ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Исследование перемещений механизмов кузнечно-прессовых машин с помощью ходографов.

Цель работы: Ознакомление с устройством, принципом действия и конструкцией тензорезисторных и фотодиодных преобразователей (регистраторов) перемещения (ходографов) и их практическим использованием при исследовании перемещений механизмов и узлов кузнечно-прессового оборудования.

Материалы, инструмент, оборудование.

1. Ходографы.
2. Кузнечно-прессовая машина.
3. Тензометрический усилитель ТОПАЗ-3.
4. Светолучевой осциллограф Н117.
5. Индикатор часового типа.

Общие сведения. В практике исследования кузнечно-штамповочного оборудования при установлении истинной циклограммы взаимодействия механизмов, определения технологических усилий штамповки в функции пути и т.п. широкое распространение получили тензорезисторные и фотодиодные регистраторы перемещения.

Диапазон измерений перемещений с помощью тензорезисторных преобразователей перемещения (ходографов) составляет от нескольких микрометров до сотен миллиметров. С помощью фотодиодных ходографов можно регистрировать перемещения от нескольких миллиметров до нескольких сотен сантиметров.

Устройство и принцип работы тензорезисторного ходографа.

Рисунок 5.1 - Общий вид тензорезисторного ходографа

Тензорезисторный ходограф (рис. 5.1) состоит из упругого элемента 1 – «балочки равного сопротивления», на котором наклеены рабочие 2 и компенсационные 3 тензодатчики. Упругий элемент посредством толкателя 4 кинематически связан с клином 5, жестко закрепленным на штоке 6. Шток выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения в направляющих 7, 8. Возвратное движение осуществляется за счет пружины 10.Основание ходографа 9 жестко крепится к неподвижному элементу исследуемой кузнечно-прессовой машины, а его шток упирается в контролируемый объект.

Принцип работы тензорезисторного ходографа. Ходограф работает следующим образом. От контролируемого органа кузнечно-прессовой машины движение передается на шток, который начинает движение, сжимая пружину и перемещая клин. Клин посредством толкателя изгибает упругий элемент. При деформации упругого элемента рабочие датчики также испытывают деформации, в результате чего их активное сопротивление изменяется. Такое изменение сопротивления приводит к разбалансировке измерительного полумоста и соответственно к появлению тока на его выходе. Ток усиливается тензоусилителем и подается на вход светолучевого осциллографа. При возвращении контролируемого органа машины в исходное положение, шток посредством возвратной пружины также возвращается в исходное положения, что соответственно позволяет балочке занять горизонтальное положение. При этом датчики не испытывают деформацию и разбалансировка моста отсутствует.

Устройство и принцип действия фотодиодного ходографа. С помощью фотодиодного ходографа, основанного на использовании явления фотоэффекта, могут измеряться как линейные, так и угловые перемещения. Такой отметчик может иметь перфорированную шторку, соединённую с подвижным элементом штампа или машины; или диск с отверстиями выполненные в нём через определённые расстояния (или углы).при перемещении шторки или вращении диска (рис. 5.2) свет осветителя через отверстия в диске 2 падает на фотосопротивление 3 (фотодиод), который преобразует световой поток в электрический сигнал, поступающий к осциллографу. Такой отметчик даёт дискретную отметку (всплеск) на осциллограмме. Расстояние между двумя отметками (l) на осциллограмме соответствует шагу длинны окружности диаметром D, на которой выполнены равноотстоящие отверстия, или углу поворота a исследуемого вращающегося элемента:

Рисунок 5.2 - Схема дискового фотодиодного ходографа.

где n – количество отверстий в диске.

Для регистрации угловых перемещений диск закрепляется соосно с валом, при регистрации больших линейных перемещений он с помощью троссика соединяется с подвижным элементом штампа или машины. В последнем случае ходограф должен иметь корпус, закрепляемый на машине, в котором вращается валик 5 ходографа.

Порядок тарировки ходографа. Подготовка ходографа к работе сводится к его тарировке и установке на исследуемом кузнечно-прессовом оборудовании.

Для тарировки ходографа его необходимо закрепить либо на стенде, либо непосредственно на исследуемом объекте. Подключение ходографа к комплекту тензометрической аппаратуры осуществляется по соответствующей схеме (мост или полумост). Перемещение штока ходографа осуществляется непосредственно вручную (при тарировке на стенде), или в режиме «ручной проворот» (при тарировке на машине). Шаг подачи выдерживается равным кратной величине, и контролируется с помощью индикатора часового типа. Каждому шагу перемещения штока соответствует определенная величина отклонения луча гальванометра на ленте осциллографа. Полученные данные сводятся в таблицу. Процесс дискретного перемещения штока вперед и его возврат в исходное положение повторяется три раза, после чего вычисляется среднее значение полученных данных и по ним строится тарировочный график ходографа.

Порядок выполнения работы.

1. Установить ходограф на исследуемый объект.
2. Подключить ходограф к комплекту тензометрической аппаратуры.
3. Включить аппаратуру прогреть ее и настроить.
4. Осуществить тарировку ходографа.
5. Построить тарировочный график ходографа.
6. Включить кузнечно-прессовую машину на рабочий ход и произвести осциллографическую съемку.
7. Расшифровать осциллограмму.
8. Определить величину шага (расстояние между отметками) перемещений на осциллограмме фотодиодного ходографа.
9. Сделать выводы по работе.

Содержание отчета.
    Отчет о выполнении работы должен включать в себя:

1. Название работы.
2. Цель работы.
3. Краткие сведения об устройстве и принципе действия ходографов.
4. Общий вид тензорезисторного ходографа и схему дискового ходографа.
5. Методику проведения тарировки ходографа.
6. Тарировочный график ходографа.
7. Расчёт шага (угла) на осциллограмме фотодиодного ходографа.
8. Выводы по работе.

Контрольные вопросы.

1. Почему тензорезисторы ходографа включаются по полумостовой схеме?
2. В чём заключается отличие тензорезисторного ходографа от дискового фотодиодного?
3. На каком принципе основано действие тензорезистора и фоторезистора?
4. Какая аппаратура используется для тарировки ходографа?
5. Каким образом с помощью ходографа можно определить скорость движе-ния исследуемого объекта?
6. Как определить расстояние между двумя всплесками (отметками) на осцил-лограмме при использовании фотодиодного ходографа?
7. Что понимается под тарировкой ходографа?
8. Почему «балочка» тензорезисторного ходографа изготавливается из стали, обладающей высокой упругостью?
9. Какая связь между оборотом диска ходографа и ходом измеряемого объекта?
10. Где применяются тензометрические и дисковые фотодиодные ходографы?