogół prosta. Jednakże w otworze w rurze tłocznej potrzebny jest otwór w trzonie tłoka. Im większy jest ruch przesuwny tłoczyska, tym głębszy jest ten otwór. W przypadku cylindrów o dużej pojemności, na przykład w bramach śluzowych, może to wymagać otworu o głębokości około jednego metra. Pionowe wytaczanie tłoka cylindra w tym zakresie wielkości i bez przechylania jest dużym wyzwaniem.

Znane jest także rozwiązanie, w którym czujnik znajduje się na spodzie komory roboczej cylindra, a drut pomiarowy jest przymocowany do spodu tłoka. Szczególnym wyzwaniem było zaprojektowanie czujnika i kierowanie sygnału na zewnątrz, ponieważ otwór w obudowie cylindra jest zawsze słabym punktem - przy wyższym ciśnieniu oleju istnieje duże ryzyko wycieku oleju.

Znane mechanizmy pomiaru wysunięcia siłownika cechuje znaczna złożoność konstrukcji, trudny dostęp do czujników pracujących w zmiennych warunkach ciśnienia oraz wysoki koszt wykonania i eksploatacji.

Urządzenie do pomiaru wysunięcia tłoczyska siłownika hydraulicznego zwłaszcza dużego charakteryzuje się według wynalazku tym, że wewnątrz zamkniętej obwodowej komory utworzonej pomiędzy rurą cylindra, przegrodą zamykającą komorę roboczą od strony tłoczyska a osadzoną przesuwnie na tłoczysku i ciasno w cylindrze pokrywą, do wewnętrznej powierzchni tej pokrywy przymocowany jest sztywno korpus. Pokrywa zaopatrzona jest w pierścień zgarniający i pierścień uszczelniający, które umieszczone są w obwodowych rowkach odpowiednio na wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni walcowej pokrywy, która zamocowana jest do przegrody. Korpus posiada dwa ramiona ze współosiowo wykonanymi w nich otworami, w których jest umieszczona i zamocowana sztywno do jednego z tych ramion, za pomocą nakrętek, oś, na której w odstępach określonych długością tulejek dystansowych osadzone są dwa łożyska toczne. Na tych łożyskach osadzona jest rolka z amagnetycznego, elastycznego materiału, korzystnie z twardej gumy, w położeniu prostopadłym do osi siłownika i w takiej odległości, że rolka z umiarkowanym oporem styka się z powierzchnią tłoczyska. Na powierzchni czołowej rolki wykonanych jest kilka symetrycznie rozmieszczonych otworów, w których wciśnięte są stalowe kołki. W ramieniu korpusu wykonane są, w odległości od osi obrotu rolki takiej samej jak odległość rozmieszczenia kołków, co najmniej dwa gwintowane otwory, w których wkręcone są, czujniki Indukcyjne na głębokość zapewniającą odpowiednią odległość ich czół od kołków. Przewody elektryczne od czujników doprowadzone są do hermetycznego złącza elektrycznego umieszczonego w pokrywie.

Korzystnie oś posiada czop środkowy, na którym osadzone są łożyska toczne, wykonany jako mimośrodowy o niewielkim mimośrodzie.

Zespół pomiarowy umieszczony jest w zamkniętej komorze bezciśnieniowej znajdującej się w korpusie cylindra, poza komorami roboczymi, za przegrodą z elementami prowadzącymi i uszczelniającymi tłoczysko. W osi pokrywy wykonany jest cylindryczny otwór z obwodowym kanałkiem, w którym osadzony jest elastyczny, pierścień zgarniająco-uszczelniający. Średnica tego otworu jest nieco większa od średnicy tłoczyska, co umożliwia jego swobodny przesuw względem pokrywy przy zachowaniu

PL 240 618 B1 szczelności komory z zespołem pomiarowym. Do wewnętrznej powierzchni czołowej pokrywy przymocowany jest śrubami lub przyspawany korpus z elementami urządzenia pomiarowego. Korpus ten posiada dwa ramiona, w których wykonano współosiowo cylindryczne otwory o różnych średnicach. Oś tych otworów jest w płaszczyźnie prostopadłej do osi cylindra, W otworach tych osadzona jest oś i zamocowana sztywno do jednego z ramion korpusu za pomocą nakrętek. Na osi tej można wyróżnić trzy cylindryczne czopy o skokowo zmniejszającej się średnicy oraz część gwintowaną zakończoną poprzecznym rowkiem pod wkrętak. Czopy zewnętrzne ustalają położenie osi w ramionach korpusu, zaś na czopie środkowym osadzone są dwa łożyska toczne, a na nich osadzona jest rolka wykonana z twardej gumy lub innego tworzywa o odpowiednich właściwościach. Parametry geometryczne tych elementów oraz ich położenia są tak dobrane, że rolka swoją powierzchnią walcową lekko naciska na tłoczysko tak, że przesuwanie się tłoczyska w cylindrze spowoduje obracanie się rolki.

Rozwiązanie według wynalazku pozwala w bardzo prosty sposób, poprzez zmianę położenia kątowego zamocowania osi z rolką w ramieniu korpusu, regulować precyzyjnie w zakresie 1 mm promień toczny rolki i wartość docisku rolki do tłoczyska. Można tego dokonać, luzując nakrętki na osi, a następnie pokręcając wkrętakiem oś o kreślony kąt i ponownie dokręcając nakrętki, blokując tym samym zmienione położenie kątowe osi. Po takiej regulacji należy tylko do programu komputerowego wprowadzić nową wartość promienia rolki i sprawdzić dokładność wskazań przez pełne wysunięcie i wsunięcie tłoczyska o znanej wartości przemieszczenia.

Pomiar kierunku i prędkości obrotowej rolki oraz liczby jej obrotów realizowany jest za pomocą co najmniej dwóch czujników indukcyjnych umieszczonych osiowo w ramieniu korpusu w odległości równej promieniowi osadzenia w rolce stalowych kołków współpracujących z czujnikami. Przewody z czujników wyprowadzone są za pomocą hermetycznego złącza umieszczonego w ściance pokrywy na zewnątrz komory i dalej do komputera lub innego urządzenia sterującego.

Wynalazek cechuje się w stosunku do sposobów dotychczas stosowanych kilkoma bardzo istotnymi zaletami, a mianowicie:

- zespół pomiarowy jest prosty pod względem konstrukcyjnym, a przez to relatywnie niezawodny i tani; - zespół ten umieszczony jest w przestrzeni komory zamkniętej, w której panują stabilne i stosukowo korzystne warunki pracy, praktycznie niezależnie od bardzo zmiennych, zwłaszcza jeśli chodzi o ciśnienie, warunków w komorach roboczych siłownika, co ma bardzo duże znaczenie, szczególnie dla zapewnienia poprawnego i długotrwałego działania czujników;

- łatwy dostęp do zespołu pomiarowego bez potrzeby odłączania hydraulicznego siłownika, wymagający jedynie odkręcenia śrub mocujących pokrywę i wysunięcia częściowego tłoczyska wraz z pokrywą na tyle, aż zamocowany na ścianie wewnętrznej pokrywy zespól pomiarowy będzie w pełni dostępny, co bardzo ułatwia kontrolę i regulację zespołu, a także ewentualną wymianę jego elementów;

- w wariancie z osią mimośrodową prosty i łatwy sposób regulacji siły docisku rolki do tłoczyska i wprowadzania korekty do programu pomiarowego, co znacznie wydłuży czas użytkowania rolki nawet w przypadku pewnych zmian właściwości materiału, z którego jest wykonana bez potrzeby wymiany na nową.

Wynalazek jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, który na fig. 1 i fig. 2 przedstawia fragment siłownika, pokazany w dwóch rzutach, z wbudowanym w nim urządzeniem (zespołem pomiarowym) stanowiącym przedmiot wynalazku.

Rurę cylindra 1 cylindra hydraulicznego wykonuje się dłuższą, tak by wystawała o kilkadziesiąt mm poza przegrodę 2 zamykającą komorę roboczą od strony tłoczyska 3, a na tłoczysku osadza się pokrywę 4. Pokrywa 4 ma kształt cylindrycznej tarczy z osiowo wykonanym otworem o średnicy nieco większej od średnicy tłoczyska 3. Na wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni walcowej pokrywy 4 wykonane są obwodowe rowki, w których osadzone są odpowiednio - pierścień zgarniający 5 i pierścień uszczelniający 6, a na powierzchni czołowej są cztery równomiernie rozmieszczone otwory pod śruby 7 mocujące pokrywę 4 do przegrody 2. Do wewnętrznej powierzchni pokrywy 4 przyspawany lub w inny sposób przymocowany jest sztywno korpus 8 z dwoma ramionami, w których wykonane są współosiowo otwory o różnych średnicach, przy czym ich oś symetrii jest w płaszczyźnie prostopadłej do osi siłownika. W otworach tych osadzona jest oś 10 z trzema walcowymi czopami o stopniowo zmniejszającej się średnicy i z gwintowaną końcówką umożliwiającą sztywne zamocowanie osi za pomocą nakrętek 9 do ramienia i otworem o mniejszej średnicy. Na środkowym czopie osi 10 osadzone są dwa łożyska toczne 12, przykładowo kulkowe, na których osadzona jest rolka 13 wykonana z twardej olejoodpornej gumy lub z innego tworzywa o odpowiednich właściwościach. Położenie łożysk ustalone jest za pomocą

Claims (2)

1. PL 240 618 B1 tulejek dystansowych 11. Na czołowej powierzchni rolki wykonane są przykładowo cztery, symetrycznie rozmieszczone otwory, w które wciśnięte są stalowe kołki 14. W ramieniu z większym otworem korpusu 8 wykonane są dwa gwintowane otwory, których osie oddalone są w przybliżeniu od osi czopów o tę samą wartość, co otwory z kołkami 14 rozmieszczone w rolce 13. W te gwintowane otwory ramienia wkręcone są czujniki indukcyjne 15 w taki sposób, by płaszczyzna czół tych czujników znajdowała się w odpowiednio małej odległości od płaszczyzny czół kołków 14 dla zapewnienia ich prawidłowego działania. Podczas pracy siłownika przesunięcie liniowe tłoczyska 3 spowoduje ruch obrotowy toczącej się po nim rolki 13 i tym samym generowanie sygnałów w czujnikach 15. Przewody elektryczne 16 z czujników 15 dochodzą do hermetycznego złącza elektrycznego 17 umieszczonego w ścianie pokrywy 4 i poprzez to złącze wyprowadzone są na zewnątrz siłownika do komputera lub innego urządzenia sterującego. Zainstalowanie zespołu pomiaru wysuwania tłoczyska do przedstawionego typowego siłownika wymagało w tym przypadku jedynie wydłużenia rury 1 cylindra o 42 mm oraz wykonania pokrywy 4 i pierścienia zgarniającego 5 oraz uszczelniającego 6, co w konsekwencji spowodowało zwiększenie długości siłownika tylko o 50 mm.

   W wariancie wykonania oś 10 posiada czop środkowy, na którym osadzone są łożyska toczne 12. Czop ten wykonany jest jako mimośrodowy o niewielkim mimośrodzie. Wartość przesunięcia osi tego czopa względem osi pozostałych czopów wynosi e = 0,5 mm.

   Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do pomiaru wysunięcia tłoczyska siłownika hydraulicznego zwłaszcza dużego znamienne tym, że wewnątrz zamkniętej obwodowej komory utworzonej pomiędzy rurą (1) cylindra, przegrodą (2) zamykającą komorę roboczą od strony tłoczyska (3) a osadzoną przesuwnie na tłoczysku i ciasno w cylindrze (1) pokrywą (4) zaopatrzoną w pierścień zgarniający (5) i pierścień uszczelniający (6), które umieszczone są w obwodowych rowkach odpowiednio na wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni walcowej pokrywy (4), która zamocowana jest do przegrody (2), do wewnętrznej powierzchni tej pokrywy (4) przymocowany jest sztywno korpus (8) i dwoma ramionami ze współosiowo wykonanymi w nich otworami, w których jest umieszczona i zamocowana sztywno do jednego z tych ramion za pomocą nakrętek (9) oś (10), na której w odstępach określonych długością tulejek dystansowych (11) osadzone są dwa łożyska toczne (12), na których osadzona jest rolka (13) z amagnetycznego, elastycznego materiału, korzystnie z twardej gumy, w położeniu prostopadłym do osi siłownika i w takiej odległości, że rolka (13) z umiarkowanym oporem styka się z powierzchnią tłoczyska (3), przy czym na powierzchni czołowej rolki (13) wykonanych jest kilka symetrycznie rozmieszczonych otworów, w których wciśnięte są stalowe kolki (14), zaś w ramieniu korpusu (8) wykonane są, w odległości od osi obrotu rolki (13) takiej samej jak odległość rozmieszczenia kołków (14), co najmniej dwa gwintowane otwory, w których wkręcone są czujniki indukcyjne (15) na głębokość zapewniającą odpowiednią odległość ich czół od kołków (14), zaś przewody elektryczne (16) od czujników (15) doprowadzone są do hermetycznego złącza elektrycznego (17) umieszczonego w pokrywie (4).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że oś (10) posiada czop środkowy, na którym osadzone są łożyska toczne (12), wykonany jako mimośrodowy o niewielkim mimośrodzie.