МАШИНА СИЛОВОСПРОИЗВОДЯЩАЯ ПЕРВОГО РАЗРЯДА С ДИАПАЗОНОМ ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕДАЧИ ЕДИНИЦЫ ОТ 1 кН ДО 1000 кН С ПРЕДЕЛОМ ДОПУСКАЕМЫХ ЗНАЧЕНИЙ ДОВЕРИТЕЛЬНЫХ ГРАНИЦ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ СУММАРНОЙ ПОГРЕШНОСТИ 0,02%
WEIGHTLESS CALIBRATION SYSTEM OF FIRST RATE WITH RANGE OF STORAGE AND TRANSMISSION OF UNIT FROM 1 kN TO 1000 kN WITH LIMIT OF ALLOWABLE VALUES OF 0,02 PERCENT NOMINAL ACCUMULATED ERROR

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Машина силовоспроизводящая первого разряда с диапазоном хранения и передачи единицы от 1 кН до 1000 кН с пределом допускаемых значений доверительных границ относительной суммарной погрешности 0,02%.
Изобретение относится к рабочим эталонам единицы силы 1 -го разряда (ГОСТ 8.640-2014), предназначенным для передачи единицы силы методом прямых измерений рабочим эталоном 2-го разряда (переносные динамометры) и рабочим средством измерений - динамометры, силоизмерительные датчики (далее «средства измерения»).
ГОСТ 8.640-2014 предусматривает по принципу действия следующие рабочие эталоны 1-го разряда с пределом диапазона хранения и передачи единицы до 1 МН и суммарной погрешностью 0,02%:
- установки непосредственного нагружения;
- силоумножающие установки и машины гидравлического или рычажного типа;
ГОСТ также допускает силовоспроизводящие машины, имеющие другие принципы действия. Заявляемая машина по принципу действия относится к машинам с сервомеханическим нагружением, т.е. к машинам с другими принципами действия (примечание к таблице 2 ГОСТ 8.640-2014).
Известна силовоспроизводящая машина гидравлического типа МОС-2-500/500К, соответствующая государственной поверочной схеме для средств измерения силы по ГОСТ 8.065-85 (аннулирован, заменен на ГОСТ 8.640-2014) и предназначенная для градуировки и поверки образцовых переносных динамометров 3-го разряда по ГОСТ 9500-84, рабочих динамометров и датчиков силы.
Эта машина по метрологическим характеристикам не соответствует рабочим эталонам 1-го разряда по ГОСТ 8.640-2014 и не может быть аналогом заявляемой машины.
Из известных силовоспроизводящих машин аналогом заявляемой машины могут быть машины МСВ-МГ4, выпускаемые Челябинским ООО «СКБ Стройприбор». Машины соответствуют требованиям ГОСТ 8.640-2014 к рабочим эталонам 1-го разряда.
Машина состоит из силовой рамы с нагружающим уплотненным гидроцилиндром, установленным на траверсе рамы, и шкафа управления. На поршне гидроцилиндра устанавливается сменный эталонный датчик силы, на котором свободно подвешивается четырехколонный реверсор. Машина снабжена двумя гидравлическими цилиндрами подъема и опускания реверсора для смены эталонного датчика силы.
Принцип действия машины основан на сравнении выходных сигналов эталонного датчика силы и поверяемого средства измерений при одновременном их нагружении одной и той же силой.
Зона растяжения расположена в нижней части рамы, зона сжатия - в средней. Высота пространства в зонах растяжения и сжатия не регулируется: для различных размеров поверяемых средств измерения используются проставки и переходники.
В шкафу управления размещены насосная установка, питающая нагружающий цилиндр через обратный клапан, и малый уплотненный гидроцилиндр, поршень которого приводится в движение с помощью электромеханического сервопривода. Рабочая полость малого гидроцилиндра соединена с рабочей полостью нагружающего гидроцилиндра напрямую.
Насосная установка служит для выборки зазоров и грубого нагружения, малый цилиндр - для точного регулируемого изменения нагрузки и ее поддержания с необходимой точностью.
Такое усложнение схемы нагружения обусловлено тем, что при суммарной погрешности 0,02% на машине, например, МСВ-500МГ4 с диапазоном воспроизводимой силы от 10 кН до 500 кН, необходимо обеспечить точность остановки и удержания силы на первой реперной точке в пределах 2 Н. Сервогидравлика с работающим насосом такую точность обеспечить не может.
Поэтому, подвод к реперной точке и удержание воспроизводимой силы с необходимой точностью осуществляет малый гидроцилиндр с помощью электромеханического сервопривода, перемещающего поршень малого гидроцилиндра при выключенной насосной установке.
Машина комплектуется вторичным преобразователем и программным обеспечением производства ООО «СКВ Стройприбор».
К недостаткам прототипа можно отнести отсутствие регулирования высоты рабочего пространства в зонах растяжения и сжатия, в связи с чем машина комплектуется набором проставок и переходников, и сложность системы управления - наличие двух нагружающих цилиндров и, соответственно, двух систем управления, а также двух гидроцилиндров подъема и опускания четырехколонного реверсора.
У заявляемой машины эти недостатки отсутствуют.
На прилагаемой схеме изображено нагружающее устройство заявляемой машины, которое включает следующие детали и узлы:
- два червячно-винтовых редуктора 1, закрепленных к нижней плоскости основания 2 симметрично относительно оси нагружающего устройства, связанных между собой муфтой 3, ходовые винты 4 которых приводятся во вращение серводвигателем 5 через червячные передачи 6;
- подвижную траверсу 7 с закрепленными в ней гайками 8, сопряженными с шариковыми ходовыми винтами 4, и шариковыми втулками 9, сопряженными с направляющими колоннами 10, жестко связанными с основанием 2 и неподвижной траверсой 11 с помощью гаек 12;
- реверсорную рамку, состоящую из верхней 13 и нижней 14 траверс, жестко связанных колонками 15 с помощью гаек 16 и образующую с основанием 2 зону поверяемых «средств измерения» растяжения;
- неподвижную рамку, состоящую из траверсы 17, жестко связанной с помощью колонок 18 и гаек 19 с основанием 2 и образующую с реверсорной рамкой зону поверяемых «средств измерения» сжатия;
- ограничители 20 реверсорной рамки, закрепленные на колонках 18 с помощью зажимов 21;
- планки 22, центрирующие реверсорную рамку в исходном положении;
- виброопоры 23 нагружающего устройства;
- сменный тензорезисторный датчик силы сжатия 24 («эталон»);
- поверяемое средство измерения 25.
Заявляемая машина работает следующим образом.
Передача единицы силы поверяемому «средству измерения» (рабочим эталонам 2-го разряда и др.) на машине осуществляется от тензометрического датчика силы сжатия 25 (далее «эталон») с пределом допускаемых значений доверительных границ относительной суммарной погрешности не более 0,02%, находящегося в одной силовой цепи с поверяемым «средством измерения». «Эталоны» - сменные. Предел измерения каждого сменного «эталона» соответствует пределу измерения поверяемого «средства измерения». «Эталон» устанавливается на подвижную траверсу 7 в пространство, образованное подвижной траверсой 7 и верхней траверсой 14 реверсорной рамки. В исходном положении реверсорная рамка опирается на ограничители 20, закрепленные на колонках 18 неподвижной рамки, при этом в зоне сжатия образуется максимальная высота рабочего пространства, в зоне растяжения - минимальная. Перемещение траверсы осуществляется с помощью серводвигателя 5 с большим диапазоном регулирования скоростей вращения (об/мин).
Серводвигатель 5 через червячные передачи 6, встроенные в редукторы 1, вращает шариковые ходовые винты 4, которые, взаимодействуя с гайками 8, закрепленными в корпусе траверсы 7, перемещают ее вверх-вниз.
При движении траверса направляется с помощью шариковых втулок 9 по гладким колоннам неподвижной рамы, образованной основанием 2, неподвижной траверсой Ни двумя колоннами 10, жестко скрепленными с ними гайками 12.
Порядок работы на машине.
1. Установка необходимой высоты рабочего пространства в зонах растяжения или сжатия для поверяемых «средств измерения» осуществляется на холостом ходу. Для этого подвижная траверса с установленным «эталоном» перемещается вверх до смыкания «эталона» с реверсорной рамкой, после чего реверсорная рамка перемещается вместе с подвижной траверсой 7, при этом высота рабочего пространства в зоне сжатия уменьшается, а в зоне растяжения - увеличивается.
2. Установка поверяемого «средства измерения» на машину. На прилагаемой схеме показан рабочий эталон 2-го разряда сжатия (переносной динамометр).
3. Перемещение траверсы 7 вверх на холостом ходу до смыкания поверяемого динамометра с неподвижной рамкой.
4. После смыкания начинается нагружение поверяемого динамометра и «эталона» на минимальных скоростях вращения серводвигателя 5 (рабочий ход) с остановками на реперных точках на прямом и обратном (при необходимости) ходах.
При остановках сверяются показания «эталона» и поверяемого средства измерения.
Сущность изобретения заключается в следующем:
1. Установочный и рабочий ход подвижной траверсы осуществляется от серводвигателя с большим диапазоном регулирования скоростей вращения (об/мин): установочный ход и выборка зазоров осуществляется на максимальных скоростях вращения, нагружение эталона и поверяемого «средства измерения» и поддержание нагрузки на реперных точках - на минимальных.
Эта часть изобретения по сравнению с аналогом особенно эффективна:
- регулируется высота рабочего пространства в зонах растяжения и сжатия - у аналога в зоне растяжения регулируется вручную с помощью винта, в зоне сжатия - не регулируется;
- отсутствие гидравлики - у аналога наряду с серводвигателем с механическим приводом присутствует насосная установка и два цилиндра;
- одна система управления вместо двух у аналога.
2. Реверсорная рамка фиксируется в исходном положении ограничителями, закрепленными на колонках неподвижной рамки.
У аналога реверсорная рама опирается на плунжеры двух цилиндров, с помощью которых рама поднимается и опускается при установке сменных эталонов.
Эта часть изобретения значительно упрощает конструкцию - отсутствие цилиндров и управляющей гидро- и электроаппаратуры.