ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА
TORQUE CONTROL PNEUMATIC DEVICE

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения крутящих моментов (например, у гайковертов, шпильковертов или винтовертов).
Известны способ измерения энергетических параметров ударных гайковертов и устройство для его осуществления [1], сущность которых заключается в том, что испытываемым гайковертом наносятся ударные импульсы по силовоспринимающему элементу, в результате чего энергия ударов преобразуется в тепловую энергию. В период между наперед заданными значениями начальной и конечной температур производят измерения количества ударов гайковерта, а энергию единичного удара определяют как частное от деления теплоемкости массы и разности конечной и начальной температур силовоспринимающего элемента на измеренное количество ударов гайковерта.
При этом в корпусе силовоспринимающего элемента устройства имеется хвостовик, который воспринимает удары от испытываемого гайковерта, а температурный и акустический датчики регистрируют изменяющиеся параметры.
Недостатками данного технического решения являются сложность и громоздкость, что ограничивает технологические возможности, а также недостаточно высокая точность измерений, обуславливаемая использованием нескольких различных типов датчиков. Кроме того, техническое решение пригодно только для устройств ударно-импульсного действия.
Известно устройство для измерения крутящего момента [2], сущность которого заключается в использовании тензометрических датчиков, наклеенных на упругую пластину, регистрирующих изгиб последней, по величине которого и судят о степени затяжки. При этом внешний крутящий момент прикладывается к упругой пластине как сосредоточенная сила через рычаг от вала, расположенного в подшипниковом узле.
Недостатком данного устройства является невозможность использования его для настройки гайковертов ударно-импульсного действия.
Известно устройство для настройки гайковертов [3], содержащее основание, установленные на нем измерительный блок и электрически связанный с ним блок нагружения, включающий корпус, размещенную в нем с возможностью поворота втулку с центральным профильным отверстием, предназначенную для взаимодействия с головкой под ключ настраиваемого гайковерта, и закрепленный в корпусе одним концом упругий элемент с наклеенными на нем тензорезисторами, кинематически связанный другим концом с втулкой, в котором с целью расширения технологических возможностей за счет ступенчатого регулирования диапазона измерения крутящего момента, создаваемого настраиваемым гайковертом, упругий элемент размещен в корпусе перпендикулярно его оси, кинематическая связь упругого элемента с втулкой выполнена в виде Г-образного рычага, одно плечо которого закреплено на торце втулки, другое жестко связано с упругим элементом, а устройство снабжено установленными в корпусе перпендикулярно его оси с возможностью осевого фиксированного перемещения двумя шпильками и двумя дополнительными упругими элементами, каждый из которых одним концом закреплен на соответствующей шпильке и предназначен для взаимодействия с плечом Г-образного рычага, жестко связанного с упругим элементом. Кроме того, шпильки установлены в корпусе под углом 45 градусов к оси упругого элемента, а оси шпилек перпендикулярны одна другой.
Недостатками этого устройства являются громоздкость взаимного расположения элементов кинематики, что обуславливает недостаточную технологичность конструкции в целом, вследствие труднодоступного размещения как основного упругого элемента с тензодатчиками, так и двух других вспомогательных, закрепленных на взаимно перпендикулярных шпильках. В совокупности это обуславливает высокую трудоемкость переналадок устройства на различные режимы работы, а также значительные затраты, связанные со способом измерений, реализованном на основе электротензометрии. Все это ограничивает технологические возможности, а в случае настройки устройств ударно-импульсного действия возникают значительные погрешности измерений.
Ближайшим техническим решением является пневматическое устройство для настройки гайковертов [4], содержащее основание с двумя прикрепленными к нему стойками, жестко удерживающими пластину-диск с запрессованным шарикоподшипником, во внутреннем кольце которого с возможностью поворота, размещен ступенчатый валик, к верхней части которого прикладывается контролируемый крутящий момент, на торце нижней ступени валика жестко установлен Г-образный рычаг, к которому прикреплены правые части основной и дополнительной упругих пластин, левые части которых прикреплены к стойке, жестко установленной на основании, на одной из стоек устройства установлена опорная пластина с пневмокамерой, внутри которой размещен сильфон, жестко прикрепленный одним своим торцом к опорной пластине, а другим герметично закрытым торцом контактирующий с подвижной ножкой индикатора часового типа, на опорной пластине закреплен угольник с регулировочным болтом и контргайкой, между торцом которого и выходным каналом пневмокамеры имеется зазор, пневматически связанный с наружной поверхностью сильфона. В отверстии другой стойки устройства закреплено измерительное сопло, установленное перпендикулярно к основной упругой пластине с зазором к ней и через штуцера и воздуховоды пневматически связанное с внутренней поверхностью сильфона.
Недостатком прототипа является малая стабильность рабочего цикла.
Цель изобретения - повышение стабильности рабочего цикла за счет «сглаживания» скачков давления воздушного потока.
Технический результат, вытекающий из цели изобретения, достигается тем, что комбинация элементов, закрепленных в полости, образуемой двумя втулками, обеспечивает постоянство давления сжатого воздуха: при увеличении давления открывается канал сброса в атмосферу, при уменьшении проходное сечение канала расширяется.
Устройство (фиг.1 и 2) содержит крышку 1, которая закрывает основание 2, к последнему прикреплены стойки 3 и 4, жестко удерживающие пластину-диск 5, с запрессованным шарикоподшипником 6, стопорный винт 7 фиксирует крышку относительно основания. Во внутреннем кольце подшипника 6, с возможностью поворота, размещен ступенчатый валик 8, к верхней ступени которого, при измерениях, прикладывается крутящий момент. На торце нижней ступени валика жестко закреплен Г-образный рычаг 9, к которому прикреплены концы основной 10 и дополнительной 11 упругих пластин. Вторые концы этих пластин прикреплены к стойке 12. Измерительный наконечник 13 с гибкой трубкой 14 установлен в стойке 3 перпендикулярно относительно основной упругой пластины и пневматически связан с внутренней полостью сильфона 15; пластина 16, в верхней части которой профрезерованы каналы, на ней установлена пневмокамера 17. Сильфон контактирует с подвижной ножкой 18 индикатора часового типа, выполняющего функции считывающего устройства, закрепленного во втулке 19, запрессованной в пневмокамеру. Регулировочный винт 20 закреплен в угольнике 21.
На основании также закреплена комбинация элементов, в совокупности выполненная в форме регулятора, обеспечивающая постоянство давления сжатого воздуха, в полости ограниченный двумя соосно расположенными одна в другой втулками (цилиндрической и цилиндрическо-конической), образующими внутри пространство: при увеличении входного давления плоский подпружиненный чувствительный элемент изгибается, открывая канал сброса в атмосферу, а при уменьшении давления, увеличивается объем герметичной камеры, которая, деформируясь, увлекает за собой клапан, расширяя проходное сечение канала, расположенного внизу цилиндрической втулки.
Остальные детали выполняют функции элементов крепления, подготовки воздуха либо являются пневмоканалами.
К ним относятся: винты 22 крепления пневмокамеры; комбинация элементов, образующая регулятор 23; канал сброса в атмосферу 24; рукоятка настройки давления 25; гибкие воздуховоды 26-29; контрольный манометр 30; входной штуцер 31; тройник 32, разделяющий воздушный поток по ветвям; скобы 33, фиксирующие гибкие воздуховоды; ручка для удобства транспортировки 34; кнопка «пуск-стоп» 35, выполняющая функции вентиля (крана); 36, 37 - фильтр-влагоотделитель и маслораспылитель; крепление ручки к стойке 38; стойка для крепления ручки к основанию 39; болт крепления стойки 40.
Устройство работает следующим образом.
Перед выполнением измерений крутящих моментов испытываемых гайковертов вышеописанное устройство следует привести в рабочее состояние, в связи с чем необходимо выполнить ряд вспомогательных мероприятий, связанных с отладкой и регулировкой.
Предварительно снимается крышка 1 и устанавливается упругая пластина 11, размеры которой устанавливают на основе конструктивных соображений, и расчетами для измеряемого диапазона крутящих моментов (из условий допускаемого прогиба).
Выставляются и фиксируются значения зазоров (S=0,1-0,2 мм): эталонного S1 (между торцом регулировочного винта и отверстием в пневмокамере) и измерительного S2 (между основной упругой пластиной и измерительным наконечником) с помощью стандартного набора щупов.
Значения зазоров - в указанном диапазоне, причем S1=S2. Устройство закрывается крышкой.
Конец воздуховода от компрессора герметично присоединяется к входному штуцеру 31.
Устройство подключается к питающей сети, и очищенный сжатый воздух подается к манометру 30.
Настраивается требуемое давление поворотом рукоятки 25, визуально контролируясь манометром 30.
После нажатия на пусковую кнопку 35 сжатый воздух поступает в тройник 32 и разделяется на:
«эталонную ветвь» (внутрь пневмокамеры 17, давит на наружную поверхность сильфона 15 и через выходной канал в стенке пневмокамеры стравливается в атмосферу).
«измерительную ветвь» (по воздуховоду 28 попадает внутрь сильфона 15, давит на его внутреннюю поверхность, и, одновременно, через измерительный наконечник 13 также стравливается в атмосферу).
После завершения этих мероприятий шкала индикатора часового типа выставляется на нулевую отметку.
Присутствие в конструкции комбинации элементов, образующих регулятор 23, фактически исключает пульсацию воздушного потока в обеих ветвях. Таким образом, при минимальном разбросе диаметров условного прохода (равного 2 мм) точность измерений обеспечивается.
Затем к ступенчатому валику 8 гайковертом или динамометрическим ключом прикладывают крутящий момент, который передается через Г-образный рычаг 9. Момент изгибает правые концы пластин 10 и 11 относительно левых, жестко прикрепленных к стойке 12. При этом происходит изменение величины измерительного зазора (S1≠S2) между измерительным наконечником (соплом) 13 и упругой пластиной 10, что приводит к появлению перепада давлений (и расхода воздуха) в «измерительной ветви» относительно «эталонной ветви», в том числе и внутри сильфона 15, чьи гофры начинают перемещаться.
Герметично закрытый торец сильфона контактирует с подвижной ножкой индикатора часового типа, выполняющего функции считывающего устройства. Перемещения передаются на ножку, а она переносит их на шкалу индикатора. Последняя должна быть уже протарирована в единицах крутящего момента (Н·м).
С нее снимаются показания, которые переводятся в единицы крутящего момента.
Гайковерт настраивается до тех пор, пока его оптимальный крутящий момент не будет достигнут, что подтвердится показаниями шкалы ИЧ при последующем приложении нагрузки.
Пневматическое устройство отключают от сети нажатием кнопки «пуск стоп» и последующим отсоединением входного шланга.
Литература
1. A.с. СССР №1509645, МКИ G 1L 5/24. Способ измерения энергии удара и устройство для его осуществления // Устинов В.В., Гонольд Н.А. Опубл. 15.02.70. БИ №6.
2. Патент ФРГ №3804043, 1989 // МКИ G01L 3/00, В25В 23/14.
3. А.с. СССР №1609637, МКИ В25В 21/00, G01L 5/24. Устройство для настройки гайковертов // Ланщиков А.В., Гринин Г.П., Десятов О.А., Аниськин А.Ю. Опубл. 30.11.90. БИ №44.
4. Патент РФ №2199099, МПК-7 G01L 3/14, G01L 5/24. Способ контроля крутящего момента и пневматическое устройство для его реализации // Ланщиков А.В., Моисеев В.Б., Трилисский В.О., Федин С.В. Опубл. 20.02.03 г. БИ №5.