Пристрій вимірювання і диференціювання крутного моменту

Реферат: Пристрій вимірювання і диференціювання крутного моменту містить співвісно розміщені ведучий і ведений вали із жорстко з'єднаними між собою півмуфтами, з яких півмуфта з ведучим валом з'єднана через поздовжню, а півмуфта з веденим валом - через гвинтову шарикові пари, гідравлічний демпфер, поршень із перепускними отворами зі штоком якого розміщений у веденій півмуфті, а шток зв'язаний з ведучим валом, при цьому ведена півмуфта через упорний підшипник взаємодіє з одним торцем пружини, другий торець якої впирається в рухому опору, установлену на веденому валу, а механізм знімання і передачі першого сигналу з'єднаний з ведучою півмуфтою. Механізм передачі з'єднаний зі штоком додатково установленого диференціатора, виконаного у вигляді основної циліндричної напрямної із торцевими, суцільним і з отвором для штока фланцями, з усередині установленими, зв'язаним зі штоком, приймальним поршнем, нерухомими з перепускним дроселем фланцем, першим зв'язаним тягою з другим рухомим поршнем, що переміщується в додатковій напрямній, з'єднаній із суцільним нерухомим фланцем з двома радіальними променями з осьовими отворами, причому перша порожнина між приймальним поршнем і нерухомим фланцем із другою порожниною між нерухомим фланцем і першим рухомим поршнем сполучена через дросель, із третьою порожниною між першим, другим рухомими поршнями і суцільним торцевим фланцем - через додаткову гідролінію безпосередньо, а четверта порожнина між другим рухомим поршнем і суцільним нерухомим фланцем через радіальні отвори в променях і отвори в напрямній в місцях їх приєднання - з атмосферою, при цьому додатковий другий механізм знімання і передачі другого сигналу виконаний у вигляді гідролінії, сполученої з третьою порожниною диференціатора. UA 113105 U (54) ПРИСТРІЙ ВИМІРЮВАННЯ І ДИФЕРЕНЦІЮВАННЯ КРУТНОГО МОМЕНТУ UA 113105 U UA 113105 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Пристрій належить до засобів автоматики і може бути використаний в механічних, гідравлічних і пневматичних установках, систем автоматичного регулювання і керування за двома параметрами різного призначення, для підвищення їх точності функціонування в умовах значних перепадів навантажень. Відомий, найближчий аналог за технічною суттю, пристрій для вимірювання крутного моменту, що містить співвісно розміщені ведучий і ведений вали з установленими ведучою і веденою півмуфтами, з'єднаних між собою, причому ведуча півмуфта з ведучим валом з'єднана через поздовжню, а ведена півмуфта на веденому валу - через гвинтову шарикову пару і додатково установлений гідравлічний демпфер гасіння високочастотних коливань, поршень з перепускними отворами і штоком якого розміщений у веденій півмуфті, а шток зв'язаний з ведучим валом, при цьому ведена півмуфта через упорний підшипник взаємодіє з одним торцем пружини, другий торець якої впирається в рухому опору, установлену на веденому валу, а механізм знімання і передачі сигналу з'єднаний з ведучою півмуфтою (див. Патент України № 30371, 2008 p.). Проте, недоліком відомого пристрою є обмежені функціональні можливості, оскільки ним формуються сигнали регулювання і керування пропорціональні тільки змінюванню крутного моменту і по одному параметру, що спричинює запізнюючу дію виконавчих органів систем автоматики і приводить до значних відхилень параметра регулювання або керування і збільшення часу перехідних процесів, а також обмежує область його застосування тільки в однопараметрових системах автоматики. Таким чином, пристрій для вимірювання крутного моменту має обмежені функціональні можливості, низьку точність формування вихідного сигналу і обмежену область застосування тільки в системах автоматики з одним параметром регулювання і керування. В основу корисної моделі поставлена задача розширити функціональні можливості, підвищити точність формування сигналів за навантаженням по кожному з двох параметрів і розширити область застосування пристрою в системах автоматики з двома параметрами регулювання і керування. Вирішення поставленої задачі пропонується завдяки удосконаленню пристрою, суттєві ознаки якого полягають у формуванні крім вихідних сигналів за навантаженням одного параметра, додаткові сигнали пропорційні змінюванню навантаження і швидкості його змінювання по другому параметру. Поставлена задача вирішується шляхом приєднання механізму знімання і передачі крутного моменту до штока додатково установленого диференціатора, виконаного у вигляді основної циліндричної напрямної із торцевими, суцільним і з отвором для штока фланцями, з установленими в ній усередині, зв'язаним зі штоком, приймальним поршнем, нерухомим з перепускним дроселем фланцем, першим зв'язаним тягою з другим рухомим поршнем, що переміщується в додатково установленій напрямній, з'єднаній одним торцем із суцільним нерухомим фланцем з двома радіальними променями з осьовими отворами. Перша порожнина в основній циліндричній напрямній між приймальним поршнем і нерухомими фланцем із другою порожниною між нерухомим із дроселем фланцем і першим рухомим поршнем сполучена через дросель, а із третьою порожниною між першим, другим рухомими поршнями і суцільним торцевим фланцем - через додаткову гідролінію безпосередньо. Четверта порожнина між другим рухомим поршнем і суцільним нерухомим фланцем через радіальні отвори в променях і отвори в основній напрямній в місцях їх приєднання сполучена з атмосферою. Другий додатковий механізм знімання і передачі другого сигналу пропорційного змінюванню крутного моменту і швидкості (першій похідній) його змінювання виконаний у вигляді гідролінії, сполученої з третьою порожниною диференціатора. За рахунок паралельного залучення додаткового контуру формування сигналів, пропорційних змінюванню крутного моменту і швидкості (першій похідній) його змінювання, розширить функціональні можливості, підвищить точність регулювання або керування об'єктів за двома параметрами (двигуни внутрішнього згоряння з турбонаддувом та ін.) систем автоматики, що розширить область застосування пристрою. На представленому кресленні схематично показано загальний вигляд запропонованого пристрою вимірювання і диференціювання крутного моменту в розрізі. Пристрій вимірювання і диференціювання крутного моменту містить півмуфту 1, механізм 2 для знімання і важіль 3 для передачі сигналу вимірювача. Півмуфта 1 шліцами з'єднана з ведучим валом 4 через шарики 5, установлені в пазах шліців. В торець вала 4 загвинчений шток 6 поршня 7 з осьовими отворами 8 гідравлічного демпфера. Від випадання шарики утримуються кришкою 9, притисненою гайкою до торця вала 4. 1 UA 113105 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Півмуфта 1 болтами 10 жорстко з'єднана з півмуфтою 11. Для ущільнення з'єднань штока із взаємодіючими деталями використано гумове кільце 12, установлене в кришці 13. Півмуфта 11 з веденим валом 14 з'єднана шариковою гвинтовою парою 15. На другому кінці півмуфти 11 установлена одна обойма упорного підшипника 16, а друга - в напрямній 17 пружини 18, протилежний торець якої впирається в сідло 19 з можливістю переміщатися вздовж осі вала 14 за допомогою гайки 20. До важеля 3 приєднаний важіль 21, шарнірно з'єднаний другим плечем зі штоком 22 додатково установленого диференціатора 23 вихідних сигналів, виконаного у вигляді основної циліндричної напрямної 24, зв'язаної з основою 25, з торцевим, з отвором для штока 22, фланцем 26 і суцільним 27. Усередині напрямної розміщені приймальний рухомий фланець 28, з'єднаний зі штоком 22, нерухомий фланець 29 із дроселем 30, перший рухомий поршень 31 зв'язаний тягою 32 з другим рухомим поршнем 33, що переміщується в додатковій напрямній 34, з'єднаній із суцільним нерухомим фланцем 35, який жорстко з'єднаний з осьовими отворами радіальними променями 36,37 із напрямною 24. Перша приймальна порожнина "А" між поршнем 28 і нерухомим фланцем 29 із другою порожниною "В" між фланцем 29 і першим рухомим поршнем 31 сполучена через дросель 30, із третьою порожниною "С" між першим 31 і другим 33 рухомими поршнями і суцільним торцевим фланцем 27 - через додаткову гідролінію 38 безпосередньо, а четверта порожнина "D" між другим рухомим поршнем 33 і суцільним нерухомим фланцем 35 через радіальні отвори в променях 36,37 і отвори в напрямній 24 в місцях їх приєднання - з атмосферою. Додатковий механізм 39 знімання і передачі другого сигналу виконаний у вигляді гідролінії 40 сполученої з третьою порожниною "С" диференціатора 23. Пристрій вимірювання і диференціювання крутного моменту працює наступним чином. При обертанні ведучого вала 4 через великий момент опору ведений вал 14 спочатку нерухомий. В результаті з'єднані півмуфти 1,11 починають на нього нагвинчуватися, стискаючи пружину 18. Нагвинчування буде до тих пір, поки момент сили опору пружини не буде рівним або більшим від моменту на валу 14, після чого ведений вал 14 разом з півмуфтами почне теж обертатися. При цьому півмуфти 1,11, після певного осьового зміщення, пропорційного величині крутного моменту, перемістять за собою механізм 2 знімання сигналу і важіль 3. Таким чином, переміщення важеля 3 буде пропорційне величині крутного моменту, який передається через вимірювач і формує перший вихідний сигнал, який далі подається на орган регулювання чи керування першого параметра об'єкта системи автоматики. При цьому одночасно із збільшенням крутного моменту через важелі 3,21 шток 22 разом із поршнем 28 переміститься уліво, підвищуючи в першій приймальній порожнині "А" тиск робочої рідини, яка через дросель 30 буде надходити в другу порожнину "В", а через гідролінію 38 - в третю порожнину "С", підвищуючи в них тиск. Однак, через наявність дроселя 30 тиск в порожнині "В" буде наростати менш інтенсивно, ніж в порожнині "С", в результаті чого перший рухомий поршень 31 переміститься управо і через тягу 32 перемістить другий рухомий поршень 33, ще додатково зменшуючи об'єм порожнини "С" і відповідно підвищуючи в ній тиск робочої рідини. В результаті вихідний сигнал диференціатора, а отже, другий сигнал пристрою, від дії крутного моменту, буде складатися із вихідного тиску, викликаного змінюванням вхідного сигналу (збільшення тиску в порожнині "А" і збільшення через те тиску в порожнинах "В", "С") і тиску, викликаного швидкістю (першою похідною) (переміщення поршня 33) його змінювання. Таким чином, абсолютний тиск в механізмі 39 знімання другого сигналу буде пропорційний змінюванню величини крутного моменту і швидкості його змінювання, який далі гідролінією 40 подається на орган регулювання чи керування другого параметра об'єкта системи автоматики. У випадку зменшення крутного моменту пружина 18, здолавши зусилля у гвинтовій парі, перемістить півмуфти 1,11, а разом з ними механізм 2 і важіль 3 знімання і передачі сигналу, в зворотному напрямку на величину, пропорційну зміненому моменту. Останнє через шток 22 перемістить поршень 28 і відповідно понизить тиск робочої рідини в порожнинах диференціатора, а також абсолютний тиск в гідролінії 40, на величину, пропорційну зміненому моменту і швидкості його змінення. При нульовому крутному моменті, пружина 18 перемістить півмуфти в початкове положення до упора на ведучому валу 4, а важіль 3 через шток 22 перемістить поршень 28 диференціатора в зворотному напрямку на величину повного пониження надлишкового тиску в його порожнинах. Ступінь затяжки пружини 18 змінюється переміщенням гайки 20 сідла 19, забезпечуючи необхідну чутливість вимірювача і диференціатора. При повному стисканні пружини 18 вимірювач крутного моменту буде працювати як з'єднувальна муфта. 2 UA 113105 U 5 10 Для гасіння високочастотних коливань, обумовлених нерівномірністю моменту опору та іншими причинами, півмуфта 11 при осьовому переміщенні і, зв'язані з нею рухомі деталі, будуть гальмуватися гідравлічним опором робочої рідини, що перетікатиме із одної порожнини гідравлічного демпфера в другу через отвори 8 поршня 7. Використання запропонованого пристрою вимірювання і диференціювання крутного моменту, у порівнянні з відомим, дасть можливість: - підвищити якість формування першого і додаткового другого вихідних сигналів гідравлічним демпфуванням поштовхів та ударів, які проходять через вимірювач крутного моменту і диференціатор; - розширити область застосування, використовуючи сформовані сигнали величини змінювання крутного моменту і швидкості його змінювання, перший в силовому приводі для покажчика і запобіжника перенавантаження, а разом з другим - для роботи систем автоматичного керування і регулювання технологічними процесами, а також об'єктами з двома параметрами. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 Пристрій вимірювання і диференціювання крутного моменту, що містить співвісно розміщені ведучий і ведений вали із жорстко з'єднаними між собою півмуфтами, з яких півмуфта з ведучим валом з'єднана через поздовжню, а півмуфта з веденим валом - через гвинтову шарикові пари, гідравлічний демпфер, поршень із перепускними отворами зі штоком якого розміщений у веденій півмуфті, а шток зв'язаний з ведучим валом, при цьому ведена півмуфта через упорний підшипник взаємодіє з одним торцем пружини, другий торець якої впирається в рухому опору, установлену на веденому валу, а механізм знімання і передачі першого сигналу з'єднаний з ведучою півмуфтою, який відрізняється тим, що механізм передачі з'єднаний зі штоком додатково установленого диференціатора, виконаного у вигляді основної циліндричної напрямної із торцевими, суцільним і з отвором для штока фланцями, з усередині установленими, зв'язаним зі штоком, приймальним поршнем, нерухомими з перепускним дроселем фланцем, першим зв'язаним тягою з другим рухомим поршнем, що переміщується в додатковій напрямній, з'єднаній із суцільним нерухомим фланцем з двома радіальними променями з осьовими отворами, причому перша порожнина між приймальним поршнем і нерухомим фланцем із другою порожниною між нерухомим фланцем і першим рухомим поршнем сполучена через дросель, із третьою порожниною між першим, другим рухомими поршнями і суцільним торцевим фланцем - через додаткову гідролінію безпосередньо, а четверта порожнина між другим рухомим поршнем і суцільним нерухомим фланцем через радіальні отвори в променях і отвори в напрямній в місцях їх приєднання - з атмосферою, при цьому додатковий другий механізм знімання і передачі другого сигналу виконаний у вигляді гідролінії, сполученої з третьою порожниною диференціатора. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3