Устройство для измерения параметров пружин

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРУЖИН
Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована на железнодорожном транспорте для измерения параметров пружин вагонных тележек.
Пружины - широко применяемый на железнодорожном транспорте элемент, требующий систематического контроля. Технические условия на ремонт требуют проверки геометрических и силовых параметров пружин.
В качестве прототипа заявляемого технического решения выбран пресс конструкции вагоноремонтного завода им. Войтовича, на котором проводятся испытания пружин вагонных тележек на отсутствие у них остаточной деформации под пробным грузом и под рабочей нагрузкой ( 1 ). Пресс состоит из каркаса, на котором смонтированы рычажная система, каретка, указатель прогиба пружин и электродвигатель. Испытуемая пружина помещается на каретку, пресс включается и каретка поднимается вверх до тех пор, пока верхний рычаг не займет горизонтальное положение. Значение на шкале указателя дает высоту пружины при ее прогибе под нагрузкой.
Известное устройство имеет следующие недостатки. Полный цикл испытаний пружин, кроме испытаний на отсутствие остаточной информации под нагрузкой, должен также включать измерение диаметра пружины, проверку перпендикулярности ее опорных поверхностей по отношению к оси, измерение межвиткового расстояния с определением максимальной разницы шагов между витками.
В известном устройстве отсутствуют средства для осуществления указанных измерений, что ограничивает его функциональные возможности и снижает оперативность испытаний пружин, так как при отсутствии средств измерения диаметра и проверки перпендикулярности в прессе эти операции приходится осуществлять вручнгую: измерение диаметра - с помощью
МКИ G01B 11/00, G01M 17/04
линейки и пробки-калибра, проверку перпендикулярности - посредством установки пружины на плите пресса и использовании угольника и линейки.
Задача, решаемая полезной моделью - расширение функциональных возможностей устройства, повышение автоматизации и оперативности измерений.
Указанная задача решается тем, что устройство для измерения параметров пружин, содержап ;ее силовой блок со средствами измерения остаточной деформации пружин под нагрузкой, снабжено измерительным блоком и системой управления и обработки информации, при этом измерительный блок выполнен в виде лазерных датчиков, включающих источник зондируюш;его излучения и приемник и установленных на раме с возможностью размещения между ними пружины, и механизма вертикального перемещения, соединенного с рамой и снабженного первым датчиком контроля линейных перемещений.
Лазерные модули могут быть выполнены в виде четырех, расположенных через 90 град триангуляционных измерителей или теневых измерителей.
Средства измерения остаточной деформации пружин под нагрузкой содержат силовой гидроцилиндр, на штоке которого закреплен упорный ложемент, связанный со вторым датчиком контроля линейных перемещений.
Полезная модель иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 схематически изображено заявляемое устройство, в котором в качестве лазерных датчиков используются триангуляционные измерители, на фиг. 2 показан вид А, иллюстрирующий расположение относительно пружины лазерных триангуляционных измерителей, на фиг. 3 приведена схема расположения относительно пружины лазерных теневых измерителей.
Устройство для измерения параметров пружин состоит из следующих функциональных частей: измерительного блока, силового блока и системы управления и обработки информации. Измерительный блок,
предназначенный для измерения геометрических характеристик пружин, состоит из 4-х, расположенных через 90 град и лежащих в одной плоскости лазерных триангуляционных измерителей 1, установленных на раме 2. Каждый измеритель 1 состоит из источника зондирующего луча - лазерного диода, и детектора отраженного луча - фотоприемника на линейке приборов с зарядовой связью ( ПЗС ). Рама 2 соединена с механизмом вертикального перемещения измерительного блока 3, снабженным первым датчиком контроля линейных перемещений 4.
Силовой блок предназначен для испытания пружин на остаточную деформацию при пробной нагрузке и стрелу прогиба при статической нагрузке и включает гидроцилиндр 5, на штоке 6 которого закреплен упорный ложемент 7, связанный со вторым датчиком контроля линейных перемещений 8. Система управления и обработки информации включает микроконтроллер 9 и компьютер 10.
Испытание пружин с помощью заявляемого устройства производится следующим образом. Пружина 11 устанавливается на опорный ложемент 12 в зоне измерительного блока. Рама 2 с триангуляционными измерителями 1 перемещается посредством механизма 3 из нижнего положения в верхнее, осуществляя сканирование пружины 11. Зондирующий лазерный пучок сканирует по поверхности витка пружины 11. Отраженное излучение собирается фотоприемником, на котором формируется изображение пятна лазерного излучения на поверхности пружины 11. Каждому положению витка пружины вдоль оси сканирования соответствует определенное положение светового пятна на фотоприемнике.
Перемещение плоскости триангуляции вдоль оси пружины позволяет определить геометрические характеристики каждого витка.
Информация с триангуляционных измерителей 1 передается для предварительной обработки в микроконтроллер 9, а затем - в компьютер 10, который на основе заложенной программы определяет геометрические
характеристики диагностируемой пружины - внешний диаметр, межвитковое расстояние и - на его основе - максимальную разницу шагов между витками, внутренний диаметр ( по известному внешнему диаметру и профилю полувитка), перпендикулярность опорных поверхностей пружины по отношению к ее оси ( по результатам измерения расстояний от триангуляционных измерителей до верхнего и нижнего витков ). Расстояние, вдоль оси пружины 11 при перемеш;ении триангуляционных измерителей 1 определяется датчиком 4. Если фактические размеры пружины соответствуют паспортным, измерительный блок остается в верхнем положении, а микроконтроллер 9 дает команду на перемеш;ение пружины 11 на позицию силового испытания. В случае несоответствия фактических размеров пружины паспортным, измерительный блок опускается в нижнее положение, а пружина выбраковывается.
В силовом блоке определяется отсутствие остаточной деформации пружины путем ее трехкратного обжатия пробной нагрузкой с последующим контролем высоты в свободном состоянии. Затем пружину нафужают третий раз и при полной нагрузке повторно замеряют высоту. Обжим пружины 11 нагрузкой осуш;ествляется посредством силового гидроцилиндра 5. Контроль высоты пружины 11 осуш;ествляется датчиком 8.
Не выдержавшая испытания пружина возвраш;ается в зону измерительного блока, который опускается вниз, после чего пружина снимается с устройства. Пружины, вьщержавшие испытания на отсутствие остаточной деформации, испытываются аналогичным образом в силовом блоке под статической нагрузкой для определения величины действительной стрелы прогиба , определяемой как разница между высотой пружины в свободном состоянии и высотой сжатой пружины под рабочей статической нагрузкой.
образованных лазерными излучателями 13 и фотоприемниками на линейке ПЗС 14 и захватывающих всю окружность сечения пружины 11. На фотоприемнике 14 получается ( наблюдается ) четкая тень, отбрасываемая участком пружины. Измеряемый размер определяется подсчетом числа пикселов, попадающих в тень от данного участка пружины.
Использование в заявляемом устройстве бесконтактного лазерного метода измерения геометрических размеров позволило по сравнению с прототипом расширить функциональные возможности устройства, обеспечить в его рамках автоматизированное измерение всего комплекса параметров пружин, повысить оперативность измерений. 1. ЛИТЕРАТУРА Г. А. Казанский, Б. М. Мирошник. Устройство и ремонт вагонных тележек. М., Трансжелдориздат, 1958 г., стр. 198-199 ( прототип ).