УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ СВЕРЛЕНИЮ

Полезная модель относится к устройствам для исследования или анализа материалов путем определения их твердости и может быть использована для определения физико-механических свойств растущих деревьев, пиломатериалов, деревянных строительных конструкций и т.д.
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 характеристиках исследуемого материала.
Известно устройство для измерения сопротивления сверлению, включающее два раздельных привода на подачу и вращение бурового сверла, телескопический механизм ограничения смещения бурового сверла, находящихся в корпусе. Устройство комплектуется отдельным блоком для электропитания приводов, записи и распечатки результатов измерений [2].
Эта конструкция устройства для измерения сопротивления сверлению взята нами за прототип.
Недостатками устройства являются: сложность конструкции, снижающая его надежность и ремонтопригодность, большой вес и габариты.
Целью полезной модели является разработка устройства для измерения сопротивления сверлению, имеющего повышенную надежность, ремонтопригодность и маленький вес, а также позволяющего наиболее точно определять физико-механические свойства исследуемого материала.
Это достигается тем, что электрический привод вращения бурового сверла, например, постоянного тока, закреплен на опорно-направляющей каретке, перемещающейся по резьбовому валу, осуществляя подачу и обратное движение бурового сверла вдоль его оси; привод резьбового вала осуществляется через соединительную муфту посредством электрического мотора-редуктора, например постоянного тока, закрепленного неподвижно в корпусе устройства, при этом изменение направления и скорости вращения резьбового вала и соответственно перемещения каретки с электрическим приводом вращения бурового сверла осуществляется, например, посредством изменения полярности напряжения и изменения величины сопротивления резисторов в цепи якоря мотора-редуктора.
Каретка с закрепленным на ней электрическим приводом вращения бурового сверла, перемещается по направляющей, выполненной в виде продольного паза на нижней поверхности корпуса внутри устройства. Возможно исполнение устройства, когда каретка с закрепленным на ней электрическим приводом вращения бурового сверла, имеет специальные отверстия и перемещается по направляющим в виде продольных стержней, закрепленных к передней и задней поверхности корпуса внутри устройства. Также возможно, чтобы каретка с закрепленным на ней электрическим приводом вращения бурового сверла была соединена с поперечной балкой, концы которой посредством подшипников перемещаются в направляющих, установленных на боковых поверхностях внутри устройства.
Ограничители перемещения бурового сверла в радиальном направлении, выполнены в виде кареток, установленных подвижно на резьбовом валу, при этом перемещение ограничителей осуществляется в продольном пазе на нижней поверхности корпуса внутри устройства равнозначно скорости перемещения электродвигателя привода бурового сверла; отверстия в верхней части ограничителей имеют вставки из антифрикционного материала. Ограничители перемещения бурового сверла связаны между собой и с кареткой, на которой закреплен электрический двигатель привода вращения бурового сверла, упругими элементами.
Буровое сверло крепится к валу ротора электрического привода его вращения через соединительную муфту, а корпус устройства имеет специальное закрывающееся отверстие для осуществления процесса крепления, снятия бурового сверла.
Величина сопротивления сверлению, определяется по величинам электрического тока потребляемого электродвигателями привода вращения бурового сверла и вращения резьбового вала и величине электрического напряжения аккумулятора, при этом величина электрического тока определяется посредством датчиков тока, например на основе эффекта Холла, установленных в корпусе устройства, а величина электрического напряжения снимается непосредственно с аккумулятора, питающего устройство. Сигналы с датчиков тока и величина напряжения на клеммах аккумулятора поступают на устройство сбора данных, например, аналого-цифровой преобразователь, и далее на ЭВМ, где с помощью специального программного обеспечения производится сбор замеряемых электрических величин и осуществляется расчет и запись величин потребляемой электрическими приводами электрической мощности.
Глубина внедрения сверла в исследуемый материал определяется в соответствии с величинами времени процесса сверления, скорости вращения и шага резьбы резьбового вала устройства.
На фиг.1 представлена конструкция устройства для измерения сопротивления сверлению; на фиг.2 внешний вид со стороны передней опорной крышки устройства; на фиг.3 представлены варианты исполнения конструкций направляющих каретки с двигателем привода вращения бурового сверла; на фиг.4 представлена конструкция устройства в изометрии; на фиг.5 представлен внешний вид устройства в изометрии; на фиг.6 представлено устройство для измерения сопротивления сверлению, устройство сбора данных и ЭВМ.
Устройство для измерения сопротивления сверлению состоит из:
1 - электрический привод вращения бурового сверла; 2 - электрический мотор-редуктор привода подачи; 3 - буровое сверло; 4 - резьбовой вал; 5 - соединительная муфта мотора-редуктора привода подачи; 6 - соединительная муфта привода вращения бурового сверла; 7 - опорно-направляющая каретка; 8 - крепление упругих связующих элементов; 9 - ограничитель перемещения бурового сверла в радиальном направлении; 10 - вставка из антифрикционного материала; 11 - кронштейн крепления мотора-редуктора привода подачи; 12 - аккумуляторная батарея; 13 - датчики тока; 14 - рукоятка с выключателем; 15 - направляющий паз; 16 - задняя опорная крышка; 17 - передняя опорная крышка; 18 - подшипники резьбового вала; 19 - опорные шипы; 20 - защитная крышка; 21 - направляющий подшипник бурового сверла; 22 - корпус; 23 - крышка для замены бурового сверла; 24 - упругий связующий элемент; 25 - направляющие стержни; 26 - направляющие подшипников; 27 - устройство сбора данных; 28 - ЭВМ.
Устройство работает следующим образом:
В начальный момент времени буровое сверло 3 находится внутри корпуса 22 устройства для измерения сопротивления сверления. Опорные шипы 19, установленные на защитной крышке 20, подводятся и незначительно углубляются в исследуемый материал, например древесину. Через выключатель, находящийся на рукоятке 14 устройства, от аккумуляторной батареи 12 запитывается электрический привод вращения бурового сверла 1, например, постоянного тока, закрепленный на опорно-направляющей каретке 7. Через соединительную муфту 6 осуществляется вращение бурового сверла 3, второй опорой которого служит направляющий подшипник 21. Подача бурового сверла 3 осуществляется после запитывания электрического мотора-редуктора 2, например постоянного тока, закрепленного неподвижно на кронштейне 11 в корпусе устройства 22. При этом крутящий момент через соединительную муфту 5 передается резьбовому валу 4, второй конец которого установлен в подшипнике 18. Каретка 7 с закрепленным на ней электрическим привод вращения бурового сверла 1 начинают перемещаться по резьбовому валу 4, осуществляя внедрение бурового сверла 3 в исследуемый материал. Прямолинейность движения каретки 7 достигается за счет ее перемещения по специальной направляющей 15, выполненной в виде продольного паза на нижней поверхности корпуса внутри устройства 22. Возможно использование в качестве направляющих каретки 7 продольных стержней 25, закрепленных к передней 17 и задней 16 опорным крышкам внутри корпуса устройства, а также возможно крепление каретки 7 с поперечной балкой, концы которой посредством подшипников перемещаются в направляющих 26, установленных на боковых поверхностях внутри устройства. Ограничители перемещения бурового сверла в радиальном направлении 9 со специальными вставками из антифрикционного материала 10 перемещаются по резьбовому валу 4, и в предельном значении выдвижения бурового сверла 3 из корпуса 22 устройства, располагаются на не резьбовой части вала.
В процессе внедрения вращающегося сверла в исследуемый материал и в зависимости от физико-механических характеристик материала величина потребляемого электрического тока приводами 1 и 2 будет варьироваться. Величина электрического тока определяется посредством датчиков тока 13, например, на основе эффекта Холла, установленных в корпусе 22 устройства, а величина электрического напряжения снимается непосредственно с аккумуляторной батареи 12, питающей устройство. Сигналы с датчиков тока 13 и величина напряжения на клеммах аккумулятора 12 поступают на устройство сбора данных 27, например, аналого-цифровой преобразователь, и далее на ЭВМ 28, где с помощью специального программного обеспечения производится сбор замеряемых электрических величин и осуществляется расчет и запись величин потребляемой электрическими приводами электрической мощности. 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 4 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 мотора-редуктора 2. При осуществлении изменения направления вращения резьбового вала 4, каретка 7 с электрическим приводом вращения бурового сверла 1 перемещаются в обратном направлении, и происходит задвижение сверла 3 в корпус устройства. Посредствам упругих связующих элементов 24 закрепленных в креплениях 8 ограничители перемещения бурового сверла в радиальном направлении 9 возвращаются на исходные позиции.
Устройство снабжено специальной крышкой для замены бурового сверла 23.