SU1012055A1 - Устройство дл измерени параметров машин ударно-вращательного действи - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТЮ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ УДАРА МАШИН УДАРНОВРАЩАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ, содержащее установленный в корпусе с цилиндрической направл ющей стакан с разме-щенной В нем наковальней, привод вращени  наковальни,, силойзмерительный датчик и измерительную аппаратуру с регистраторам, отличаю ,щ е ее   тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей, силоизмерительный датчик выполнен В виде магнитоупругого датчика, наковальн  - с цилиндрической направл ющей , В которой магнитопровод датчика установлен жестко с электрическим контактом с ВОЗМОЖНОСТЬЮ вращени  относительно его обмоток, стакан выполнен из изол1щионного материала , а измерительна  аппаратура выполнена В виде двух датчиков Холла, трех усилителей посто нного тока и переключател  параметров, при этом I элемент Холла и измерительна  рбI мотка первого датчика соединены электрически последовательно с наковальней и магнитопроводом, а выход этого датчика через первый усилитель соединен с входом переключател  параметров, с выходом которого соединен элемент Холла второго датчика , измерительна  обмотка которого соединена через второй усилитель с измерительной обмоткой магнитоупругого датчика, а через третий усилитель элемент Холла второго датчика св зан с приводом вращени  наковальни . 2.Устройство пе п. 1, отличающеес  тем, что элемент Холла второго датчика и переключаI тель параметров св заны с приводом вращени  через введенный в измериО ) тельную аппаратуру магнитный барабан выполненный с возможностью варьировани  частоты вращени  и синхронного удалени  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 ичающеес  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,- отличающеес  тем, что В магнитопроводе выполнен паз дл  установки крешера.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике быстропротекающих .физических процессов, в частности к измерению и регистрации параметров механического улара ударных систем, и может быть использовано дл  оптимизации проектировани  ма шин ударного, ударно-вращательного и вращательно-ударного действи , примен емых-в различных отрасл х промышленности. Кроме того, устройство может быть использовано в науч но-исследовательской работе дл  изучени  ударных процессов, происход щих в различных материалах ударной системы. . Известно устройство дл  измерени  силы удара бурового инструмен та, содержащее измерительную аппара туру с датчиком, корпус с ;цилиндрической направл ющей, 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  вл етс  устройство дл  измерени  силы удара бурового инструмента, в котором в отличие от известного содержитс  привод, выполненный в виде электродвигател  с шкивом, соединенным с ведомым шкивом, закр.епленным на наковальне, дл  обеспечени  вращени  наковаль|1и с той же скоростью,что и буровой инструмент Благодар  вращению наковальни известного устройства повышаетс  точность измерени  за счет возможности учета силы трени  при ударе, но функциональные возможности устройства , а именно измерение силы и мощности удара в месте контакта, де формации и ее скорости при ударе, контактных напр жений при ударе, ударных соударений, времени соударе ни  и средних величин удара, ограни чены. Целью изобретени   вл етс  расши рение функциональных.возможностей. Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  измерени  пар метров удара машин ударно-вращатель ного действи , содержащем установленный в корпусе с цилин-дрической направл кйдей стакан с размещенной в HtTM наковсшьней, привод вргидени  наковальни,.силоизмерительный датчи и измерительную аппаратуру с регист ратором, силоизмерительный датчик выполнен в виде магнитоупругого дат чика, наковальн  - с цилиндрической направл ющей, в которой магнитопровод датчика установлен жестко с электрическим контактом с возможностью вращени  относительнее его обмоток, стакан выполнен из изол ционного материала, а измерительна  аппаратура выполнена в виде двух датчиков Холла, трех усилителей посто нного тока и переключател  параметров, при этом глемент Холла и измерительна  обмотка первого датчика соединены электрически последовательно с наковальней и магнитопроводом , -а выход этого датчика через первый усилитель соединен . с входом переключател  параметров, с выходом которого соединен элемент Холла второго датчика, измери- . тельна  обмотка которого соединена через второй усилитель с измерительной обмоткой магнитоупругого датчика , а через третий усилитель элемент Холла второго датчика св зан с приводом вращени  наковальни. Кроме того, элемент.Холла второго датчика н переключатель параметров св заны с приводом вращени  через введенный в измерительную аппаратуру магнитный барабан, выполненный с возможностью варьировани  астоты вращени  и синхронного удалени  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 дл  установки крешера. « На фиг. 1 изображено устройство дл  измерени  параметров удара машин ударно-вращательного действи ; на фиг. 2 - идеальныефункции параметров ударного процесса во времени, где а - оС - деформаци ; d - oL -ско рость деформации/ - - э6 -ударное ускорение/ 2. - Р - сила удара, Э - -энерги  ударного импульса.; 6-8 -мощность ударного импульса. Устройство содержит машину 1 ударно-вращательного действи , 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 направл ющей, электродвигатель 11, изолирующую съемную шестерню 12, со(адиненную валом с наковальней 6 и с конической шестерней вариатора, состо щего из двух конусов 13, механически св занных упругими роликами 14, сид щими на одном валу с возмож11остью их перемещени  по образующим конусо руко тками 15, магнитный барабан 16 с гдловками 17 записи, стирани  18 и считывани  19, дифференциальноинтегральные операционные усилители 20 с выходом через переключатель па раметров 21 на осциллограф 22, гене ратор синхронного удалени  записи ударных импульсов 23, управл емого через переключатель 29 сигналами,снимаемыми с усилителей 25 и 26 прс то нного тока, два датчика Холла, с то щих из измерительных обмоток 27 28, м,агнитопроводов 29 и 30, элемен , тов Холла 31 и 32 соответственно, переключатель 33 параметров, усилитель посто нного тока 34 с элементом обратной св зи 35, источники 36 стабилизированного питани , подшипник скольжени  37 машины 1, который имеет возможность гфопуекать через себ  ток на массу от ударно-вращатель ной штанги 38 во врем  ее соприкосновени  с магнитопроводом 2 магнитоупругого датчика, коллектор 39 подвода .тока к контакту при ударе, кронштейн 40 дл  закреплени  машины 1 ударно-вращательного действи  фик caTopai|W 41, кран 42 энергоносител  энергоисточник 43 ( гидронасос, компрессор , электрогенератор, строботахометр 44. Потенциометры R , R служат дл  симметрировани  выводов элементов Холла, сопротивлени  Rj,  вл ютс  делител ми напр жени . Режим измерени  энергии и мощнос ударного импульса производитс  при левом положении переключател  33. При включении крана 42 энергии от энергоисточника 43 поступает в.машину ударно-вращательного действи , штанга 38 которой--наносцт удары по крешеру или испытуемому образцу 5, при этом передаетс  импульс силы уда ра к магнитопроводу 2 датчика, ас измерительной обмотки 4 .датчика удар ный импульс силы поступает на обмотку 28 Холла через усилитель посто нного 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 скольжени  37, на массу машины 1 (и массу устройства в целом). Ввиду того, что обмотка 27 включена с элементом Холла 31 последовательно , выходное напр жение, снимаемоё с этого элемента на усилитель 25 посто нного тока, равно -с-о, с„ где UCT напр жение источника 36 , питани ; Д. - удельна  проводимость образца 5 , Ь - тол|«ина пластины элемента , (( - посто нна  Холла, N - число витков обмотки датчика Холла/ S - площадь сечени  магнитопровода датчика -Холла, С - произведение посто нных величинJ d - измен ющийс  диаметр п тна контакта. . Это напр жение поступает на усилитель 26, с выхода которого снимаетс  напр жение, пр мо пропорционгшьное деформации при ударе - оС V-Ta, (2):- (2) где Я - радиус индентора ( радиус полусферы штанги 8). Это напр жение 0 поступает на элемент Холла 32, с выхода которого поступает напр женнее на усилитель 26. г., ЭаЬ„.иАЗр«/а -. (3 C,j.UdLP--Coa p c dprCo ® j7 Ударнд  мощность, d-t. . - мгновенное значение силы удара; oL - мгновенна  деформаци , GO - посто нна  произведени  коэффициентов. С выхода усилител  26посто нного тока снимаетс  напр жений II -vr Uxj -М-О Л4; где К - коэффициент усилени  усилител  26. ; Это напр жение поступает на записывающую магнитную головку 17 магнитного барабана 16 и считываетс  одной из головок 19 с подачей импульса , на осциллограф 22 через переключатель параметров 21, при этом барабан 16 должен вращатьс  ; определенной скоростью. Дл  измерени  средней энергии уда.: ра. - E,,-|lf .«.EV,, необходимо проинтегрировать выражение (4), дл  чего переключатели 24 и 33 став тс .в среднее fIOЛожение одновременно , (дл  этого они выполнены сдвоенными, один из операционных усилителей 20 переводитс  в, интегрировани , а магнитный барабан переводитс  с помощью руко ток 15 в режим медленного вращени .

В среднем положении переключателей 24 и 33 головки 17 и 18 отключены и на магнитной дорожке циклически повтор етс  один и тот же (,одиночный импульс. Дополнительное его раст жение по времени можно осуществить уменьшением напр жени  питани  электродвигател  11, При этом все элементы схемы (фиг. 1) за, исключением магнитного барабана 16 с операционны «ш усилител ми20 в работе не участвуют Строботахометр 44 служит дл  установки синхронизма вращени  магнитопровода 2 датчика,, наковальни б и штанги 38 изменением напр жени  питани  электродвигател  11.

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

V. Uj, |o-,;

где - посто нный коэффициент; Р, - индукци  в магнитопроводе 30, пропорциональна  си- ле Р ,. :

Э - ток в элементе Холла, пропорциональный напр жению источника 36 питани . 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 дифференцировани  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 интегрировани  ударных импульсов операционными усилител ми- 20 имеем на экране следующие зависимости:

oLep-Tll- -cX K l .°

р -L, fr dP -. - cp-Kpj j , (11)

где С - врем  соударени  - определ етс  на экране осциллографа с учетом скорости : вращени  барабана и скорости вращени  штанги 38. Контактные напр жени  определ ютс  по закону. Гука с учетом зависимостей (10) и (11).

: В режиме измерени  параметров у ара машин ударного действи  вращеш а магнитопровода 2 датчика и наковальни б исключаетс  путем вывода капроновой шестерни 12 из .зацеплени  с со пр женной шестерней конической передачи путем, например, подн ти  шестерни 12 вверх по валу, который она приводит во вращение, и вывода ее из шлицевого зацеплени  с ним,

В остальном работа устройства происходит аналогично описанному.

В случае испытани  образца 5 неметаллического происхождени  работа контактной части датчика исключаетс . В-этом случае возможны измерени  ударных импульсов

Р

о йР р

I -dt Cp

ср at

Наличие нойЫх элементов и св зей в предлагаемом устройстве значительно расшир ет его функциональные возможности, а также повышает точность измерени  за счет определени  истинных параметров удара машин ударно-вращательного действи  в месте контакта.

л max

oLcp

/

у

О

Pep

fmax

fep

Claims (4)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ УДАРА МАШИН УДАРНОВРАЩАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ, содержащее установленный в корпусе с цилиндрической направляющей стакан с разме-щенной в нем наковальней, привод вращения наковальнй,. силоизмерительный датчик и измерительную аппаратуру с регистратором, отличаю- _;ще е с 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 изоляционного материала, а измерительная аппаратура выполнена в виде двух датчиков Холла, трех усилителей постоянного тока и переключателя параметров, при этом /элемент Холла и измерительная об|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 по п. 1, о т л и чающееся тем, что элемент Холла второго датчика и переключатель параметров связаны с приводом § вращения через введенный в измерительную аппаратуру магнитный барабан, выполненный с возможностью варьиро^ вания частоты вращения и синхронного удаления записанных импульсов, при этом считывающие магнитные головки барабана подсоединены, к регистратору через введенные 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. Устройство по п. 1,- отличающееся тем, что в магнитопроводе выполнен паз для установки крешера.

сл СИ

1 1012055