УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОМАГНИТА

Полезная модель относится к средствам контрольно-измерительной техники и может быть использовано для определения динамических характеристик электромагнита управления топливной форсункой двигателя внутреннего сгорания.
От электромагнитов управления топливными форсунками двигателей внутреннего сгорания требуются определенные динамические характеристики, в том числе величина тягового усилия при различном удалении якоря электромагнита от ярма (магнитопровода) и продолжительность времени создания этого усилия после подачи соответствующего импульса напряжения на контакты электромагнита.
Известно устройство для контроля срабатывания электромагнита, включающее пьезоэлектрический элемент и устанавливаемое с осевым зазором на корпус контролируемого электромагнита [А.с. СССР №408097, опубл. 10.12.1973. Бюл. №47]. По известному решению, пьезоэлектрический элемент соединен с магнитопроводящим сердечником так, что при срабатывании контролируемого электромагнита сердечник стремится притянуться к корпусу электромагнита, деформируя пьезоэлектрический элемент. Вследствие пьезоэлектрического эффекта на контактах устройства появляется напряжение определенной полярности, свидетельствующее о срабатывании контролируемого электромагнита.
К недостаткам известного решения относится ограниченность информации, получаемой при контроле: регистрируется только сам факт срабатывания без учета динамических характеристик электромагнита - тягового усилия и продолжительности времени, необходимого для развития этого усилия.
Известно устройство для снятия силовых характеристик электромагнитов, в котором перед проведением измерений испытуемый электромагнит закрепляются неподвижно, якорь электромагнита перемещают вручную в заданное положение, а для определения усилия используют динамометр, соединенный с электродвигателем через редуктор, ходовой винт и толкатель с гайкой (пат. SU №1356013, опубл. 30.11.1987. Бюл; №44). Якорь испытуемого электромагнита соединен с динамометром и системой разновесов. Система разновесов требуется для случая, когда тяговое усилие электромагнита превышает предел шкалы измерения динамометра, и связана с якорем электромагнита нитью, перекинутой через блок. При этом контролируемое тяговое усилие предлагается определять, как сумму показаний динамометра и системы разновесов. Регистрация тягового усилия происходит при растяжении динамометра, причем, если, по какой-либо причине, якорь электромагнита не коснулся упора, то есть не дошел в заданное предварительной настройкой положение, включается электродвигатель, который через редуктор и ходовой винт ослабляет натяжение динамометра, пока якорь не упрется в толкатель.
К недостаткам известного решения относится сложность устройства, обусловленная наличием электродвигателя с редуктором, ходового винта, системы разновесов с блоком и нитью. На точность измерений влияет точность позиционирование не только якоря, но и динамометра.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков - прототипом заявляемой полезной модели - является устройство для определения динамических характеристик электромагнитов, включающее датчик силы, измерительный шток, деталь для закрепления электромагнита (А.С. №822153, опубл. 15.04.1981. Бюл. №14). Датчик силы закреплен вне электромагнита, а якорь электромагнита имеет возможность свободного перемещения и, при подаче напряжения на контакты электромагнита, воздействует на датчик силы через измерительный шток. Выходные сигналы передаются на осциллограф. К недостаткам известного решения относится то, что в конструкции устройства не предусмотрены мероприятия по обеспечению точного позиционирования якоря электромагнита относительно электромагнита в момент регистрации тягового усилия. Также не предусмотрена возможность исходного размещения якоря электромагнита на различном удалении от электромагнита.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является устранение недостатков прототипа: обеспечение точного позиционирования якоря в момент регистрации тягового усилия и обеспечение возможности измерения тягового усилия при различном удалении якоря электромагнита от электромагнита.
Поставленная задача решается за счет:
- жесткой связи якоря электромагнита с измерительным штоком и датчиком силы;
- выполнения преобразователя давления в виде пакета предварительно сжатых пьезоэлектрических колец, между которыми размещены то ко проводящие контакты так, что выходной сигнал подается на осциллограф;
- того, что расстояние между якорем и электромагнитом обеспечивается перемещением электромагнита относительно якоря, контролируется с помощью индикатора и фиксируется контргайкой.
Новизной в предложенном устройстве для определения динамических характеристик электромагнита является совместное применение вышеперечисленных конструктивных решений.
Указанные признаки являются новыми, существенными и промышленно выполнимыми и направлены на решение поставленной полезной моделью технической задачи.
Предлагаемое в качестве полезной модели устройство для определения динамических характеристик электромагнита поясняется чертежами (фиг. 1, 2). где позициями обозначены: плита 1, корпус 2, измерительный шток 3, гайка 4, шайба 5, токопроводящие контакты 6, пьезоэлектрические кольца 7, якорь электромагнита 8, гайка 9. контргайка 10, ввертыш 11, наконечник 12, индикатор 13, пружина 14, испытуемый электромагнит 15, включающий магнитопровод 151 и кантику индуктивности 152.
Корпус 2 закреплен на плите 1. Измерительный шток 3 имеет ступенчатую форму так, что при затяжке гаек 4 происходит прижатие через шайбу 5 пьезоэлектрических колец 7, токопроводящих контактов 6 с одной стороны и якоря электромагнита 8 с другой стороны к торцам корпуса 2. Таким образом, к моменту начала испытаний пьезоэлектрические кольца 7 оказываются предварительно сжатыми. Гайка 4, контактирующая с шайбой 5, стопорится от отворачивания такой же гайкой 4. Измерительный шток 3 своим большим диаметром заходит внутрь испытуемого электромагнита 15, причем материал измерительного штока 3, по своим магнитным свойствам, и его объем, находящийся внутри электромагнита 15 соответствуют материалу и объему детали, устанавливаемой в электромагнит при сборке форсунки, для которой он предназначен. Контргайка 10 навернута на резьбовую часть корпуса 2. Ввертыш 11 установлен в штатное отверстие в верхней части электромагнита 15.
Устройство для определения динамических характеристик электромагнита работает следующим образом.
На верхний торец измерительного штока 3 устанавливают пружину 14. Электромагнит 15 устанавливают в корпусе 2, при этом пружина 14 заходит в центральное отверстие электромагнита 15 и опирается на его внутренний торец.
На электромагнит 15 надевают гайку 9 так. что она устанавливается внутренним кольцевым пояском на заплечики электромагнита 15. Доводят электромагнит 15 до касания якоря электромагнита 8. Гайка 9 закручена так. что электромагнит 15 не может самопроизвольно подняться от якоря электромагнита 8. Подводят наконечник 12 индикатора 13 к верхнему торцу ввертыша 11. Устанавливают показание индикатора на ноль.
Вращают гайку 9 в направлении ее откручивания. Под действием усилия пружины 14 электромагнит 15 перемещается от якоря электромагнита 8. Величину перемещения регистрируют по индикатору 13. Отведя электромагнит 15 на нужное расстояние от якоря электромагнита 8. стопорят гайку 9 контргайкой 10. Ввертыш 11 постоянно касается гайки 9.
На контакты электромагнита 15 подают электрическое напряжение. Закон подачи напряжения - управляющий сигнал - соответствует условиям работы электромагнита в топливной форсунке.
После подачи напряжения на контакты электромагнита 15 в магнитной системе, включающей магнитопровод 151, катушку индуктивности 152ц и якорь электромагнита 8 создается магнитное поле. Развивается тяговое усилие, стремящееся притянуть якорь электромагнита 8 к электромагниту 15. Тяговое усилие передается на пьезоэлектрические кольца 7. Вследствие прямого пьезоэлектрического эффекта между поверхностями пьезоэлектрических колец 7 возникает электрическое напряжение, которое по токопроводящим контактам 6 направляется на вход осциллографа (на поясняющих чертежах условно не показан).
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является возможность точного определения тягового усилия при различных расстояниях между электромагнитом и якорем, а также времени создания тягового усилия, что имеет большое значение при отработке конструкции электромагнитов управления топливными форсунками.
Предлагаемое в качестве полезной модели устройство для определения динамических характеристик электромагнита применяется при создании новых электромагнитов на Алтайском заводе прецизионных изделий.