ГИДРО- ИЛИ ПНЕВМОЦИЛИНДР И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ПОРШНЯ В ГИДРО- ИЛИ ПНЕВМОЦИЛИНДРЕ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к измерительным средствам, применяемым в гидравлических или пневматических приводах возвратно-поступательного движения для определения местоположения поршня и измерения параметров его движения, а также к гидравлическим и пневматическим цилиндрам.
Уровень техники
Известны гидро- или пневмоцилиндры с устройством для измерения положения поршня, содержащие корпус цилиндра с впускным и выпускным патрубками, поршень с полым штоком, измерительный блок, установленный
внутри полого штока (DE 195 13 967 Al, G 01 B 21/02, 17.10.1996). Недостатком данных известных средств является использование магнитных средств измерения, обладающими нестабильными свойствами, что приводит к низкой точности измерений.
Известен гидро- или пневмоцилиндр с устройством для измерения положения поршня, содержащий корпус цилиндра с впускным и выпускным патрубками, поршень с полым штоком, измерительный блок, установленный внутри полого штока и содержащий оптический блок, включающий источник излучения, приемник излучения и средство передачи сигнала (DE 31 27 116 Al, G 01 B 11/02, 27.01.1983). Недостатком данного известного средства является то, что информация о перемещении поршня берется исходя из измерения относительного перемещения оптических меток. Это приводит к невозможности проведения измерения в условиях загрязнений. Другим недостатком является сложность и большая трудоемкость нанесения оптических меток. Другим недостатком данного известного средства является необходимость наличия высокой чувствительности в системе обработки измерительного сигнала для выделения информативной составляющей.
В качестве наиболее близкого аналога выбран гидро- или пневмоцилиндр с устройством для измерения положения поршня, содержащий корпус с впускным и выпускным каналами, поршень с полым штоком, устройство для измерения положения поршня в цилиндре, включающее механизм преобразования поступательного движения штока цилиндра во вращательное движение выходного звена, осуществляющего преобразование излучения, падающего от источника излучения, в последовательность световых импульсов, регистрируемых приемником излучения (DE 35 20 482 Al, G 01 B 11/02, 11.12.1986). Недостатком данного известного средства является то, что движение штока преобразуется во вращательное движение выходного звена посредством механической
передачи - червячного редуктора, что усложняет конструкцию и снижает эксплуатационные характеристики.
Раскрытие полезной модели
Настоящая полезная модель решает задачу создания более совершенных средств измерения положения и параметров движения поршня в гидро- или пневмоцилиндре, обладающих упрощенной конструкцией повышенной точностью измерения, технологичностью изготовления и упрощенной эксплуатацией.
В ходе решения данной задачи появляется возможность достижения совокупности технических результатов, состоящих в повышении точности измерений, упрощении изготовления и эксплуатации, возможности проведения измерений в условиях загрязнения, сохранении точности измерений при изменении температуры.
Указанная совокупность технических результатов достигается тем, что гидро- или пневмоцилиндр содержит корпус с впускным и выпускным каналами, поршень с полым штоком, устройство для измерения положения поршня в цилиндре, включающее механизм преобразования поступательного движения штока цилиндра во вращательное движение выходного звена, осуществляющего преобразование излучения, падающего от источника излучения, в последовательность световых импульсов, регистрируемых приемником излучения, при этом упомянутый механизм обеспечивает преобразование поступательного движения штока цилиндра непосредственно во вращательное движение выходного звена с передаточным отношением от 1,0 оборотов выходного звена на полный ход штока до 7,8 оборотов выходного звена на полный ход штока.
Указанная совокупность технических результатов достигается тем, что Устройство для измерения положения поршня в гидро- или пневмоцилиндре, содержащее механизм преобразования поступательного
движения штока цилиндра во вращательное движение выходного звена, осуществляющего преобразование излучения, падающего от источника излучения, в последовательность световых импульсов, регистрируемых приемником излучения, отличающееся тем, что упомянутый механизм обеспечивает преобразование поступательного движения штока цилиндра непосредственно во вращательное движение выходного звена с передаточным отношением от 1,0 оборотов выходного звена на полный ход штока до 7,8 оборотов выходного звена на полный ход штока.
Краткое описание чертежей
На ФИГ.1-ФИГ.4 схематично изображены варианты выполнения гидро- или пневмоцилиндра и устройства измерения положения поршня при различных исполнениях оптического преобразователя.
На ФИГ.5-ФИГ.11 изображены варианты выполнения выходного звена.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели
Гидро- или пневмоцилиндр содержит корпус 1 цилиндра с впускным и выпускным патрубками 2, 3, поршень 4 с полым штоком 5, устройство для измерения положения поршня в цилиндре.
Упомянутое устройство для измерения включает механизм преобразования поступательного движения штока 5 цилиндра во вращательное движение выходного звена 14, осуществляющего преобразование излучения, падающего от источника 10 излучения, в
последовательность световых импульсов, регистрируемых приемником 11 излучения.
Упомянутый механизм обеспечивает преобразование поступательного движения штока 5 цилиндра непосредственно во вращательное движение выходного звена 14 с передаточным отношением от 1,1 оборотов выходного звена 14 на полный ход штока 5 до 7, 8 оборотов выходного звена 14 на полный ход штока 5.
Упомянутый механизм может быть выполнен, в частности, в виде винтовой пары, включающей винт 8 со спиральной канавкой 9, гайку или втулку 6, жестко связанную со штоком 5 и кинематически связанную с винтом 9 посредством, например штифта 7.
Преобразование излучения от источника 10 в последовательность световых импульсов, регистрируемых приемником 11, может происходить двумя путями. Первый путь состоит в импульсном прерывании светового потока прорезями, выполненными на выходном звене 14. Это вариант иллюстрирован ФИГ.2, 3. Как следует из рисунков, прерывание светового потока может быть как в направлении, параллельном оси штока 5 (ФИГ.2), так и в направлении, перпендикулярном оси штока 5 (ФИГ.3). Конструкции выходного звена 14 для этого варианта показаны на ФИГ.5, 6, 7, 9, 10. В частности выходное звено 14 может быть выполнено в форме диска с прорезями (ФИГ.6), отверстиями (ФИГ.7), выступами (ФИГ.5) и т.д.
Второй путь основан не на прерывании светового потока от источника 10, а на эффекте отражения светового потока от отражающей поверхности выходного звена 14, которая имеет периодически размещенные выступы. Вследствие этого расстояние от отражающей поверхности выходного звена 14 до источника 10 излучения и приемника 11 излучения при вращении выходного звена 14 является периодически переменным. В свою очередь это влечет периодическое импульсное изменение интенсивности светового потока, отраженного выходным звеном 14.
Импульсы света, образованные элементами 15 выходного звена 14, регистрируются приемником 11 и по средствам связи 12 передаются на дальнейшую обработку.
Выходное звено 14, источник 10 излучения и приемник 11 излучения могут быть размещены в корпусе 13, прикрепленном к торцу корпуса 1 цилиндра.
Выбор диапазона передаточного отношения от 1,0 до 7,8 обусловливается следующими соображениями.
При величине меньше 1 выходное звено 14 не делает полный оборот на полный ход поршня 4. В этом случае работает только часть поверхности выходного звена 14, на которой размещены элементы 15 для преобразования светового потока. В этом случае требуется уменьшение размеров элементов 15 и повышенная точность их изготовления для обеспечения высокой точности измерений. Таким образом, при передаточном отношении меньшем 1 возрастает аддитивная составляющая погрешности измерений. Кроме этого, поскольку в любом механизме преобразования движения имеются люфты, приводящие к появлению зон нечувствительности - «мертвые» зоны, при передаточном отношении меньше 1 резко падает точность измерения положения поршня, особенно при медленном его перемещении.
3
При величине передаточного отношения больше 7,8 возрастает нагрузка на передаточный механизм, что приводит к его быстрому износу. Как известно передаточное отношение винтовых передач ограничено приблизительно этим числом. Кроме этого при более высоком передаточном отношении значительно возрастают динамические и инерционные силы в механизме преобразования и в цилиндре в целом, особенно при быстром перемещении поршня. Кроме этого более высокое передаточное отношение приводит к повышению мультипликативной составляющей погрешности измерений и усложнению регистрирующего устройства, поскольку для подсчета количества полных оборотов меньше 8 необходим трехрегистровый счетчик, т.к. 7,8<2.
Цилиндр и устройство измерения могут быть оснащены средствами, предотвращающими вращение поршня внутри корпуса 1 цилиндра под воздействием реакционных сил. Такие средства широко известны в данной области техники. В частности может применяться внецентренное закрепление штока 5 на поршне 4 или прямолинейные направляющие.
Гидро- или пневмоцилиндр и устройство для измерения положения поршня в гидро- или пневмоцилиндре работают следующим образом.
При циркуляции посредством патрубков 2 и 3 в цилиндре рабочей среды поршень 4 со штоком 5 приходит в движение относительно корпуса 1 цилиндра.
Механизм преобразования обеспечивает согласованное вращение выходного звена 14. Поскольку передаточное отношение механизма постоянное, между положением поршня 4 и угловым положением выходного звена 14 имеется однозначное соответствие.
Элементы 15 выходного звена 14 обеспечивают преобразование светового потока от источника излучения 10 в последовательность световых импульсов одним из вышеописанных способов. Данные импульсы по линиям связи 12 передаются на устройства обработки и регистрации, которые определяют полное количество оборотов и угловое положение выходного звена 14.
Между признаками настоящего изобретения и указанным техническим результатом имеются следующие причино-следственные связи.
Исключение промежуточных механизмов в преобразовании движения штока 5 и поршня 4 во вращение выходного звена 14 упрощает конструкцию и эксплуатацию, повышает надежность работы устройства, повышает точность измерений.
Выбор оптимального передаточного отношения обоснован выше. При величине передаточного отношения меньше 1 и больше 7,8 повышаются требования к точности изготовления выходного звена 14.
Вышеперечисленные технические эффекты, достигаемые предложенной конструкцией, значительно расширяют технологические возможности заявленных технических средств.