Устройство для измерения усилий

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 01 1. 1/16 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ У С В ИДЕТЕЛ ЬСТВ ВТО 6 дпаай(71) Научно-производственное обьединение по кузнечно-прессовому оборудованию и гибким производственным системам для обработки давлением "ЭНИКмаш" (72) А. П, Чупеев и А. И. Щеблыкин (53) 531.781(088.8)(56) Авторское свидетельство СССР М 954796, кл, 0 01 1 908, 1972,Патент США М 4016679,кл. В 30 В 15/28, 1975.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИ- ЛИЙ 1719934 А(57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности. Устройство содержит упругий элемент 1, в котором выполнены отверстия, оси которых параллельны друг другу и нейтральной плоскости упругого элемента. причем одно отверстие выполнено в нейтральной плоскости, другое - со смещением относительно этой плоскости. В отверстиях размещены два пьезопреобразователя 7, 8, соединенные каждый с усилителями 11, 12, выходы которых включены встречно и соединены с блоком регистрации 13,2 ил, 1719934плоскости 15 20 25 30 35 40 50 Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности, к устоойствам для контроля усилий кривошип ного пресса путем регистрации деформации базовых деталей.Известно устройство для измерения деформации базовых деталей машин, содержащее тензобалку и опорные элементы для закрепления на базовой детали, с которыми соединены концы тензобалки, причем по крайней мере один из опорных элементов выполнен в виде стакана с конической, суживающейся ко дну полостью и расположенных в нем конической эксцентричной втулки, конической бобышки с центральным отверстием, размещенным во втулке, и болта, установленного на резьбе в дне стакана и проходящего через отверстие конической бобышки, которая .кестко связана с тензобалкой.Недостатками устройства являются высокие требования к точности изготовления опорных элементов к плоскости поверхности детали, к которой крепится стакан, и к установке тензобалки. Изгиб тензобалки приводит к снижению точности измерений.Известно устройство для измерения усилий, содержащее пьезоэлемент, зажимной винт, средства защиты пьезоэлемента от электрических и магнитных помех, сред. ства установки, сопряженные с контролируемым телом, включающие два опорных элемента, один конец которых связан с контролируемым.телом, а второй сопряжен с контактными шариками. Пьезоэлемент соединен со схемой преобразования сигналов, Устройство используется для измерения усилий кузнечно-прессового оборудования косвенным методом через измерения деформации базовых деталей,Недостатком прототипа является невысокая точность измерений, обусловленная жесткими требованиями, предъявляемыми к его установке (точной ориентации осьг каждого зажимного винта в направлении измерительной нормали), несоблюдение которых приводит к возникновению пары сил, которая может повернуть опорные элементы вокруг своей оси, что имеет место в условиях циклических нагрузок и наличия широкого спектра вибраций при работе кузнечно-прессовых машин.Цель изобретения - повышение точности измерений.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения усилий, содержащее упругий элемент с элементами крепления и блок регистрации, введены два усилителя, два пьезопреобразователя, соединенные каждый с соответствующим усилителем, выходы которых подключены встречно друг другу и соединены с блоком регистрации, при этом пьезопреобразователи расположены в выполненных в упругом элементе соответствующих отверстиях, оси которых параллельны друг другу и нейтральной плоскости упругого элемента, расположенных одно в нейтральной плоскости, другое - со смещением относительно этой На фиг, 1 изображена конструкция пьезопреобразователя; на фиг, 2 - структурная схема устройства для измерения усилий.Устройство содержит упругий элемент 1, выполненный в виде балки с вертикальным отверстием 2 в ее центре, в котором помещен элемент 3 креплениясоединенный резьбой с контролируемой деталью 4 кривошипного пресса (например, траверсой). На боковой поверхности упругого элемента 1 выполненыдва параллельных друг другу отверстия 5 и 6, причем отверстие 5 расположено в центральной части балки, т. е. в нейтральной плоскости, а отверстие 6 смещено относительной этой плоскости и находится в верхней части балки, в области деформации растяжения-сжатия. Отверстия 5 и 6 размещены в плоскости, проходящей через середину балки и перпендикулярно ей.В отверстиях 5 и 6 боковой поверхности упругого элемента 1 размещены пьезопреобразователи 7 и 8 в виде пьезокерамических пластин, выводы 9 и .10 которых подключены к нормирующим усилителям 11 и 12. Выходы усилителей 11 и 12 одной полярности (на схеме, например, "плюс") соединены между собой, а выходы другой полярности (" минус" ) подключены к входу блока регистрации усилия пресса 13, шкала которого проградуирована в кН, Концы упругого элемента 1 опираются через силопередающие элементы 14 и 15 (ролики) на контролируемую деталь 4,Усилители 11 и 12 (разработанные в НПО "ЭНИКМАШ") содержат регулируемый усилитель напряжения, инвертор-повторитель и стабилизатор напряжения, Каждый из усилителей 11 и 12 собран на операционных усилителях и предназначен для усиления сигнала малой мощности (порядка мкВт), снимаемого с пьезоэлемента, и приведения его к номинальному значению напряжения, а также изменения фазы, при необходимости, на противоположную.Установка устройства осуществляется следующим образом.На контролируемой детали - траверсе, над подшипником коленчатого вала выполняются отверстие с резьбой под крепежныйэлемент 3 и пазы под силопередающие элементы в . ролики 14 и 15. После установки роликов в пазы на них кладется упругий . элемент 1 в виде балки с центральным отверстием 2, куда вставляется крепежный 5 элемент 3. При завинчивании крепежного элемента 3 упругий элемент 1 прижимаетсясвоими концами к силопередающим элементам 14 и 15 и слегка изгибается. При этом создается предварительное сжатие чувствительно го элемента 8. Величина предварительного изгиба упругого элемента 1 должна превышать величину контролируемой деформации, имеющей место при выполнении прессом рабочей операции. Работа устрой ства основана на контроле усилия пресса косвенным путем через контроль деформации базовых деталей пресса. Устройство работает следующим обра зом.При выполнении рабочей операции усилие пресса передается по цепи: ползун - шатун - коленчатый вал - подшипник и за-мыкается на станине пресса. При этом вер хняя часть станины пресса испытывает деформацию изгиба. Упругий элемент 1, установленный на траверсе над подшипником коленчатого вала, воспринимает эту деформацию, в результате чего он изгибается и 30 величина предварительного сжатия пьезочувствительного элемента 8, установленного в верхней части упругого элемента в отверстии б, уменьшается, что вызывает его удлинение и генерацию электрического сиг нала на его выводах. При этом пьезочувствительный элемент 7, установленный в отверстии 5 и находящийся в нейтральной плоскости, не воспринимает изгиба упругого элемента 1 и сигнала не выдает. 40 Таким образом, на выход устройства 13 регистрации поступает сигнал, пропорциональный усилию пресса. Паразитные вибрации, имеющие место на траверсе станины при работе пресса, воспринимаются обоими пьезочувствительными элементами 7 и 8 в равной степени и формируют сигналы одной полярности, Поскольку выходы нормирующих усилителей 11 и 12 имеют встречное соединение, сигналы одного знака, соответствующие паразитным вибрациям, взаимно уничтожаются на входе регистрирующего блока 13 и оно отображает без искажений усилие пресса при выполнении им рабочей операции.Преимущество предлагаемого устройства для измерения усилий кривошипных прессов по сравнению с прототипом состоит в повышении точности измерений за счет компенсации паразитных вибраций, Конструкция устройства и его крепление при помощи одного крепежного элемента обеспечивают простоту его монтажа-демонтажа,Формула изобретения Устройство для измерения усилий, содержащее упругий элемент с элементами крепления и блок регистрации, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены два усилителя, два пьезопреобразователя, соединенные каждый с соответствующим усилителем, выходы которых подключены встречно другдругу и соединены с блоком регистрации, причем пьезопреобразователи расположены в выполненных в упругом элементе отверстиях, оси которых параллельны друг другу и нейтральной плоскости упругого элемента, при этом одно отверстие выполнено в нейтральной плоскости, другое - со смещением относительно этой плоскости.1719934 оставитель А. Чупеев хред М.Моргентал Корректо Редактор И. Каса вская Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 акэз 766 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, ЖРаушская наб., 4/5