УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИССЛЕДУЕМОГО МАТЕРИАЛА СВЕРЛЕНИЮ
DEVICE FOR MEASURING OF ANALYZED MATERIAL RESISTANCE TO DRILLING

Изобретение относится к устройствам для исследования или анализа свойств материалов путем определения величины сопротивления их просверливанию и может быть использовано для определения физико-механических характеристик древесины растущих деревьев, пиломатериалов, деревянных строительных конструкций различного назначения.
Известно устройство для измерения сопротивления сверлению, включающее два раздельных привода на подачу и вращение бурового сверла, телескопический механизм ограничения смещения бурового сверла в радиальном направлении, находящиеся в его корпусе. Устройство комплектуется отдельным блоком для электропитания приводов, записи и распечатки результатов измерений [1].
Недостатком устройства является то, что ограничители смещения бурового сверла в радиальном направлении изготовлены в виде телескопического механизма с полыми трубками. Данный механизм стабилизации сверла имеет сложную относительно массивную конструкцию, что увеличивает вес устройства. При поломке режущего инструмента телескопический механизм значительно усложняет процесс извлечения и замены бурового сверла и его обломков. Также в виду особенностей конструкции механизм стабилизации является недостаточно жестким и не обеспечивает максимальную прямолинейность бурового сверла при работе.
Известно устройство для измерения сопротивления сверлению, включающее два раздельных электрических привода на подачу и вращение бурового сверла, каретку и винтовую передачу механизма подачи. Величина сопротивления сверлению определяется с помощью датчика тока и/или датчика скорости вращения бурового сверла и/или угла поворота электрического двигателя, а также устройства сбора данных и электронной вычислительной машины [2].
Недостатком устройства является то, что ограничители перемещения бурового сверла в радиальном направлении выполнены в виде кареток, которые связаны между собой и кареткой привода вращения сверла упругими связующими элементами, и служат для перемещения и втягивания в зацепление ограничителей с винтовой передачей при обратном ходе каретки. Износ винтовой передачи, растяжение или обрыв упругих связующих элементов могут повлечь за собой неполадки и отказ работы механизма подачи в момент перехода ограничителей с плоской на резьбовую часть винтового вала при обратном ходе каретки привода вращения бурового сверла.
Известно устройство для измерения сопротивления сверлению, включающее единый двигатель на вращение и подачу бурового сверла, телескопический механизм ограничения смещения бурового сверла в радиальном направлении в виде U-образных пластин. Привод подачи сверла осуществляется с помощью редуктора и винтовой передачи. Источниками постоянного тока являются аккумуляторные батареи, расположенные внутри корпуса устройства.
Эта конструкция устройства для измерения сопротивления сверлению взята за прототип.
Недостатком является то, что устройство имеет единый привод на вращение и подачу сверла, что снижает точность измерений. Телескопический механизм стабилизации сверла в виде U-образных пластин значительно проще и надежнее телескопического механизма с полыми трубками, однако масса устройства все равно остается достаточно высокой, а особенности механизма стабилизации не позволяют значительно снизить габаритные размеры самого устройства.
Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений свойств исследуемых материалов, повышение надежности и жесткости механизмов конструкции, снижение веса и габаритных размеров устройства.
Это достигается тем, что ограничители перемещения бурового сверла в радиальном направлении изготовлены в виде пластин, размещающихся распределенно между кареткой и передней стенкой устройства и перемещающихся по направляющим; каждая из пластин жестко соединена с двумя или более штоками с одного их конца; противоположный конец каждого штока соединен с кареткой с помощью ограничителя, например, в виде втулки, фиксирующей ход перемещения каждой из пластин относительно каретки.
На фиг. 1 представлена конструкция устройства для измерения сопротивления исследуемого материала сверлению без кожуха, вид слева; на фиг. 2 - кинематическая схема устройства для измерения сопротивления исследуемого материала сверлению.
Устройство для измерения сопротивления исследуемого материала сверлению состоит из:
бурового сверла 1, приводимого во вращение электрическим двигателем 2; каретки 3, установленной на направляющих 4 и осуществляющей возвратно-поступательное движение посредством электропривода подачи 5 и винтового вала 6; штоков 7, соединенных с кареткой с помощью ограничителей 8, выполненных, например, в виде втулок 9; направляющего подшипника 10, который служит опорой винтового вала 6; ограничителей бурового сверла в радиальном направлении 11, изготовленных в виде пластин, перемещающихся по направляющим 4 и жестко соединенных с двумя или более штоками 7 с одного их конца; передней стенки устройства 12; соединительной муфты 13, установленной между электрическим двигателем 2 и буровым сверлом 1; муфты 14, соединяющей электропривод подачи 5 и винтовой вал 6; датчика частоты вращения выходного вала электропривода подачи 15 и датчика тока 16, потребляемого электрическим приводом 2, например, на эффекте Холла, установленного на задней стенке устройства 17.
Устройство работает следующим образом.
В начальный момент времени буровое сверло 1 неподвижно и находится внутри корпуса устройства для измерения сопротивления сверлению. После позиционирования устройства относительно исследуемого материала оператор включает электрический двигатель вращения 2 бурового сверла 1, который закреплен на опорно-направляющей каретке 3 и питается, например, от аккумулятора. Крутящий момент от электрического двигателя 2 передается через муфту 13 буровому сверлу 1. Подача бурового сверла 1 осуществляется после включения электропривода подачи 5, например, постоянного тока, закрепленного неподвижно в корпусе устройства. При этом крутящий момент через соединительную муфту 14 передается винтовому валу 6, второй конец которого установлен в направляющем подшипнике 10. Каретка с закрепленным на ней электрическим двигателем 2 вращения бурового сверла начинают перемещаться по винтовом валу, осуществляя внедрение бурового сверла 1 в исследуемый материал. Прямолинейность движения каретки 3 достигается за счет ее перемещения по специальным направляющим 4. Ограничители перемещения бурового сверла в радиальном направлении 11, изготовленные в виде пластин, размещающихся равномерно между кареткой 3 и передней стенкой устройства 12, перемещаются по направляющим 4. Они жестко соединены с двумя или более штоками 7 с одного их конца. Каждый из штоков 7 противоположным концом соединен с кареткой 3 с помощью ограничителя 8, например, в виде втулки 9, фиксирующей ход перемещения каждой из пластин относительно каретки 3.
Определение свойств исследуемого материала, например, сопротивления сверлению, плотности может осуществляться с использованием датчика тока 16, потребляемого электрическим двигателем 2, например, на эффекте Холла и датчика частоты вращения выходного вала электропривода подачи 15. Сигналы с датчиков поступают на устройство сбора данных, например аналого-цифровой преобразователь, далее на электронную вычислительную машину, где производится их обработка, преобразование, отображение и хранение.