Датчик ударной скорости машин

Полезная модель относится к технике контроля и измерений и может быть использована для испытания машин и механизмов ударного действия как в полевых условиях, так и в условиях испытательных лабораторий, в частности, для измерения энергии единичного удара машин и механизмов при приемо-сдаточных испытаниях. Задачей при разработке конструкции полезной модели является увеличение мощности выходного сигнала датчика и повышение точности измерения. Поставленная задача решена за счет того, что электромагнитная катушка 2 содержит две независимые обмотки 3 и 4, одна из которых соединена с источником питания 1, а другая - с измерительным прибором ИП, кроме того, подпружиненный корпус датчика выполнен в виде перевернутого стакана 5 с подпружиненной снизу крышкой 6, выполненной заодно с втулкой, опирающейся в подпружиненную шайбу 9, установленную с возможностью опирания в рабочий инструмент 12, причем в нижней части стакана между электромагнитной катушкой 2 и крышкой 6 установлено стопорное кольцо 11.

Полезная модель относится к технике контроля и измерений и может быть использована для испытания машин и механизмов ударного действия как в полевых условиях, так и в условиях испытательных лабораторий, в частности, для измерения энергии единичного удара машин и механизмов при приемо-сдаточных испытаниях.

Известен датчик, имеющий стержневой якорь с полюсным наконечником, который связан с испытуемым объектом (Потапов Н.П. и др. Индукционный датчик скорости линейных перемещений. В кн.: Электрические силовые импульсные системы, ч.1. Новосибирск : Изд-во СО АН СССР, 1969. - С 217-222).

Недостатком известного датчика скорости при испытаниях машин ударного действия является значительная погрешность, обусловленная отскоком якоря от ударной части испытуемой машины после их соударения.

Известен также индукционный датчик ударной скорости машин, содержащий магнит, магнитопровод, неподвижный полюсный наконечник, несущий каркас с измерительной обмоткой, стержневой якорь с полюсным наконечником, снабженный предварительно осаженной пружиной для поджатия якоря, причем измерительная обмотка выполнена укороченной и размещена на неподвижном полюсном наконечнике (А.с. СССР №622099, М. кл. G 01 Р 3/50, 1978).

Недостатком данного индукционного датчика является большой ход якоря датчика, что не дает возможность моделировать опирание (упор) инструмента в рабочую среду. Кроме того, электрический сигнал, возникающий при соударении с инструментом, невелик, так как конструкцией датчика не предусмотрен мгновенный (скачкообразный)

разрыв магнитноэлектрической цепи. Это влечет за собой увеличение погрешности измерения.

Наиболее близким к заявленному изобретению является индукционный датчик ударной скорости машин, в котором магнитопровод образован подпружиненным корпусом датчика, замкнутым полюсным наконечником стержневого якоря, при этом корпус датчика установлен с возможностью перемещения вместе с электромагнитной катушкой относительно стержневого якоря с полюсным наконечником и разрыва магнитопровода по его поперечному сечению (Пат. РФ №2110072. Индукционный датчик ударной скорости машин/ Стихановский Б.Н.).

Недостатком этого индукционного датчика является невысокая мощность выходного сигнала Р, поскольку

P=V*F-cos (1),

где F - электромагнитная сила;

V - предударная скорость бойка;

- угол между векторами силы и скорости.

Для данной конструкции датчика 90°, соответственно величина выходной мощности Р будет мала, а выходной сигнал будет изменяться за счет изменения плотности магнитного потока, вызванного изменением площади перекрытия между корпусом и полюсным наконечником.

В конструкции датчика не был учтен принцип Аббе: измерительный преобразователь измерительной системы не расположен вдоль линии измерения, что снижает точность измерения. Кроме того, крепежное приспособление индукционного датчика ударной скорости машин, являясь дополнительным звеном измерительной размерной цепи, вносит погрешность в результаты измерений.

Задачей при разработке конструкции полезной модели является увеличение мощности выходного сигнала датчика и повышение точности измерения.

Поставленная задача решена за счет того, что электромагнитная катушка содержит две независимые обмотки, одна из которых соединена с источником питания, а другая - с измерительным прибором, кроме того, подпружиненный корпус датчика выполнен в виде перевернутого стакана с подпружиненной снизу крышкой, выполненной заодно с втулкой, опирающейся в подпружиненную шайбу, установленную с возможностью опирания в рабочий инструмент, причем в нижней части стакана между электромагнитной катушкой и крышкой установлено стопорное кольцо.

На чертеже изображен датчик ударной скорости машин с катушкой подмагничивания, устанавливаемый на рабочий инструмент ударного механизма.

Датчик содержит источник магнитного поля 1, электромагнитную катушку 2, которая содержит две независимые обмотки - обмотку питания 3 и измерительную обмотку 4. Верхняя часть корпуса, выполнена в виде перевернутого стакана 5. Крышка 6 выполнена заодно с втулкой, внутренняя поверхность которой является посадочной поверхностью датчика.

Пружины сжатия 7 и 8 упираются в шайбу 9 и опорный элемент 10 соответственно и обеспечивают возвратно-поступательное перемещение крышки 6 в исходное положение после отлета при нанесении удара по рабочему инструменту, а также осуществляют постоянное прижатие крышки 6 к корпусу 5 с минимальным зазором, при замкнутом магнитопроводе.

Стопорное кольцо 11 установлено с радиальным натягом в канавке корпуса 5 и предназначено для осевой фиксации катушки 2 с обмотками 3 и 4 в корпусе.

Такое фиксированное положение катушки с обмотками относительно корпуса и незначительное осевое возвратно-поступательное перемещение относительно рабочего инструмента, позволяет исключить на них влияние ударной нагрузки.

Вся конструкция располагается на рабочем инструменте 12.

Напряжение питания первичной обмотки контролируется с помощью вольтметра постоянного тока V, а изменение ЭДС фиксируется измерительным прибором ИП.

Датчик работает следующим образом.

После удара ударником по рабочему инструменту 12, он начинает движение, перемещая шайбу 9 и крышку 6 относительно корпуса 5. В момент отрыва крышки 6 от корпуса 5, измерительным прибором ИП фиксируется максимальное значение ЭДС, наводимой во вторичной обмотке катушки, прямо пропорциональное скорости рабочего инструмента. Возврат крышки в исходное положение обеспечивает пружина 8.

При последующих ударах работа датчика аналогична вышеописанному.

Предлагаемый датчик обладает высокой мощностью выходного сигнала Р, поскольку вектора силы и скорости расположены на одной прямой и выражение (1) примет вид

P=V*F, (2)

где F - электромагнитная сила;

V - предударная скорость бойка.

Соблюдение принципа Аббе и принципа кратчайших размерных цепей позволило повысить точность датчика.

Кроме того, за счет резкого изменения магнитного потока в момент разрыва магнитной цепи датчика повысилась ЭДС сигнала, что позволяет использовать сравнительно малочувствительные указатели на выходе измерительной цепи и регистрировать измеряемую переменную величину осциллографом или импульсным вольтметром без предварительного усиления.

Разработанная в ходе решения поставленной задачи конструкция обеспечивает надежную работу датчика при измерении энергии удара машин и механизмов ударного действия в широком диапазоне частот при большом разбросе значений энергии.

Датчик ударной скорости машин, содержащий источник магнитного поля, электромагнитную катушку, упругий элемент, магнитопровод, образованный подпружиненным корпусом датчика, при этом корпус датчика установлен с возможностью разрыва магнитопровода по его поперечному сечению, отличающийся тем, что электромагнитная катушка содержит две независимые обмотки, одна из которых соединена с источником питания, а другая - с измерительным прибором, кроме того, подпружиненный корпус датчика выполнен в виде перевернутого стакана с подпружиненной снизу крышкой, выполненной заодно с втулкой, опирающейся в подпружиненную шайбу, установленную с возможностью опирания в рабочий инструмент, причем в нижней части стакана между электромагнитной катушкой и крышкой установлено стопорное кольцо.