Устройство для измерения сопротивления сверлению
Полезная модель относится к устройствам для исследования или анализа материалов путем определения их твердости и может быть использована для определения физико-механических свойств растущих деревьев, пиломатериалов, деревянных строительных конструкций и т.д. Целью полезной модели является разработка устройства для измерения сопротивления сверлению, имеющего повышенную надежность, ремонтопригодность и маленький вес, а также позволяющего наиболее точно определять физико-механические свойства исследуемого материала. Это достигается тем, что электрический привод вращения бурового сверла, например, постоянного тока, закреплен на опорно-направляющей каретке, перемещающейся по резьбовому валу, осуществляя подачу и обратное движение бурового сверла вдоль его оси; привод резьбового вала осуществляется через соединительную муфту посредством электрического мотора-редуктора, например постоянного тока, закрепленного неподвижно в корпусе устройства. Каретка с закрепленным на ней электрическим приводом вращения бурового сверла, перемещается по направляющей, выполненной в виде продольного паза на нижней поверхности корпуса внутри устройства. Ограничители перемещения бурового сверла в радиальном направлении, выполнены в виде кареток, установленных подвижно на резьбовом валу. Ограничители перемещения бурового сверла связаны между собой и с кареткой, упругими элементами. Величина сопротивления сверлению, определяется по величинам электрического тока потребляемого электродвигателями привода вращения бурового сверла и вращения резьбового вала и величине электрического напряжения аккумулятора. Глубина внедрения сверла в исследуемый материал определяется в соответствии с величинами времени процесса сверления, скорости вращения и шага резьбы резьбового вала устройства. 6 иллюстраций.
Полезная модель относится к устройствам для исследования или анализа материалов путем определения их твердости и может быть использована для определения физико-механических свойств растущих деревьев, пиломатериалов, деревянных строительных конструкций и т.д.
Известно устройство для измерения сопротивления сверлению, включающее электрический ручной инструмент, осуществляющий единый привод на подачу и вращение бурового сверла, планетарный механизм для записи исследуемого параметра на бумажный носитель, а также продольные направляющие перемещения бурового сверла [1].
Недостатком устройства является то, что единый привод на подачу и вращение бурового сверла не позволяет получать достоверные значения величин мощности расходуемой на резание и, соответственно, физико-механических характеристиках исследуемого материала.
Известно устройство для измерения сопротивления сверлению, включающее два раздельных привода на подачу и вращение бурового сверла, телескопический механизм ограничения смещения бурового сверла, находящихся в корпусе. Устройство комплектуется отдельным блоком для электропитания приводов, записи и распечатки результатов измерений [2].
Эта конструкция устройства для измерения сопротивления сверлению взята нами за прототип.
Недостатками устройства являются: сложность конструкции, снижающая его надежность и ремонтопригодность, большой вес и габариты.
Целью полезной модели является разработка устройства для измерения сопротивления сверлению, имеющего повышенную надежность, ремонтопригодность и маленький вес, а также позволяющего наиболее точно определять физико-механические свойства исследуемого материала.
Это достигается тем, что электрический привод вращения бурового сверла, например, постоянного тока, закреплен на опорно-направляющей каретке, перемещающейся по резьбовому валу, осуществляя подачу и обратное движение бурового сверла вдоль его оси; привод резьбового вала осуществляется через соединительную муфту посредством электрического мотора-редуктора, например постоянного тока, закрепленного неподвижно в корпусе устройства, при этом изменение направления и скорости вращения резьбового вала и соответственно перемещения каретки с электрическим приводом вращения бурового сверла осуществляется, например, посредством изменения полярности напряжения и изменения величины сопротивления резисторов в цепи якоря мотора-редуктора.
Каретка с закрепленным на ней электрическим приводом вращения бурового сверла, перемещается по направляющей, выполненной в виде продольного паза на нижней поверхности корпуса внутри устройства. Возможно исполнение устройства, когда каретка с закрепленным на ней электрическим приводом вращения бурового сверла, имеет специальные отверстия и перемещается по направляющим в виде продольных стержней, закрепленных к передней и задней поверхности корпуса внутри устройства. Также возможно, чтобы каретка с закрепленным на ней электрическим приводом вращения бурового сверла была соединена с поперечной балкой, концы которой посредством подшипников перемещаются в направляющих, установленных на боковых поверхностях внутри устройства.
Ограничители перемещения бурового сверла в радиальном направлении, выполнены в виде кареток, установленных подвижно на резьбовом валу, при этом перемещение ограничителей осуществляется в продольном пазе на нижней поверхности корпуса внутри устройства равнозначно скорости перемещения электродвигателя привода бурового сверла; отверстия в верхней части ограничителей имеют вставки из антифрикционного материала. Ограничители перемещения бурового сверла связаны между собой и с кареткой, на которой закреплен электрический двигатель привода вращения бурового сверла, упругими элементами.
Буровое сверло крепится к валу ротора электрического привода его вращения через соединительную муфту, а корпус устройства имеет специальное закрывающееся отверстие для осуществления процесса крепления, снятия бурового сверла.
Величина сопротивления сверлению, определяется по величинам электрического тока потребляемого электродвигателями привода вращения бурового сверла и вращения резьбового вала и величине электрического напряжения аккумулятора, при этом величина электрического тока определяется посредством датчиков тока, например на основе эффекта Холла, установленных в корпусе устройства, а величина электрического напряжения снимается непосредственно с аккумулятора, питающего устройство. Сигналы с датчиков тока и величина напряжения на клеммах аккумулятора поступают на устройство сбора данных, например, аналого-цифровой преобразователь, и далее на ЭВМ, где с помощью специального программного обеспечения производится сбор замеряемых электрических величин и осуществляется расчет и запись величин потребляемой электрическими приводами электрической мощности.
Глубина внедрения сверла в исследуемый материал определяется в соответствии с величинами времени процесса сверления, скорости вращения и шага резьбы резьбового вала устройства.
На фиг.1 представлена конструкция устройства для измерения сопротивления сверлению; на фиг.2 внешний вид со стороны передней опорной крышки устройства; на фиг.3 представлены варианты исполнения конструкций направляющих каретки с двигателем привода вращения бурового сверла; на фиг.4 представлена конструкция устройства в изометрии; на фиг.5 представлен внешний вид устройства в изометрии; на фиг.6 представлено устройство для измерения сопротивления сверлению, устройство сбора данных и ЭВМ.
Устройство для измерения сопротивления сверлению состоит из:
1 - электрический привод вращения бурового сверла; 2 - электрический мотор-редуктор привода подачи; 3 - буровое сверло; 4 - резьбовой вал; 5 - соединительная муфта мотора-редуктора привода подачи; 6 - соединительная муфта привода вращения бурового сверла; 7 - опорно-направляющая каретка; 8 - крепление упругих связующих элементов; 9 - ограничитель перемещения бурового сверла в радиальном направлении; 10 - вставка из антифрикционного материала; 11 - кронштейн крепления мотора-редуктора привода подачи; 12 - аккумуляторная батарея; 13 - датчики тока; 14 - рукоятка с выключателем; 15 - направляющий паз; 16 - задняя опорная крышка; 17 - передняя опорная крышка; 18 - подшипники резьбового вала; 19 - опорные шипы; 20 - защитная крышка; 21 - направляющий подшипник бурового сверла; 22 - корпус; 23 - крышка для замены бурового сверла; 24 - упругий связующий элемент; 25 - направляющие стержни; 26 - направляющие подшипников; 27 - устройство сбора данных; 28 - ЭВМ.
Устройство работает следующим образом:
В начальный момент времени буровое сверло 3 находится внутри корпуса 22 устройства для измерения сопротивления сверления. Опорные шипы 19, установленные на защитной крышке 20, подводятся и незначительно углубляются в исследуемый материал, например древесину. Через выключатель, находящийся на рукоятке 14 устройства, от аккумуляторной батареи 12 запитывается электрический привод вращения бурового сверла 1, например, постоянного тока, закрепленный на опорно-направляющей каретке 7. Через соединительную муфту 6 осуществляется вращение бурового сверла 3, второй опорой которого служит направляющий подшипник 21. Подача бурового сверла 3 осуществляется после запитывания электрического мотора-редуктора 2, например постоянного тока, закрепленного неподвижно на кронштейне 11 в корпусе устройства 22. При этом крутящий момент через соединительную муфту 5 передается резьбовому валу 4, второй конец которого установлен в подшипнике 18. Каретка 7 с закрепленным на ней электрическим привод вращения бурового сверла 1 начинают перемещаться по резьбовому валу 4, осуществляя внедрение бурового сверла 3 в исследуемый материал. Прямолинейность движения каретки 7 достигается за счет ее перемещения по специальной направляющей 15, выполненной в виде продольного паза на нижней поверхности корпуса внутри устройства 22. Возможно использование в качестве направляющих каретки 7 продольных стержней 25, закрепленных к передней 17 и задней 16 опорным крышкам внутри корпуса устройства, а также возможно крепление каретки 7 с поперечной балкой, концы которой посредством подшипников перемещаются в направляющих 26, установленных на боковых поверхностях внутри устройства. Ограничители перемещения бурового сверла в радиальном направлении 9 со специальными вставками из антифрикционного материала 10 перемещаются по резьбовому валу 4, и в предельном значении выдвижения бурового сверла 3 из корпуса 22 устройства, располагаются на не резьбовой части вала.
В процессе внедрения вращающегося сверла в исследуемый материал и в зависимости от физико-механических характеристик материала величина потребляемого электрического тока приводами 1 и 2 будет варьироваться. Величина электрического тока определяется посредством датчиков тока 13, например, на основе эффекта Холла, установленных в корпусе 22 устройства, а величина электрического напряжения снимается непосредственно с аккумуляторной батареи 12, питающей устройство. Сигналы с датчиков тока 13 и величина напряжения на клеммах аккумулятора 12 поступают на устройство сбора данных 27, например, аналого-цифровой преобразователь, и далее на ЭВМ 28, где с помощью специального программного обеспечения производится сбор замеряемых электрических величин и осуществляется расчет и запись величин потребляемой электрическими приводами электрической мощности. Глубина внедрения сверла в исследуемый материал определяется в соответствии с величинами времени процесса сверления, скорости вращения и шага резьбы резьбового вала устройства.
Изменение направления и скорости вращения резьбового вала 4 и соответственно перемещения каретки 7 с электрическим приводом вращения бурового сверла 1 осуществляется, например, посредством изменения полярности напряжения и изменения величины сопротивления резисторов в цепи якоря мотора-редуктора 2. При осуществлении изменения направления вращения резьбового вала 4, каретка 7 с электрическим приводом вращения бурового сверла 1 перемещаются в обратном направлении, и происходит задвижение сверла 3 в корпус устройства. Посредствам упругих связующих элементов 24 закрепленных в креплениях 8 ограничители перемещения бурового сверла в радиальном направлении 9 возвращаются на исходные позиции.
Устройство снабжено специальной крышкой для замены бурового сверла 23.
1. Устройство для измерения сопротивления сверлению, включающее буровое сверло, приводимое во вращение электрическим приводом, электрический привод подачи бурового сверла, находящиеся в корпусе устройства, отличающееся тем, что электрический привод вращения бурового сверла, например, постоянного тока закреплен на каретке, перемещающейся по резьбовому валу, осуществляя подачу и обратное движение бурового сверла вдоль его оси; привод резьбового вала осуществляется через соединительную муфту посредством электрического мотора-редуктора, например, постоянного тока, закрепленного неподвижно в корпусе устройства, при этом изменение направления и скорости вращения резьбового вала и соответственно перемещения каретки с электрическим приводом вращения бурового сверла осуществляется, например, посредством изменения полярности напряжения и изменения величины сопротивления резисторов в цепи якоря мотора-редуктора.
2. Устройство для измерения сопротивления сверлению по п.1, отличающееся тем, что каретка с закрепленным на ней электрическим приводом вращения бурового сверла перемещается по направляющей, выполненной в виде продольного паза на нижней поверхности корпуса внутри устройства.
3. Устройство для измерения сопротивления сверлению по п.1, отличающееся тем, что каретка с закрепленным на ней электрическим приводом вращения бурового сверла имеет специальные отверстия и перемещается по направляющим в виде продольных стержней, закрепленных к передней и задней поверхности корпуса внутри устройства.
4. Устройство для измерения сопротивления сверлению по п.1, отличающееся тем, что каретка с закрепленным на ней электрическим приводом вращения бурового сверла соединена с поперечной балкой, концы которой посредством подшипников перемещаются в направляющих, установленных на боковых поверхностях внутри устройства.
5. Устройство для измерения сопротивления сверлению по п.1, отличающееся тем, что ограничители перемещения бурового сверла в радиальном направлении выполнены в виде кареток, установленных подвижно на резьбовом валу, при этом перемещение ограничителей осуществляется в продольном пазе на нижней поверхности корпуса внутри устройства равнозначно скорости перемещения электродвигателя привода бурового сверла; отверстия в верхней части ограничителей имеют вставки из антифрикционного материала.
6. Устройство для измерения сопротивления сверлению по п.6, отличающееся тем, что ограничители перемещения бурового сверла связаны между собой и с кареткой, на которой закреплен электрический двигатель привода вращения бурового сверла, упругими элементами.
7. Устройство для измерения сопротивления сверлению по п.1, отличающееся тем, что буровое сверло крепится к валу ротора электрического привода его вращения через соединительную муфту, а корпус устройства имеет специальное закрывающееся отверстие для осуществления процесса крепления, снятия бурового сверла.
8. Устройство для измерения сопротивления сверлению по п.1, отличающееся тем, что величина сопротивления сверлению определяется по величинам электрического тока потребляемого электродвигателями привода вращения бурового сверла и вращения резьбового вала и величине электрического напряжения аккумулятора, при этом величина электрического тока определяется посредством датчиков тока, например, на основе эффекта Холла, установленных в корпусе устройства, а величина электрического напряжения снимается непосредственно с аккумулятора, питающего устройство.
9. Устройство для измерения сопротивления сверлению по п.8, отличающееся тем, что сигналы с датчиков тока и величина напряжения на клеммах аккумулятора поступают на устройство сбора данных, например аналого-цифровой преобразователь, и далее на ЭВМ, где с помощью специального программного обеспечения производится сбор замеряемых электрических величин и осуществляется расчет и запись величин потребляемой электрическими приводами электрической мощности.
10. Устройство для измерения сопротивления сверлению по п.1, отличающееся тем, что глубина внедрения сверла в исследуемый материал определяется в соответствии с величинами времени процесса сверления, скорости вращения и шага резьбы резьбового вала устройства.
