УСТАНОВКА ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ СПРЕЙЕРНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ПРУЖИН

Полезная модель относится к устройствам для измерения температуры и может применяться для проведения экспериментальных исследований технологического процесса спрейерного охлаждения металлических пружин, в зависимости от времени и состояния окружающей среды.
Из уровня техники известно устройство для контроля теплового состояния детали (SU 877357 A2, МПК G01K 11/00, опубл. 30.10.1981), которое включает в себя корпус, верхнюю камеру, дополнительную промежуточную камеру, прикрепленную на ко дну верхней камеры посредством резьбового соединения, полость верхней камеры заполнена эвтектическим сплавом, нижняя часть корпуса образует нижнюю камеру. Камеры сообщаются друг с другом посредством калиброванных отверстий, имеющих различные диаметры. При этом исследование детали на длительность пребывания ее при температуре выше заданной осуществляется путем отсчета времени перетекания эвтектического сплава.
Недостатком известного технического решения являются его ограниченные возможности по исследованию процесса спрейерного охлаждения металлических пружин, а также отсутствие средств автоматики для измерения температуры детали и отсчета времени ее охлаждения.
Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели и выбранным в качестве прототипа признано устройство для измерения температуры [SU 1631313 A1, МПК G01K 3/04, опубл. 28.02.1991), содержащее два параллельно расположенных элемента с различными температурными коэффициентами линейного расширения, скрепленные с одного конца, и регистратор. При этом за счет измерения изменения температуры изделий во времени при нагреве в печи, в нем элемент с меньшим температурным коэффициентом линейного расширения выполнен в виде тяги, на свободном конце которой установлена камера с отверстием в днище, заполненная песком, в качестве элемента с большим температурным коэффициентом линейного расширения использовано нагреваемое изделие, на свободном конце которого установлен регистратор в виде ряда открытых сверху камер, снабженных температурной шкалой.
Недостатком прототипа является его низкая технологичность, вследствие наличия в его конструкции большого числа конструктивных элементов, в частности открытых камер, которые необходимо изготавливать с высокой точностью их линейных размеров.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение функциональных возможностей установки для экспериментального исследования спрейерного охлаждения пружин.
Указанная задача решена тем, что установка содержит стол, в центре которого установлен поддон для охлаждающей жидкости, в котором на оправке, снабженной нагревателем, установлен испытуемый образец в виде фрагмента пружины. Над образцом на регулируемых по высоте планках установлен спрейер, снабженный манометром и содержащий три форсунки с электромеханическими клапанами, подключенный к узлу водоснабжения, который расположен справа от поддона. Узел водоснабжения состоит из бака, соединенного патрубком с насосом, который в свою очередь соединен гибким шлангом через регулятор давления со спрейером.
Слева от поддона установлен блок управления, содержащий корпус, с закрепленными на его поверхности модулем индикации и блоком ввода данных, подключенных к микропроцессорной системе, установленной внутри корпуса. Микропроцессорная система содержит измерительный многоканальный вход, подключенный к термопарам, установленным на образце, и пять силовых выходов, первый из которых подключен к насосу, второй - к нагревателю, а третий, четвертый и пятый силовые выходы подключены к электромеханическим клапанам форсунок. Дополнительно микропроцессорная система содержит универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик, обеспечивающий возможность ее подключения к персональному компьютеру.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой совокупностью конструктивных признаков установки, является возможность проведения с ее помощью управляемых экспериментов по изучению технологического процесса изготовления пружин, в частности операции их спрейерного охлаждения, с регулируемыми нагревом и охлаждением образца, а также автоматическим измерением его температуры.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана общая схема установки; на фиг. 2 - упрощенная структурная схема микропроцессорной системы блока управления.
Установка для экспериментального исследования спрейерного охлаждения пружин устроена следующим образом.
Основой установки является стол 1, в центре которого установлен поддон для охлаждающей жидкости 2, в котором на оправке 3, снабженной нагревателем 4, установлен испытуемый образец 5 в виде фрагмента пружины. Над образцом на регулируемых по высоте планках 6 установлен спрейер 7, снабженный манометром 8, содержащий три форсунки с электромеханическими клапанами 9 и подключенный к узлу водоснабжения, который расположен справа от поддона. Узел водоснабжения состоит из бака 10, соединенного патрубком 11 с насосом 12, который в свою очередь соединен гибким шлангом 13 через регулятор давления 14 со спрейером 7.
Слева от поддона 2 установлен блок управления, содержащий корпус 15, с закрепленными на его поверхности модулем индикации 16 и блоком ввода данных 17, подключенных к микропроцессорной системе 18, установленной внутри корпуса. Микропроцессорная система 18 содержит измерительный многоканальный вход 19, подключенный к термопарам (на фигурах условно не показаны), установленным на образце, и пять силовых выходов 20, 21, 22, 23 и 24, первый из которых подключен к насосу 12, второй - к нагревателю 4, а третий, четвертый и пятый силовые выходы подключены к электромеханическим клапанам форсунок 9.
Микропроцессорная система 18 может быть выполнена на основе любого известного восьми- или тридцати двух разрядного микроконтроллера, например, AVR Atmel ATMega или STM32; блок индикации может быть реализован в виде TFT-дисплея, а блок ввода данных - в виде кнопочной клавиатуры, содержащей, по крайней мере, шестнадцать клавиш.
Установку для экспериментального исследования спрейерного охлаждения пружин используют следующим образом.
Перед началом эксперимента стол выравнивают по уровню и подключают к сети 220 В, при этом на блоке управления включаются световые индикаторы, подтверждающие готовность установки к работе. Далее, при необходимости, на стол устанавливают и включают камеру 25, с помощью которой фиксируют весь ход проведения эксперимента. Затем заправляют бак 10 окрашенной рабочей жидкостью, позволяющей наглядно увидеть, как распределяются потоки жидкости в процессе охлаждения образца 5. После чего с помощью блока ввода данных 17 подают управляющий сигнал на силовой выход 20, активируя тем самым насос, и, одновременно с этим, с помощью регулятора 14, устанавливают нужное давление в узле водоснабжения, основываясь при этом на показаниях манометра 8. Затем с помощью с помощью блока ввода данных 17 подают управляющий сигнал на второй силовой выход 21, активируя нагреватель 4, установив при этом нужную температуру нагрева. После окончания процесса нагрева образца 5 с помощью блока ввода данных 17 активируют цикл спрейерного охлаждения, при этом силовые выходы 22, 23 и 24 в соответствие с управляющей программой открывают электромеханические клапаны, обеспечивая работу форсунок спрейера 7, распыляющих рабочую жидкость на образец 5. Во время охлаждения блок управления автоматически измеряет температуру образца 5, опрашивая измерительный многоканальный вход 19, визуализирует полученные данные с помощью модуля индикации 16 и сохраняет результаты измерений в памяти микропроцессорной системы 18. После достижения предварительно заданной температуры образца блок управления автоматически перекрывает электромеханические клапаны 9, останавливая эксперимент. Полученные данные могут быть переданы для дальнейшей обработки на персональный компьютер с помощью универсального синхронно-асинхронного приемопередатчика или хранится в энергонезависимой электрически перепрограммируемой памяти микропроцессорной системы 18 для их сравнения с результатами других экспериментов.