СТЕНД ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИНЫ ОКРУЖНОСТИ ДНИЩ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Полезная модель относится к автоматизированным средствам измерения длины окружности днищ крупногабаритных цилиндрических изделий при их вращении относительно своей оси, преимущественно для измерения длины окружности днищ котлов с целью их селекции при изготовлении железнодорожных цистерн, и может быть использована на вагоностроительных и вагоноремонтных предприятиях при изготовлении, модернизации и капитальном ремонте различных типов железнодорожных цистерн, а также на машиностроительных предприятиях, выпускающих цилиндрические контейнеры, резервуары и газгольдеры больших диаметров.
В производственных условиях измерение длины окружности днищ крупногабаритных цилиндрических изделий, изготавливаемых из листового проката способами штамповки, вальцевания или отбортовки, осуществляется контактными или бесконтактными средствами. Бесконтактные средства измерений обладают достаточно высокой точностью, однако имеют сложную конструкцию, сравнительно большие габаритные размеры и повышенную чувствительность к помехам (см. патент RU №2054624, МПК G01B 21/00, дата публикации 20.02.1996 г.). Контактные средства измерений лишены большинства из указанных недостатков, обладают меньшей погрешностью при измерении и являются менее дорогостоящими при изготовлении и эксплуатации.
Известен стенд для измерения длины окружности крупногабаритных цилиндрических изделий (см. патент UA №21402А, МПК G01B 7/12, дата публикации 02.12.1997 г.), содержащий основание, приводной механизм для вращения упомянутых изделий, измерительное устройство и блок обработки результатов измерения. Основание предназначено для центрирования крупногабаритных цилиндрических изделий при их вращении и выполнено неподвижным. Приводной механизм выполнен в виде приводного вала редуктора станка. Измерительное устройство содержит мерный ролик и преобразователь частоты вращения измеряемого изделия, который включает диск контроля частоты вращения измеряемого изделия, два источника света, два фотоприемника, формирователи прямоугольных и синусоидальных импульсов, временной селектор, управляемый генератор квантующих импульсов, частотный детектор, двоичный счетчик, схему индикации и цифровое отсчетное устройство. Мерный ролик выполнен с насечками по периметру для исключения проскальзывания по поверхности изделий при их вращении и содержит отверстия, расположенные по его окружности с одинаковым шагом друг относительно друга. Аналогичные отверстия выполнены на диске контроля частоты вращения, закрепленном вместе с измеряемым изделием на приводном валу редуктора станка. Источники света и фотоприемники расположены попарно по обе стороны от мерного ролика и от диска контроля частоты вращения. Блок обработки результатов измерения предназначен для обработки значений двоичных кодов, образуемых на выходе двоичного счетчика, путем сравнения полученных значений измеряемого изделия с заданными параметрами его изготовления и выполнен в виде микро-ЭВМ. Преобразователь частоты вращения измеряемого изделия и блок обработки их результатов соединены между собой посредством схемы управления. Определение длины окружности крупногабаритных цилиндрических изделий осуществляется в микроЭВМ путем их вычисления по зависимости между диаметром мерного ролика, частотой его вращения, частотой вращения измеряемого изделия и коэффициентом, учитывающим скольжение мерного ролика по изделию.
Недостатками известной конструкции стенда являются:
- ограниченные технологические возможности, обусловленные конструктивным исполнением основания и измерительного устройства, которые не позволяют осуществлять измерение длины окружности крупногабаритных цилиндрических изделий различных типов, в частности, днищ котлов;
- недостаточная точность результатов измерения, обусловленная повышенной чувствительностью измерительного устройства к качеству поверхности изделия и к условиям его эксплуатации, в частности, к запыленности и вибрации, влияющим на фотометрические характеристики средств измерения;
- сравнительно высокие трудоемкость и продолжительность операций, обусловленные как сложностью переналадки стенда при измерении цилиндрических изделий с разной длиной окружности, так и отсутствием в блоке обработки результатов измерения средств для автоматического сохранения информации о выполненных измерениях, что вызывает необходимость в организации их дополнительного учета.
В основу полезной модели поставлена задача создания такого стенда для измерения длины окружности днищ крупногабаритных цилиндрических изделий, в котором за счет иного конструктивного исполнения основания с платформой и измерительного устройства, иной их взаимосвязи между собой, а также введения системы управления, выполненной с возможностью автоматического измерения длины окружности изделий заданного типоразмерного ряда и сохранения информации о результатах измерений, обеспечивается расширение технологических возможностей стенда, позволяющее выполнять измерение различных типов упомянутых изделий при одновременном повышении точности и снижении трудоемкости и продолжительности этих операций.
Поставленная задача решается тем, что стенд для измерения длины окружности днищ крупногабаритных цилиндрических изделий, содержащий основание, приводной механизм для вращения изделий, измерительное устройство с мерным роликом, соединенное с блоком обработки результатов измерения, согласно полезной модели содержит платформу с установочными элементами для базирования и фиксирования упомянутых изделий, закрепленную на основании с возможностью вращения относительно него посредством приводного механизма, установочные элементы закреплены на платформе с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно нее в радиальном направлении, а измерительное устройство выполнено с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно платформы в радиальном направлении и содержит обкатной ролик и соединенный с мерным роликом преобразователь его вращательного движения в цифровые импульсы, при этом стенд содержит систему управления, связанную с приводным механизмом, преобразователем вращательного движения мерного ролика в цифровые импульсы и блоком обработки результатов измерения и выполненную с возможностью автоматического измерения упомянутых изделий заданного типоразмерного ряда и сохранения информации об измерениях.
Для повышения точности измерений преобразователь вращательного движения мерного ролика в цифровые импульсы выполнен в виде энкодера.
Для снижения трудоемкости и продолжительности выполняемых операций в целом система управления содержит шкаф управления с пусковой аппаратурой, сенсорной панелью оператора, управляющим контроллером и органами защиты, управления и сигнализации.
Совокупность общих и отличительных существенных признаков заявляемой полезной модели позволяет реализовать в конструкции стенда более широкие технологические возможности, позволяющее выполнять измерение длины окружности днищ крупногабаритных цилиндрических изделий заданного типоразмерного ряда при одновременном повышении точности измерений и снижении трудоемкости и продолжительности выполнения этих операций. За счет выполнения платформы с установочными элементами для базирования и закрепления упомянутых изделий, закрепления платформы на неподвижном основании с возможностью вращения относительно него посредством приводного механизма, а также конструктивного исполнения установочных элементов обеспечивается возможность базирования и фиксирования на стенде различных типов крупногабаритных цилиндрических изделий и существенное снижение трудоемкости и продолжительности подготовительно-заключительных операций. Выполнение измерительного устройства с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно платформы также позволяет уменьшить трудоемкость и продолжительность этих операций. Выполнение измерительного устройства с обкатным роликом и соединенным с мерным роликом преобразователем его вращательного движения в цифровые импульсы, выполненным в виде энкодера, в значительной степени снижает зависимость от качества поверхности изделия и от условий выполнения измерений и повышает их точность. Выполнение системы управления, связанной с приводным механизмом, преобразователем числа оборотов мерного ролика в цифровые импульсы и блоком обработки результатов измерения и выполненной с возможностью автоматического измерения днищ крупногабаритных цилиндрических изделий заданного типоразмерного ряда и сохранения информации об измерениях, позволяет автоматизировать операции измерения и за счет этого уменьшить их трудоемкость и продолжительность.
Конструкция заявляемого стенда поясняется на примере его исполнения, предназначенного для измерения длины окружности днищ котлов железнодорожных цистерн, разработанном ООО "Научно-производственная фирма "Техвагонмаш", г.Кременчуг, Украина.
Сущность полезной модели поясняется представленными фигурами чертежей, где на фиг.1 показан общий вид стенда, вид сбоку; на фиг, 2 - вид сверху; на фиг.3 - вид А на фиг.1 (измерительное устройство); на фиг.4 - принципиальная схема системы управления. Стенд для измерения длины окружности днищ котлов железнодорожных цистерн содержит основание 1, платформу 2, измерительное устройство 3 и шкаф управления 4. Основание 1 предназначено для крепления составных частей стенда и выполнено в виде жесткой сварной металлоконструкции, состоящей из кольцеобразной рамы 5 с внешним и внутренним периметрами шестиугольной формы, двух поперечних балок 6, жестко закрепленных на некотором расстоянии друг от друга между двух противоположных сторон рамы 5, и шести вертикальных опор 7, закрепленных в ее вершинах. Верхняя поверхность рамы 5 выполнена с кольцевой площадкой 8 для опирания платформы 2.
Платформа 2 предназначена для базирования, закрепления и вращения днищ котлов и выполнена в виде планшайбы, состоящей из ступицы 9 и жестко соединенных с ней трех балок 10, расположенных радиально под углом 120° друг относительно друга. Балки 10 соединены между собой косынкой 11 треугольной формы. Ступица 9 закреплена на валу 12, который на подшипниках качения (не показаны) смонтирован между поперечными балками 6 на основании 1. Внутри торцевых частей балок 10 размещены выдвижные базирующие упоры 13, выполненные с ловителями 14. Базирующие упоры 13 выполнены с возможностью фиксирования в балках 10 посредством пальцев 15 в зависимости от диаметров измеряемых днищ котлов. Для уменьшения нагрузки на вал 12 и балку 10 на нижних поверхностях последних смонтированы колеса 16, выполненные с возможностью опирания на кольцевую площадку 8 основания 1. Нижняя часть вала 12 соединена с мотор-редуктором 17, закрепленным под поперечными балками 6.
Измерительное устройство 3 предназначено для размещения мерительного инструмента и его перемещения из исходного положения в рабочее и обратно. Измерительное устройство 3 состоит из корпуса 18, который посредством стойки 19 закреплен на столе 20, и пневмоцилиндра 21. Стол 20 жестко соединен с неподвижным основанием 1 и содержит вертикальную опору 22. В корпусе 18 смонтированы направляющие 23 для размещения штока пневмоцилиндра 21, а также средства измерения, состоящие из обкатного ролика 24 и мерного ролика с преобразователем числа его оборотов в цифровые сигналы, выполненного в виде энкодера 25. Обкатной ролик 24 и энкодер 25 закреплены на кронштейне 26, соединенном со штоком пневмоцилиндра 21. Стойка 19 зафиксирована на столе 20 посредством болтового соединения (не обозначено) с возможностью ее перемещения в радиальном направлении в зависимости от диаметров измеряемых днищ котлов. На вертикальной опоре 22 закреплен блок подготовки воздуха 27, предназначенный для стабилизации давления в пневматической системе пневмоцилиндра 21, а в торцевой части стола 20 расположен пневматический кран 28, предназначенный для реверсного переключения пневмоцилиндра 21.
Наладка стенда на измерение длины окружности днищ котлов заданного типоразмерного ряда осуществляется путем перемещения выдвижных базирующих упоров 13 с ловителями 14, расположенных в торцевых частях балок 10, на расстояние, соответствующее длине окружности измеряемого изделия, и фиксирования их в этом положении посредством пальцев 15, и/или перемещения в радиальном направлении стойки 19 на столе 20 и фиксирования ее посредством болтового крепления. Начало и окончание цикла измерения длины окружности и соответствующая остановка платформы 2 в конечном положении осуществляется при взаимодействии датчика 29, закрепленного на одной из поперечных балок 6, с упором-флажком 30, закрепленным на одной из балок 10.
Управление стендом осуществляется посредством системы управления, которая содержит (фиг.4) шкаф управления 4, мотор-редуктор 17, датчик 29 и энкодер 25. Шкаф управления 4 смонтирован стойке (не показана), соединенной со столом 20, и содержит пусковую апаратуру 31 со светосигнальными лампами, сенсорную панель оператора 32, управляющий контроллер 33, органы защиты и сигнализации (не показаны). Система управления подключена к трехфазной сети электропитания напряжением 380 В и частотою 50 Гц.
Система управления обеспечивает:
- включение электрических силовых цепей стенда;
- настройку системы управления на измерение длины окружности заданного типоразмера днища цистерны;
- автоматическое управление операциями измерения и обработки результатов измерения;
- сохранение результатов измерения;
- сигнализацию об аварийном режиме;
- защитную блокировку электрической цепи от короткого замыкания. В стартовом меню на сенсорной панели 32 имеются следующие опции: "Результат измерения", "Пуск" - пуск цикла измерения, "Стоп" - стоп цикла измерения, "Вперед" - вращение платформы с изделием вперед, "Назад" - вращение платформы с изделием в противоположную сторону, "Журнал" - просмотр журнала измерений и "Сервис" -переход в сервисное меню. Меню "Журнал" выполнено с возможностью просмотра результатов измерений, начиная с первой или последней записей, сброса всех записей об измерениях и возвращения в стартовое меню. В меню "Сервис" выполняются опции по регулированию контрастности и калибровке экрана, а также введению поправок к результатам измерений.
Работа стенда осуществляется следующим образом. В исходном положении платформы 2 упор-флажок 30 расположен со смещением на некоторый угол относительно датчика 29, что позволяет устранить влияние зазоров в приводном механизме и за счет этого повысить точность измерения. Днище котла 34 посредством крана (не показан) укладывают выпуклой поверхностью вверх на ловители 14 базирующих упоров 13. При этом ловители 14 находятся внутри днища. Пневматическим краном 28 включают пневмоцилиндр 21 и перемещают обкатной ролик 24 и мерный ролик с энкодером 25 до соприкосновения последнего с кромкой днища котла 34, при этом энкодер 25 автоматически устанавливается в рабочее положение. Оператор включает пусковую аппаратуру 31 и дальнейшее управление стендом осуществляет с сенсорной панели 32. После нажатия на кнопку "Пуск" начинается автоматический цикл измерения длины окружности изделия: включается мотор-редуктор 17 и платформа 2 с закрепленным на ней днищем котла 34 начинает вращение относительно вертикальной оси неподвижного основания 1. Одновременно с изделием за счет фрикционной связи вращаются обкатной ролик 24 и мерный ролик с энкодером 25. При этом обкатной ролик 24 движется впереди мерного ролика с энкодером 25, выполняя "подготовку" контактной поверхности изделия, что позволяет снизить влияние ее «шероховатостей» на точность измерений. Начало и окончание полного оборота днища котла 34 фиксирует датчик 29 при взаимодействии с упором-флажком 30. После завершения оборота изделия по сигналу датчика 29 энкодер отключается и полученный результат измерения автоматически фиксируется в опции "Результат измерения". Платформа 2 останавливается через заданный небольшой промежуток времени. В стартовом меню на сенсорной панели 32 высвечивается запрос о сохранении результата измерения в "Журнале", при этом появляются следующие опции: "Результат измерения", "Сохранить результат измерения - да, нет", "Сервис", "Журнал". Нажатием на кнопку "Журнал" осуществляют переход в меню журнала измерений, в котором регистрируются дата и время измерения, количество записей в журнале, порядковый номер измерения и полученный результат измерения. После сохранения результатов измерения пневматическим краном 28 включают реверсный режим пневмоцилиндра 21 и перемещают обкатной ролик 24 с мерным роликом и энкодером 25 в исходное положение. Днище котла 34 посредством крана снимают с платформы 2 и вручную маркером наносят результат измерения на его поверхность.
Последовательность и содержание операций измерения длины окружности следующего днища котла аналогичны рассмотренному выше примеру. При этом в начале каждого нового цикла измерения при взаимодействии упора-флажка 30 с датчиком 29 в стартовом меню автоматически сбрасывается результат предыдущего измерения и начинается новый отсчет.
При аварийной ситуации на сенсорной панели 32 автоматически высвечивается аварийный экран. Оператор нажимает на кнопку-грибок (не показана) пусковой апаратуры 31, после чего отключается питание цепей управления. Остановка цикла измерения выполняется нажатием на кнопку "Стоп" в стартовом меню на сенсорной панели 32. После устранения аварийной ситуации оператор выполняет сброс этой ситуации на аварийном экране.
Конструкция заявляемого стенда разработана и апробирована на производственной базе ООО "Научно-производственная фирма "Техвагонмаш". Результаты апробирования подтвердили работоспособность стенда и получение ожидаемых технических результатов. В частности, конструкция стенда позволяет выполнять измерение длины окружности днищ котлов с диаметрами 2400, 3000 и 3200 мм и массой до 2000 кг. Результаты измерения длины окружности днищ котлов используются для их селекции по этому критерию при раскрое обечаек цилиндрической части котлов и последующей их сборке и сварке.