МОБИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель относится к устройствам для измерения твердости материалов различных классов и габаритных размеров в различных пространственных положениях и может быть использована для измерения твердости, например твердости бандажей печей обжига или твердости формообразующих поверхностей пресс-форм.
Известен твердомер модели 500 MRA [Методы измерения твердости: справ. изд. / А.Г. Колмаков, В.Ф. Терентьев, М.Б. Бакиров. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Интермет Инжиниринг, 2005. С. 83.] Твердомер предназначен для измерения твердости по шкалам Роквелла А, В, С и F с нагрузками 60, 100 и 150 кгс. Отличительной особенностью данной модели твердомера является наличие микроконтроллера.
Основными недостатками твердомера 500 MRA являются высокие массогабаритные характеристики и отсутствие возможности выполнять автоматические измерения.
Наиболее близким аналогом, принятым в качестве прототипа, может быть признано устройство контроля твердости [патент РФ на изобретение № 2347208, G01N 3/42, (Симкин A.M., заявитель и патентообладатель Симкин A.M. - № 2007136804/28; заявл. 04.10.2007; опубл. 20.02.2009), содержащее электродвигатель, кинематически связанный с электродвигателем кулачок (передающий механизм) с прямолинейным участком подъема на рабочей поверхности, и взаимодействующий с кулачком индентор с активным наконечником, а также опорный столик для испытуемого образца, дополнительно введенно устройство контроля мощности электродвигателя с функцией исключения совокупной мощности потерь.
С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: корпус, электродвигатель, индентор с наконечником, передающий механизм.
Указанное устройство не имеет возможности измерения твердости деталей в условиях производственного процесса и во время ремонтных работ в различном пространственном положении в стандартных единицах шкал твердости.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение технологических возможностей за счет обеспечения мобильного измерения твердости при использовании стандартных шкал единиц твердости.
Это достигается тем, что мобильное устройство для измерения твердости поверхностей деталей содержит корпус, электродвигатель, индентор с наконечником, и передающий механизм. В предложенном решении передающий механизм выполнен в виде комбинированного гидроцилиндра, на основном поршне которого установлен индентор со сменным наконечником, а дополнительный поршень соединен с электродвигателем, в качестве которого используется линейный шаговый электродвигатель, при этом на изолированном корпусе установлены электромагнитные устройства для закрепления на поверхности детали.
Наличие передающего механизма, выполненного в виде комбинированного гидроцилиндра в сочетании с линейным шаговым электродвигателем, обеспечивают точное измерение глубины проникновения сменного наконечника (конуса, пирамиды или сферы), выбор которого зависит от выбора шкалы измерения. На основании полученных данных о глубине проникновения сменного наконечника при заданной нагрузке, обеспечиваемой наведением приводом соответствующего тока на обмотках линейного шагового электродвигателя, микроконтроллер вычисляет твердость материала в стандартных единицах твердости по известным формулам, например, для шкал A (HRA) и С (HRC) (ГОСТ 9013-59 Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу)
где H-h - разность глубин погружения индентора (в миллиметрах) после снятия основной нагрузки и до ее приложения (при предварительном нагружении).
Расширение технологических возможностей обеспечивающих измерение твердости в различных пространственных положениях, и обеспечение его повышенной мобильностью достигается снабжением корпуса электромагнитными устройствами для закрепления на поверхности измеряемой металлической детали. При измерении твердости неметаллических поверхностей используется дополнительная оснастка, обеспечивающая крепление устройства на детали.
Полезная модель поясняется графическим материалом, где представлена схема мобильного устройства для измерения твердости поверхностей деталей.
Мобильное устройство устанавливается на измеряемой поверхности 1 детали и состоит из изолированного корпуса 2, в котором размещен передающий механизм, выполненный в виде комбинированного гидроцилиндра, имеющего гильзу 3. Гильза 3 гидроцилиндра содержит основной поршень 4, соединенный с подпружиненным пружиной 5 индентором 6, свободный конец которого имеет сменный наконечник 7, например каленый шарик. В противоположной части гильзы 3 комбинированного гидроцилиндра расположен дополнительный поршень 8, соединенный с выходным валом линейного шагового электродвигателя (ЛШЭД) 9, на валу которого размещен энкодер 10, который взаимодействует с микроконтроллером (МК) 11. МК 11 связан с приводом 12 ЛШЭД 9 и обратной связью с блоком интерфейса 13. На изолированном корпусе 2 со стороны сменного индентора 7 закреплены, например сваркой, электромагнитные устройства 14 для закрепления на измеряемой поверхности, по способу работы аналогичные электромагнитным плитам плоскошлифовальных станков.
Мобильное устройство для измерения твердости поверхностей деталей работает следующим образом.
Устройство стационарно закрепляется на измеряемой поверхности 1 при помощи электромагнитных устройств 14. Через блок интерфейса 13 в микроконтроллер 11 поступает сигнал для измерения по соответствующей используемому сменному наконечнику 7 шкале измерения. В микроконтроллере 11 предварительно запрограммированы сигналы на привод 12 ЛШЭД 9 для каждой нагрузки измерения (предварительного и основного), для соответствующих шкал и сменных инденторов (сфера, пирамида, конус), а также данные о геометрических размерах сменных наконечников. В зависимости от поступившего на привод 12 от микроконтроллера 11 сигнала привод 12 наводит в обмотках ЛШЭД 9 ток, соответствующий требуемой нагрузке на сменном инденторе 7, ЛШЭД 9 развивает крутящий момент, соответствующий нагрузкам выбранной шкалы измерения. Далее нагрузка, развиваемая ЛШЭД 9 через комбинированный гидроцилиндр, состоящий из гильзы 3, дополнительного поршня 8 и основного поршня 4, передается на индентор 6, подпружиненный пружиной 5 с установленным на нем сменным наконечником 7, после чего происходит вдавливание сменного наконечника 7 в материал и снятие показаний глубины проникновения, после чего ЭВМ вычисляет твердость материала.
Определение глубины проникновения осуществляется путем регистрации микроконтроллером 11 момента возрастания нагрузки на обмотке ЛШЭД 9 при соприкосновении сменного наконечника 7 с измеряемой поверхностью 1 и расстояния пройденного сменным наконечником 7 с этого момента до его остановки. Процесс измерения перемещения сменного наконечника 7 осуществляется расшифровкой микроконтроллером 11 количества оборотов вала ЛШЭД 9, регистрируемых энкодером 10, и известному соотношению площадей основного поршня 4 и дополнительного поршня 8.
Далее имея данные о глубине проникновения сменного наконечника 7 в поверхность измеряемого материала 1 и его геометрической формы при заданной нагрузке, микроконтроллер 11 вычисляет твердость материала по известным формулам определения твердости (Роквеллу, Бринеллю, Виккерсу, Шору) и выводит значение твердости в стандартных единицах измерения на блок интерфейса 13.