МАШИНА СИЛОЗАДАЮЩАЯ (СИЛОИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ) СЖАТИЯ ОБРАЗЦОВАЯ
STANDARD COMPRESSION FORCE-SETTING (FORCE-MEASURING) MACHINE

Изобретение относится к метрологической технике, к технике обеспечения единства измерения силы, а именно к машинам - эталонам силы.
Известны эталоны силы - первичный эталон, обеспечивающий воспроизведение силы с наивысшей точностью (в каждой конкретной стране). В РФ первичным эталоном силы является установка прямого нагружения поверяемых средств эталонными гирями на предельную нагрузку 1000 кН, эксплуатируемая в ГФП ВНИИМ им. Д.И.Менделеева (Санкт-Петербург). Известны также образцовые силозадающие средства, осуществляющие нагружение поверяемых средств измерения сил образцовыми гирями посредством рычага с соотношением длин плеч 20. К таковым относится образцовая силоизмерительная машина с электромеханическим приводом нагружения на предельное нагружение 2000 кН растяжения и сжатия (ОСМ2-200-10, ГОСТ 8.065), поверяемая (аттестуемая) вторичным эталоном силы.
Недостатками метода прямого нагружения и метода нагружения посредством рычага являются сложность конструкции и высокая цена большегрузных образцовых (эталонных) гирь что практически делает неперспективным дальнейшее повышение пределов нагружения этими методами, о чем свидетельствует тот факт, что уже несколько десятилетий вопрос повышения нагрузочной способности аналогичных эталонов не решается, хотя потребность в этом крайне актуальна, при этом и тиражирование ранее созданных и выпущенных рычажных машин не ведется более 20 лет.
Известны метрологические машины прямого нагружения с применением образцовых гирь весом значительно более низким в сравнении с предельной грузоспособностью поверяемых средств, работающих по принципу замещения веса образцовых гирь усилием дополнительного гидравлического нагружающего устройства, сохраняющего предельную нагрузку после каждого приложения силы образцовыми гирями. Недостатками таких машин являются конструктивная сложность системы дополнительного нагружения и ее недостаточная надежность в части стабильности поддержания заменяющей нагрузки гидравлической системой, а также ступенчатость нагружения гирями (Источник информации: справочник «Испытательная техника», издательство «Машиностроение», 1982, г.Москва, глава 27, под редакцией В.В.Клюева).
Наиболее близким прототипом предлагаемого устройства является «Машина гидравлическая силоизмерительная образцовая» (патент РФ №2122715). Машина содержит силовую раму, образованную основанием, траверсой и колоннами. В основании установлен нагружающий гидроцилиндр, в траверсе - образцовый датчик силы на предельную нагрузку машины. Диапазон измерения, к примеру, для машины на предельную нагрузку 1000 кН исходя из условий, что диапазон для каждого эталона силы принят max/min 10, при наличии на машине штатного образцового средства на 1000 кН, установленного в траверсе, нижний предел задаваемых (поверяемых) нагрузок составляет 100 кН.
Аттестацию этой машины можно проводить с использованием вторичного эталона на 1000 кН, аттестованного на первичном эталоне.
Предлагается образцовая силозадающая (силоизмерительная) машина сжатия, обеспечивающая как одиночное, так и групповое применение штатных (для заявляемой машины вторичных эталонов силы 3 шт.), аттестуемых непосредственно на первичном эталоне (ЭУ), в частности, на 1000 кН, что позволит увеличить предельную нагрузку образцовых машин кратно количеству вторичных эталонов. Такое решение позволит поднять точность переносных динамометров 3-го разряда и датчиков силы, применяемых для метрологической аттестации силового испытательного оборудования, и расширить диапазон воспроизводимых нагрузок. В отличие от прототипа, метрологическая аттестация которого производится путем переноса силы на штатные датчики машины от вторичного эталона, штатные датчики заявляемой машины являются вторичными эталонами, поскольку выполнены без крепежных элементов, и датчики свободно устанавливаются в рабочей зоне первичного эталона, как и в рабочей зоне заявляемой образцовой машины.
Возможность группового применения вторичных эталонов в качестве штатных метрологических средств в заявляемой машине обеспечена тем, что подпружиненная подвеска размещения группы вторичных эталонов обеспечивает лишь касание их к опорным элементам траверсы, практически не вызывая их предварительного нагружения.
Датчик малых нагрузок, установленный в расточке поршня нагружающего гидроцилиндра, опирается на гидравлически подпружиненный поршень с ограничением хода жестким упором от перемещения в направлении зоны поверяемых динамометров, а нажимной диск связан с поршнем нагружающего цилиндра податливыми кольцевыми мембранами, обеспечивающими минимальный зазор между диском и датчиком. При нагружении предельной для малого датчика нагрузкой подпружиненный поршень отступает, а нажимной диск ложится на торец поршня гидроцилиндра, рост нагрузки на малый датчик прекращается, дальнейший рост воспринимает группа датчиков, опирающихся на упоры траверсы.
На прилагаемом рисунке изображена гидрокинематическая схема заявляемой образцовой гидравлической силозадающей машины сжатия, основными агрегатами и узлами которой являются: силовая рама, состоящая из основания 2, траверсы 3, колонн 1, нагружающего гидроцилиндра 4 с поршнем 5, установленные в силовой цепи машины, образцовые датчики (эталоны) силы 6 и 7, опорная плита 9, пружинные подвески 10 с регулировочными винтами 11, упоры 12 траверсы, подпружиненный упругими мембранами диск 13, связанный с поршнем 5 посредством кольцевых упругих мембран для установки поверяемых датчиков силы (динамометров) 14, жесткий упор 15, выполненный в виде резьбовой кольцевой пробки, ограничивающей перемещение поршня 8, насосная установка 16, содержащая напорный клапан 17, сервогидравлический распределитель 18, редукционный клапан 19, электрический блок 20 задания (измерения) нагрузки, блок 21 измерения показаний нагрузки поверяемого датчика силы (динамометра) 14.
Описанная машина работает следующим образом. Предварительно опорная плита 9 с установленными на ней образцовыми датчиками 7 (вторичными эталонами) путем регулирования винтами 11 натяжения пружин 10 устанавливается в положение, при котором между упорами 12 и датчиками 7 остаются минимальные зазоры, исключающие нагружение датчиков 7, предварительно прошедших калибровку и идентификацию на первичном эталоне. Регулировкой положения упора 15 гидравлически подпружиненный поршень 8 устанавливается в положении, при котором между установленным на нем датчиком 6 и диском 13 с установленным на нем поверяемым динамометром 14 обеспечивается минимальный зазор, исключающий возможность нагружения датчика 6. Регулировкой давления в полости под поршнем 8 усилие его на упор 15 устанавливается несколько выше предельно допустимого на датчик 6.
Далее блоком 20 подается управляющий сигнал на сервогидравлический распределитель 18, рабочая жидкость поступает в гидроцилиндр 4, поршень 5 всплывает, начинается процесс нагружения поверяемого динамометра и эталонов машины с остановками в заданных реперных точках нагрузки, блок 21 индицирует показания нагрузки на поверяемый динамометр 14. Если предел измерения поверяемого динамометра 14 не превышает предела измерения эталона 6, весь процесс поверки проходит без учета показаний нагрузки эталонов 7. При поверке динамометров, нижний предел измерения которых выше предела измерения эталона 6, показания эталона 6, достигающие их предела, не учитываются; при этом дальнейшее нагружение эталона 6 прекращается, т.к. "подпружиненный" поршень 8 вместе с эталоном 6 отступает, а нагрузка на поверяемый динамометр 4 через диск 13 замыкается на торец поршня 5.
При поверке динамометров, нижние пределы измерения которых находятся в пределах измерения эталона 6, а верхние - в пределах измерения эталона 7, контроль показаний осуществляется последовательно вначале нагружения по эталону 6 до его предела, затем - по эталону 7, при этом при соотношении пределов нагружения эталона 6 и эталона 7 как 1:10 верхний предел первого и нижний предел измерения второго совпадают. При наличии штатных эталонов на предельные нагрузки Pmax и 0,1 Pmax общий диапазон нагружения составляет 100. После достижения верхней реперной точки эталона 6 (или нижней эталона 7) управление и контроль ведутся по эталону 7.
Таким образом, система нагружения и измерения обеспечивает возможность аттестовать динамометры (датчики силы) на предельные нагрузки в диапазоне предельных нагрузок эталонов 6 и 7.
Кроме этого (широкого диапазона измерения), машина позволяет, благодаря возможности беспроблемной смены эталонов, проводить поверку (аттестацию) датчиков силы (динамометров) широкого диапазона предельных нагрузок. Внедрение машины не сопряжено с какими-либо техническими и метрологическими проблемами.