ИНДИКАТОР ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к приборостроению, в частности к визуальным индикаторам давления, и может быть использовано для контроля величины давления неагрессивных газообразных и жидких сред.
Известен индикатор давления (Патент РФ №2029267, МПК G01L 19/08, опубл. 20.02.1995), содержащий корпус с мембраной, кинематически связанной с осью вращения стрелки с помощью цилиндра (толкателя), взаимодействующего с пластинчатой пружиной, раздвоенный конец которой входит в зацепление с винтовым выступом, выполненным на поверхности оси вращения стрелки.
К недостаткам этой конструкции следует отнести сложность кинематической связи и невысокую точность индикации, которая может привести к необъективной оценке пригодности огнетушителя к работе.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому при использовании полезной модели техническому результату, является индикатор давления (Патент РФ №2042122, МПК G01L 7/00, опубл. 20.08.1995), содержащий корпус с патрубком для подвода давления рабочей среды, прозрачную крышку и мембрану, связанную с указательным элементом посредством рычажно-зубчатого механизма, установленного в верхней и нижней платах, соединенных стойками.
К недостаткам данного технического решения относится наличие в его конструкции большого количества деталей, к которым предъявляются требования повышенной точности к изготовлению, в результате чего изготавливаемых низко производительными и дорогостоящими токарными операциями, что недопустимо в условиях массового крупносерийного производства. Кроме того при изготовлении конструкции применяется пайка, которая предполагает использование дорогостоящих цветных материалов, причем в условиях массового производства трудно обеспечить герметичность спая.
Задачей полезной модели является создание индикатора давления, обеспечивающего получение технического результата, состоящего в снижении трудоемкости изготовления за счет упрощения конструкции и применения прогрессивных технологий формообразования.
Задача, положенная в основу настоящей полезной модели, с достижением заявленного технического результата, решается тем, что индикатор давления, содержащий корпус с патрубком для подвода давления рабочей среды, прозрачную крышку и мембрану, связанную с указательным элементом посредством рычажно-зубчатого механизма, установленного в верхней и нижней платах, соединенных стойками, снабжен герметизирующей прокладкой и дистанционной шайбой, расположенной между мембраной и нижней платой, при этом триб и зубчатый сектор рычажно-зубчатого механизма выполнены из высокопрочного пластика, а на одной из поверхностей последнего размещены опорные элементы, выполненные с возможностью контакта с внутренней поверхностью верхней платы.
Кроме того, поверхности зубчатого сектора рычажно-зубчатого механизма снабжены ребрами жесткости.
Кроме того, дистанционная шайба, триб и зубчатый сектор рычажно-зубчатого механизма выполнены методом литья под давлением в пресс-формах, эксплуатируемых на термопластавтоматах.
Предпочтительный вариант исполнения полезной модели описывается далее на основе представленных чертежей, где:
на фиг.1 изображен общий вид индикатора давления в разрезе;
на фиг.2 - то же вид сверху, повернуто;
на фиг.3 - то же поперечный разрез;
на фиг.4 - то же продольный разрез по плоскости, перпендикулярной фиг 1;
на фиг.5 изображен сектор рычажно-зубчатого механизма, изометрия.
Индикатор давления содержит корпус 1 с каналом подвода измеряемой среды, закрытым мембраной 2, установленной на герметизирующей прокладке 3. Таким образом, внутренний контур нижней части корпуса 1, герметизирующая прокладка 3 и мембрана 2, образует полость, находящуюся под давлением в процессе эксплуатации индикатора. В этом случае отпадает необходимость герметизации стыка мембраны 2 с корпусом 1 индикатора.
Внутри верхней части цилиндрического корпуса 1 на дистанционной шайбе 4, размещенной на мембране 2, коаксиально установлен рычажно-зубчатый механизм 5, установленный между нижней 6 и верхней 7 платами, соединенными тремя стойками 8. Рычажно-зубчатый механизм 5 включает двуплечий рычаг 9, взаимодействующий одним концом с мембраной 2, а другим - с зубчатым сектором 10, входящим в зацепление с трибом 11, на котором закреплена спиральная
пружина 12. На верхнюю цапфу триба 11 напрессована стрелка 13, показывающая давление измеряемой среды на шкале циферблата 14, установленного на верхней плате 7. В отверстии нижней платы 6 установлен двуплечий рычаг 9, вращающийся на оси 15, которая запрессована в паз на наружной стороне нижние платы при установленном на ней рычаге 9.
Зубчатый сектор 10 и триб 11 снабжены зубчатыми венцами, которые обеспечивают их взаимное вращение с определенным передаточным отношением. Причем на одной из поверхностей зубчатого сектора 10 размещены опорные элементы 16, выполненные с возможностью контакта с внутренней поверхностью верхней платы 7. Кроме того на горизонтальных поверхностях зубчатого сектора 10 выполнены ребра жесткости 17.
В нижней части триба 11 закреплена спиральная пружина 12, являющаяся упругим элементом системы.
На верхней плате 7 установлен штифт 18, являющийся упором для стрелки 13.
В канавке корпуса (патрубка для подвода давления рабочей среды) установлено герметизирующее кольцо 19, которое уплотняет резьбовое соединение между индикатором давления и устройством, в котором измеряется давление.
Замыкает измерительную систему защитное стекло 20, зафиксированное путем завальцовки верхних кромок корпуса.
Корпус 1 имеет форму тонкостенного ступенчатого цилиндра, выполненного за одно целое с патрубком для подвода давления рабочей среды, и может быть изготовлен с применением прогрессивных технологий формообразования, например холодной штамповки из листового материала (тонкостенная сталь) с последующим формованием присоединительной резьбы.
Двуплечий рычаг 9; нижняя 6 и верхняя 7 платы и стойки 8 выполнены из алюминиевого сплава АМг2Н.
Дистанционная шайба 4, триб 11 и зубчатый сектор 10 рычажно-зубчатого механизма 5 выполнены из высокопрочного пластика методом литья под давлением в пресс-формах, эксплуатируемых на термопластавтоматах. Индикатор работает следующим образом.
Осуществляют присоединение индикатора к устройству, в котором необходимо измерить давление.
После подачи давления в полость, ограниченную контуром корпуса 1, мембраной 2 и прокладкой 3, через отверстие патрубка в нижней части корпуса 1, мембрана 2 упруго деформируется, воздействуя на двуплечий рычаг 9. Рычаг 9, вращаясь вокруг оси 15, воздействует на зубчатый сектор 10, в результате чего сектор 10, вращаясь на собственных цапфах посредством зубчатого венца, вращает триб 11 и жестко закрепленная на нем стрелка 13, поворачиваясь, указывает на циферблате величину давления.
При стравливании давления из полости корпуса 1, упругая мембрана 2 возвращается в исходное состояние покоя. Стрелка и кинематически связанные с ней элементы рычажно-зубчатого механизма 5 возвращаются в исходное положение под действием закрученной спиральной пружины 12. Стрелка движется к отметке «0» до упора на штифт 19.
Индикатор давления может находиться как в наддутом так и в ненаддутом состоянии на протяжении всего срока эксплуатации, а также может испытывать на себе неограниченное количество циклов наддутия и сброса.
pв
кр
pв
Отличительной особенностью предлагаемого индикатора является использование высокопрочных полимеров для изготовления элементов зубчато-реечной пары рычажно-зубчатого механизма 5, что позволяет при некотором удорожании инструмента существенно упростить технологию и повысить производительность этих деталей. В виду того, что полимеры обладают существенно отличными от металлов свойствами с точки зрения жесткости в конструкцию механизма внесены опорные элементы 16 и ребра жесткости 17, препятствующие деформации зубчатого сектора 10, что позволяет обеспечить надежную работу зубчатой пары и повысить точность показаний индикатора. Опорные элементы 16 (У1, У2 и У3), изображенные на Фиг 5, представляют собой цилиндрические выступы, торцы которых имеют сферическую форму, что обеспечивает контакт между опорами и плоскостью платы 7 по наименьшей площади, и, как следствие, минимизирует трение скольжение при вращении зубчатого сектора 10. В рассматриваемой конструкции опоры расположены на плоскости сектора. Первая опора У1 расположена таким образом, что она препятствует деформации сектора от вертикальной составляющей силы F, действующей со стороны рычага 9 на сектор 10. Опора У2 расположена в центре тяжести зубчатой рейки сектора 10 и препятствует деформации от крутящего момента М, создаваемого вертикальной составляющей силы F. Опора У3 расположена из технологических соображений для обеспечения оптимальной
проливаемости сектора 10 при его изготовлении, в тоже время он дает третью точку опоры, обеспечивая, тем самым, однозначную ориентацию сектора 10 в зубчато-реечной паре. Зубчатый сектор 10 является ответственной деталью индикатора и для обеспечения однозначной проливаемости зубьев и опор 16 (У1, У2 и У3) при изготовлении методом литья под давлением в пресс-формах, а так же для повышения сопротивления его изгибу на горизонтальных плоскостях зубчатой рейки сектора 10 расположены два ребра жесткости 17. Таким образом, совокупность конструктивных особенностей сектора позволила получить зубчато-реечный механизм повышенной точности для многократного срабатывания. Данный факт подтвержден испытаниями на гидростенде: испытуемый образец выдержал 100 000 срабатываний без изменения эксплуатационных характеристик.
Использование полимеров существенно упростило и повысило надежность крепления возвратной пружины 12 к трибу 11: Несколько центральных витков спиральной пружины вдавливают посредством горячей иглы в тело триба 11, при остывании спиральная пружина 12 спаивается стрибом 11.
Диаметр D (Фиг.4) на дистанционной шайбе 4, на который опирается мембрана 2, получен расчетно-экспериментальным методом. Отношение диаметра D ограничивающего рабочую площадь мембраны к ее толщине составляет около 67, что дает возможность работать мембране в области упругих деформаций, при этом обеспечивается перемещение ее центра необходимое для работоспособности индикатора. Высота дистанционной шайбы 4 подобрана таким образом, что при превышении давления в измеряемом резервуаре над предельным давлением измерения индикатора двуплечий рычаг 11 перестает вращаться (встает в «мертвое» положение), тем самым он препятствует дальнейшей деформации мембраны и ее разрушению. Таким образом, конструкция шайбы и мембраны позволяет индикатору выдерживать давление, троекратно превосходящее давление, предельно измеряемое индикатором, без потери работоспособности. Данный факт неоднократно подтверждался экспериментом на гидроустановке при давлении 75 атмосфер. Таким образом, проведенные испытания опытного образца показали, что данная конструкция индикатора давления обладает высокими потребительскими свойствами при относительно низких затратах на изготовление, что делает ее перспективной для серийного изготовления.