УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ СВЕРЛЕНИЮ
DEVICE TO MEASURE ANTIDRILLING PROPERTIES

Изобретение относится к устройствам для исследования или анализа материалов путем определения их твердости и может быть использовано для определения физико-механических характеристик растущих деревьев, пиломатериалов, деревянных строительных конструкций и т.п.
Известно устройство для измерения сопротивления сверлению, включающее электрический ручной инструмент, осуществляющий единый привод на подачу и вращение бурового сверла, планетарный механизм для записи исследуемого параметра на бумажный носитель, а также продольные направляющие перемещения бурового сверла [1].
Недостатком устройства является то, что единый привод на подачу и вращение бурового сверла не позволяет получать достоверные значения величин мощности, расходуемой на резание, и, соответственно, физико-механических характеристик исследуемого материала.
Известно устройство для измерения сопротивления сверлению, включающее два раздельных привода на подачу и вращение бурового сверла, механизм ограничения смещения бурового сверла. Величина сопротивления сверлению определяется с помощью датчиков тока [2].
Недостатками устройства является то, что датчики тока не дают точные характеристики величины сопротивления сверлению.
Известно устройство для измерения сопротивления сверлению, включающее два раздельных привода на подачу и вращение бурового сверла, телескопический механизм ограничения смещения бурового сверла, находящиеся в корпусе. Устройство комплектуется отдельным блоком для электропитания приводов, записи и распечатки результатов измерений [3].
Эта конструкция устройства для измерения сопротивления сверлению взята за прототип.
Недостатками устройства являются: сложность конструкции, снижающая его надежность и ремонтопригодность, большой вес и габариты.
Предлагаемое изобретение позволяет решить задачи: повышения точности измерения физико-механических характеристик исследуемого материала сверлением, возможности анализа данных процесса сверления без использования ЭВМ, повышения надежности, ремонтопригодности и снижения веса устройства.
Это достигается тем, что привод вращения бурового сверла закреплен посредством подшипников в каретке с возможностью свободного вращения относительно оси вала ротора; каретка установлена на салазках и резьбовом валу, осуществляя подачу и обратное движение бурового сверла вдоль его оси; корпус привода вращения бурового сверла соединен с кареткой нагрузочной пружиной, а величина сопротивления сверлению определяется с помощью датчика угла поворота привода вращения бурового сверла относительно оси вала его ротора. Возможно определение величины сопротивления сверлению с помощью самописца, установленного жестко на корпусе привода вращения бурового сверла. Возможно определение величины сопротивления сверлению относительно скорости вращения бурового сверла и/или резьбового вала, например, с помощью датчиков скорости вращения. Хвостовик бурового сверла имеет тонкую проточку в виде небольшого углубления, выполненного по винтовой линии на всю его длину.
На фиг.1 представлена конструкция устройства для измерения сопротивления сверлению, вид сбоку; на фиг.2 - конструкция устройства для измерения сопротивления сверлению, вид спереди без опорной крышки; на фиг.3 - конструкция устройства для измерения сопротивления сверлению в трехмерном изображении; на фиг.4 - внешний вид устройства.
Устройство для измерения сопротивления сверлению состоит из:
электрического привода вращения бурового сверла 1, закрепленного подвижно во втулках 2 кронштейна 3 с возможностью вращения вокруг оси своего вала ротора; мотор-редуктора привода подачи 4, закрепленного с помощью хомута 5 в раме 6; кронштейнов 3, закрепленных жестко на опорно-направляющей каретке 7, перемещающейся поступательно по резьбовому валу 8 на салазках 9; ограничителей перемещения бурового сверла в радиальном направлении 10, оснащенных вставками из антифрикционного материала 11; при этом ограничители перемещения бурового сверла в радиальном направлении 10 соединены между собой, а также приводом вращения сверла 1 упругими связующими элементами 12, закрепленными в зажимах 13; ограничители перемещения 10 установлены на салазках 9, перемещающихся по опорно-направляющим рейкам 14; резьбового вала 8, установленного подвижно в подшипниках 15, 16; датчика угла поворота 17, смонтированного на кронштейне 3; датчиков скорости вращения 18 и 19, смонтированных на кронштейне 3 и установочной раме 20 соответственно; зубчатого колеса 21, установленного на валу мотор-редуктора привода подачи 4 и находящегося в зацеплении с зубчатым колесом 22, установленным на резьбовом валу 8; зубчатого колеса 23, закрепленного на муфте 24 соединения бурового сверла 25 с электрическим приводом вращения бурового сверла 1; самописца 26, закрепленного неподвижно на корпусе привода вращения бурового сверла 1, при этом корпус привода вращения бурового сверла 1 соединен с опорно-направляющей кареткой 7 посредством нагрузочной пружины 27; рукоятки устройства 28, соединенной с рамой устройства и снабженной переключателем скорости 29 и выключателем 30; аккумулятора 31 и опорных шипов 32, установленных на задней и передней крышках устройства соответственно; подшипника 33, смонтированного в передней крышке устройства и являющегося опорой бурового сверла 25; на корпусе устройства установлены пластины 34 крепления направляющего ролика 35 и катушка с лентой 36, вращающаяся в опорах 37 и защищенная от произвольного вращения прижимом 38.
Устройство работает следующим образом.
В начальный момент времени буровое сверло 25 находится внутри корпуса устройства для измерения сопротивления сверлению. Опорные шипы 32, смонтированные на защитной передней крышке бурового устройства, подводятся и незначительно углубляются в исследуемый материал, например древесину. Через выключатель 30, находящийся на рукоятке 28 устройства, от аккумуляторной батареи 31 запитывается электрический привод вращения бурового сверла 25, закрепленный на опорно-направляющей каретке 31. Через соединительную муфту 3 осуществляется вращение бурового сверла 25, хвостовик которого имеет небольшое углубление, выполненное по винтовой линии на всю его длину и соответствующее направлению вращения и подачи бурового сверла с целью отвода стружки из отверстия. Второй опорой бурового сверла служит направляющий подшипник 33. Подача бурового сверла 25 осуществляется после запитывания электрического мотор-редуктора 4, закрепленного неподвижно хомутом 5 в корпусе устройства. При этом крутящий момент передается через зубчатую передачу от колеса 21 к колесу 22, установленному на резьбовом валу 8. Второй конец резьбового вала установлен в подшипнике 15 передней опорной крышки. Каретка 7 с закрепленным на ней электрическим приводом вращения бурового сверла 1 начинают перемещаться по резьбовому валу 8, осуществляя внедрение бурового сверла 25 в исследуемый материал. Прямолинейность движения каретки 7 достигается за счет скольжения салазок 9 по опорно-направляющим рейкам 14, имеющим специальный профиль. Ограничители перемещения бурового сверла в радиальном направлении 10 со специальными вставками из антифрикционного материала 11 перемещаются по резьбовому валу 8 и в предельном значении выдвижения бурового сверла 25 из корпуса устройства располагаются на нерезьбовой части вала.
В процессе внедрения вращающегося сверла в исследуемый материал и в зависимости от изменения величин физико-механических характеристик материала величина скорости вращения бурового сверла 25 будет изменяться в меньшую сторону от номинальной. Возникающий при этом тормозной момент, противоположный по направлению вращения бурового сверла, будет приводить во вращение привод вращения бурового сверла 1, закрепленный подвижно во втулках 2 кронштейна 3. В роли ограничителя предельных отклонений угла поворота привода вращения бурового сверла 1 выступает нагрузочная пружина 27. На кронштейне 3 привода вращения бурового сверла 1 жестко закреплен датчик угла поворота 17. Он служит для определения величины угла поворота корпуса привода вращения бурового сверла посредством передачи сигнала через устройство сбора данных, например аналого-цифровой преобразователь, и далее на ЭВМ, где с помощью специального программного обеспечения производится обработка сигналов с датчика угла 17 и осуществляется расчет и запись исследуемых величин.
В процессе внедрения бурового сверла 25 в исследуемый материал аналогично уменьшению скорости его вращения будет уменьшаться и скорость вращения резьбового вала 8; при этом возможно определение величин сопротивления сверлению с помощью датчиков скорости вращения 18, 19 бурового сверла 25 и резьбового вала 8, установленных на кронштейне крепления привода вращения бурового сверла 3 и раме крепления 20 соответственно. Сигналы с датчиков скорости вращения 18 и 19 поступают на устройство сбора данных, например аналого-цифровой преобразователь, и далее на ЭВМ.
Возможно определение величины сопротивления сверлению с помощью самописца 26, установленного под защитным стеклом, который на ленте фиксирует угол поворота корпуса привода бурового сверла 1 в процессе внедрения бурового сверла 25 в исследуемый материал. Измерение величины сопротивления сверлению осуществляется аналогично замеру при использовании датчика угла поворота 17 с той лишь разницей, что в данном случае величина угла поворота привода вращения бурового сверла 1 записывается на бумажный носитель. Полученный график на ленте будет соответствовать плотности материала по всей глубине сверления. На устройстве имеется катушка с лентой 36, которая позволяет осуществлять несколько циклов замеров без остановки. Для проведения каждого последующего замера необходимо вытянуть ленту на определенную длину. Глубина внедрения сверла в исследуемый материал определяется в соответствии с величинами времени процесса сверления, скорости вращения и шага резьбы резьбового вала устройства.
Изменение направления и скорости вращения резьбового вала 8 и соответственно перемещения каретки 7 с электрическим приводом вращения бурового сверла 1 осуществляется, например, посредством изменения полярности напряжения и изменения величины сопротивления резисторов в цепи якоря мотор-редуктора 4 переключением рычага 29. При осуществлении изменения направления вращения резьбового вала 8 каретка 7 с электрическим приводом вращения бурового сверла 1 перемещаются в обратном направлении и происходит задвижение сверла 25 в корпус устройства. Посредством упругих связующих элементов 12, закрепленных в креплениях 13, ограничители перемещения бурового сверла в радиальном направлении 10 возвращаются на исходные позиции.
Устройство снабжено специальной крышкой для замены бурового сверла 25, установленной под катушкой ленты 36.
Источники информации
1. Bore resistance measuring apparatus including a drive unit and an attachment for a drilland or driving mechanism: 6290437 B1. United states patent: B23B 41/00 Claus M. Leimersheim, Erich H. Wiesloch; appl. no. 421904; filed Oct, 20, 1999; patented Sep.18, 2001.
2. Устройство для измерения сопротивления сверлению: патент 95128 РФ, МПК 6 G01N 3/40. Шарапов B.C., Чернов В.Ю., Бычкова Т.В. - №2010106686/22; заявл. 24.02.2010; опубл. 10.06.2010.
3. Vorr ichtung zur Materialprüfung, insbesondere Hoizprüfung durch Bohr-bzw. Eindringwiderstandsmessung: 4122494 A1. Deutsches patentamp: G01N 3/40 Rinn Frank; anmeldetag 06.07.91; offenlegungstag 05.03.92.