ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА

Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена для измерения и контроля вращающего момента в системах автоматического регулирования приводов промышленного оборудования.
Известное устройство для измерения крутящего момента, содержащее ведущее и ведомое звенья, упругий элемент, механизм преобразования крутящего момента в осевое перемещение и пневматический датчик положения не обеспечивает достаточную мощность выходного сигнала, что не позволяет использовать его для непосредственного управления работой приводов промышленного оборудования [1].
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству является измерительный преобразователь вращающего момента, содержащий ведущее и ведомое звенья, упругий элемент, механизм преобразования вращающего момента в осевое перемещение и гидравлический усилитель сопло-заслонка [2].
Недостатком такого преобразователя является сравнительно небольшая мощность выходного сигнала, обусловленная полумостовой схемой гидравлического усилителя сопло-заслонка, и сложность конструкции, связанная в первую очередь с подводом рабочей жидкости к вращающемуся гидравлическому усилителю.
Целью полезной модели является повышение мощности выходного сигнала и упрощение конструкции измерительного преобразователя.
Указанная цель достигается тем, что гидравлический усилитель расположен в неподвижном кронштейне, имеет два соосных сопла и два постоянных дросселя, сопла направлены навстречу друг другу и образуют с диском подпружиненного подвижного звена зазоры для прохода рабочей жидкости, постоянные дроссели и сопла гидравлического усилителя соединены по мостовой схеме, а междроссельные камеры сопл сообщаются с полостями управления исполнительного механизма, включенного в диагональ моста.
Сравнение заявленного устройства с прототипом показывает, что имеет место наличие новых деталей и функциональных связей между ними.
Новые детали: гидравлический усилитель сопло-заслонка, выполненный по мостовой схеме и расположенный в неподвижном кронштейне.
Новые функциональные связи: соосные сопла гидравлического усилителя направлены навстречу друг другу и образуют с диском подпружиненного подвижного звена зазоры для прохода рабочей жидкости, постоянные дроссели и сопла гидравлического усилителя соединены по мостовой схеме, а междроссельные камеры сопл сообщаются с полостями управления исполнительного механизма, включенного в диагональ моста.
Использование в измерительном преобразователе гидравлического усилителя сопло-заслонка, выполненного по мостовой схеме позволяет повысить мощность выходного сигнала в два раза по сравнению с прототипом.
Размещение гидравлического усилителя в неподвижном кронштейне существенно упрощает подвод рабочей жидкости к соплам и конструкцию преобразователя в целом.
На фиг. 1 показан измерительный преобразователь, общий вид в разрезе, а на фиг. 2 - профиль торцовых кулачков ведущего и ведомого звеньев.
Измерительный преобразователь вращающего момента (фиг. 1) предназначен для установки на выходном валу привода машины (например, шпинделе станка) внутри коробки скоростей или шпиндельной бабки и содержит втулку 1, на которой на опоре 2 установлено ведущее звено 3 и подвижное в осевом направлении ведомое звено 4. Звено 3 получает вращение от входного или промежуточного вала привода и передает его звену 4 посредством зацепления кулачков трапецеидального профиля (фиг. 2), выполненных на торцах ведущего и ведомого звеньев.
Кулачки звена 4 поджаты к кулачкам звена 3 пружиной 5, предварительный натяг которой можно регулировать гайкой 6, и образуют механизм преобразования вращающего момента в осевое перемещение в виде упругой кулачковой муфты.
Гидравлический усилитель содержит сопла 7 и 8, размещен в неподвижном кронштейне 9 и вместе с постоянными дросселями 10 и 11 образует мостовую схему. В диагональ моста включен исполнительный механизм 12 системы автоматического регулирования привода машины.
Соосные сопла усилителя направлены навстречу друг другу и образуют с диском подпружиненного ведомого звена зазоры (переменные дроссели) для прохода рабочей жидкости.
Питание гидравлического усилителя рабочей жидкостью со стабилизированным давлением производится от насоса, а слив - в коробку скоростей с последующим возвратом в бак насосной станции. При этом масло, разбрызгиваемое внутри коробки скоростей, используется для смазки механических передач и их опор.
1
2
Номинальное сопротивление течению жидкости в зазорах между торцами сопл и диска (заслонки) звена 4 устанавливается смещением сопл в резьбовых отверстиях кронштейна и контролируется по величине давлений p и p в каналах управления исполнительным механизмом 12.
1
2
Оптимальной является настройка, при которой давление p равно давлению p.
Номинальная величина передаваемого вращающего момента регулируется гайкой 6 путем настройки предварительного натяга пружины 5, прижимающей торцовые кулачки звена 4 к кулачкам звена 3.
Измерительный преобразователь работает следующим образом.
Вращающий момент от входного или промежуточного вала привода машины посредством зубчатого зацепления передается ведущему звену 3, затем через торцовые кулачки ведомому звену 4 и далее через втулку 1 выходному валу привода.
В случае, когда момент сил сопротивления превышает настроенную номинальную величину вращающего момента на выходном валу машины, происходит относительный поворот ведущего звена 3 измерительного преобразователя и ведомого звена 4, что приводит к осевому смещению последнего в сторону сжатия пружины 5, то есть влево.
1
2
Осевое смещение диска (заслонки) звена 4 вызывает разнонаправленное изменение зазоров между торцами сопл и заслонки. Зазор между соплом 7 и заслонкой уменьшается, что вызывает увеличение сопротивления течению жидкости и рост давления p в канале управления, а зазор между соплом 8 и заслонкой увеличивается, что приводит к уменьшению сопротивления течению жидкости и уменьшению давления p.
1
2
Разность давлений p и p прямо пропорциональна величине изменения вращающего момента от номинального значения.
Сигнал в виде разности давлений в каналах управления исполнительным механизмом на выходе измерительного преобразователя можно использовать для приведения в действие управляющего элемента системы автоматического регулирования или зарегистрировать по показаниям контрольного прибора.
Источники информации, принятые во внимание
1. Сентяков, Б.А. Применение струйного датчика в устройстве для измерения крутящего момента / Б.А. Сентяков, Г.П. Исупов // Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления: сборник статей. - Под общ. ред. Е.В. Герц. - Вып. 7. - М: Машиностроение, 1979. - С. 215-220.
2. Иванов, В.И. Измерительный преобразователь момента сил резания для гидравлических адаптивных систем управления металлорежущих станков / В.И. Иванов, А.М. Соловьев, СИ. Шарапов // Гидравлические системы металлорежущих станков: межвузовский сборник научных трудов. - Вып. 5. - М.: СТАНКИН, 1980. - С. 45-52 (прототип).