УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ СВЕРЛЕНИЮ
DEVICE TO MEASURE RESISTANCE TO DRILLING

Изобретение относится к устройствам для исследования или анализа свойств материалов путем определения величины сопротивления их просверливанию (плотности) и может быть использовано для определения физико-механических характеристик древесины растущих деревьев, пиломатериалов, деревянных строительных конструкций различного назначения и т.п.
Известно устройство для измерения сопротивления сверлению, включающее два раздельных электрических привода на подачу и вращение бурового сверла, каретку и винтовую передачу. Величина сопротивления сверлению определяется с помощью датчика тока и/или датчика скорости вращения бурового сверла и/или угла поворота электрического двигателя, а также устройства сбора данных и электронную вычислительную машину [1].
Недостатками прототипа является то, что раздельный привод подачи и вращения бурового сверла не осуществляет изменения скорости подачи при увеличении сопротивления сверлению и нагрузки на электрический привод вращения бурового сверла. В этом случае возможно смещение траектории поступательного движения бурового сверла, например, при просверливании более плотных материалов или их участков, например, таких как сучки в древесине. При этом повышается износ режущей части бурового сверла и увеличивается нагрузка на электрический двигатель его вращения, что снижает точность измерений и надежность устройства.
Известно устройство для измерения сопротивления сверлению, включающее электрический ручной инструмент, осуществляющий привод на подачу и вращение бурового сверла, планетарный механизм самописца для записи исследуемого параметра на бумажный носитель, продольные направляющие перемещения бурового сверла [2].
Эта конструкция устройства для измерения сопротивления сверлению взята нами за прототип.
Недостатком устройства является то, что единый привод от электрического ручного инструмента не обеспечивает необходимого диапазона варьирования скорости подачи в зависимости от изменения сопротивления сверлению под действием нагрузки. При этом существующее изменение скорости подачи при повышении нагрузки на буровом сверле не учитывается, что снижает точность измерений. Сложность конструкции устройства снижает его надежность.
Техническим результатом является повышение точности измерения величины сопротивления просверливанию (плотности) исследуемых материалов, снижение износа режущей части бурового сверла и повышение надежности привода, узлов и конструкции устройства в целом.
Технический результат достигается тем, что вращение и подача бурового сверла осуществляются одним электрическим двигателем, например, постоянного тока, установленным неподвижно на раме устройства; крутящий момент от электрического двигателя передается через передачу, например, зубчатую на ходовой вал, например, квадратной формы в поперечном сечении, затем через передачу, например, зубчатую, установленную на каретке устройства, буровому сверлу; движение каретки по направляющим и ходовому валу, а также подача бурового сверла осуществляются через автоматический вариатор, например, клиноременный или его эквивалент, входной вал которого соединен с электрическим двигателем, а выходной через редуктор с винтовой передачей; ограничители смещения бурового сверла в поперечном направлении соединены последовательно друг с другом, рамой и кареткой гибкими связующими элементами, например, тросами. Определение частоты вращения винтовой передачи и скорости подачи бурового сверла соответственно, производится датчиком частоты вращения, например на эффекте Холла.
На фиг.1 представлена кинематическая схема устройства для измерения сопротивления сверлению; на фиг.2 конструкция устройства для измерения сопротивления сверлению без кожуха, вид слева.
Устройство для измерения сопротивления сверлению состоит из:
электрического двигателя 1, например, постоянного тока, осуществляющего вращение и подачу бурового сверла 2; рамы устройства 3, с закрепленным на ней неподвижно электрическим двигателем 1; передачи 4, например, зубчатой и автоматического вариатора 5, например, клиноременного или его эквивалента, расположенных на валу электрического двигателя 1; ходового вала 6, например прямоугольной формы в поперечном сечении; винтовой передачи 7, соединенной с редуктором Вис выходным валом автоматического вариатора 5; каретки 9 с передачей 10, например зубчатой, приводимых в движение через винтовой вал 7; ограничителей смещения бурового сверла 11, осуществляющих движение по направляющим 12, которые соединены последовательно друг с другом, передней крышкой 13 и кареткой 9 гибкими связующими элементами, например, тросами 14; датчиков частоты вращения винтовой передачи 15 и тока 16, потребляемого электрическим двигателем 1, например, на эффекте Холла; опоры 17.
Устройство работает следующим образом:
Первоначально буровое сверло 2 неподвижно и находится внутри корпуса устройства для измерения сопротивления сверлению. Устройство подводится к исследуемому материалу, например, к древесине и незначительно углубляется в него опорой 17. Опора 17 смонтирована на передней крышке 13 устройства и выполнена в форме конусной трубки, служащей для сбора стружки. После позиционирования устройства относительно исследуемого материала оператор включает электрический двигатель 1, который питается, например, от аккумулятора. Крутящий момент от электрического двигателя 1 через передачу 4, например, зубчатую, передается ходовому валу 6, например, квадратной формы в поперечном сечении, и через передачу 10, например, зубчатую передается на буровое сверло 2, которое начинает вращаться.
Одновременно, с началом вращения бурового сверла 2, крутящий момент от электрического двигателя 1 через автоматический вариатор 5, например, клиноременный и редуктор 8 передается на винтовую передачу 7, осуществляя ее вращение и подачу каретки 9. Каретка 9 начинает перемещаться по направляющим 12 и ходовому валу 6 осуществляя подачу бурового сверла 2. Ограничители смещения бурового сверла в поперечном направлении 11 также осуществляют движение по направляющим 12 в процессе перемещений каретки, так как соединены последовательно друг с другом, передней крышкой 13 и кареткой 9 гибкими связующими элементами, например, тросами 14.
Во время просверливания более плотных материалов или их участков, например, таких как сучки в древесине, и возрастании сопротивления сверлению происходит увеличение потребляемого тока электрическим двигателем 1 и снижение частоты вращения его выходного вала. При снижении частоты вращения вала электрического двигателя.1 автоматический вариатор 5, например, клиноременный, плавно увеличивает передаточное число и, соответственно, снижает частоту вращения своего выходного вала. При этом через редуктор 8 снижается частота вращения винтовой передачи 7 и происходит снижение скорости подачи каретки 9 и бурового сверла 2.
Обратный процесс осуществляется также автоматически - при повышении частоты вращения выходного вала электрического двигателя 1 осуществляется увеличение скорости подачи каретки 9 и бурового сверла 2 до максимальных значений холостого режима (без нагрузки) работы устройства.
Определение свойств исследуемого материала (сопротивления сверлению, плотности) осуществляется с использованием датчика тока 16, потребляемого электрическим двигателем 1 и датчика частоты вращения 15 винтовой передачи 7, например, на эффекте Холла. Сигналы с датчиков поступают на устройство сбора данных, например, аналого-цифровой преобразователь, далее на электронную вычислительную машину, где производится их обработка, преобразование, отображение и хранение. Ввиду автоматически изменяемой скорости подачи бурового сверла в процессе сверления и на основании предварительных экспериментальных исследований взаимодействия величины скорости подачи бурового сверла и тока, потребляемого электрическим двигателем 1, на электронной вычислительно машине осуществляется математическое преобразование величины тока с целью определения реального значения мощности на сверление и свойств исследуемого материала.
Возможно использование вместо или совместно с датчиком тока 16, потребляемого электрическим двигателем 1 датчика частоты вращения выходного вала электрического двигателя 1, так как при увеличении нагрузки и величины потребляемого тока при сверлении происходит снижение частоты вращения выходного вала электрического двигателя 1.
Изменение направления перемещения катерки 9 и бурового сверла 2 осуществляется, например, реверсом электрического двигателя 1 путем изменения полярности напряжения на якоре или обмотке возбуждения в случае использования двигателей постоянного тока. В режиме реверса каретка 9 с буровым сверлом 2 совершают обратное движение подачи и вместе с ограничителями смещения бурового сверла 11 принимают первоначальное положение в устройстве.
Использование предлагаемого изобретения позволяет добиться повышения точности измерения величины сопротивления просверливанию (плотности) исследуемых материалов, снижения износа режущей части бурового сверла и повышения надежности привода, узлов и конструкции устройства в целом.
Используемые источники
6
1. Устройство для измерения сопротивления сверлению: пат 2448811 Рос. Федерация: МПК G01N 3/40 / Шарапов Е.С., Чернов В.Ю., Чернов Ю.В. - №2010145313/28; заявл. 08.11.2010; опубл. 27.04.2012.
2. Bore resistance measuring apparatus including a drive unit and an attachment for a drill and or driving mechanism: 6290437 B1. United States patent: B23В 41/00 Claus M. Leimersheim, Erich H. Wiesloch; appl. no. 421904; filed Oct, 20, 1999; patented Sep.18, 2001.