измеритель толщины диска железнодорожного колеса в процессе формовки на прессе

Формула изобретения

ИЗМЕРИТЕЛЬ ТОЛЩИНЫ ДИСКА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО КОЛЕСА В ПРОЦЕССЕ ФОРМОВКИ НА ПРЕССЕ, содержащий датчик угла поворота, сопряженный с первой рейкой, и датчик базового положения полуштампов, отличающийся тем, что в него введены датчик положения стола, установленный на колонне процесса и сопряженный с второй рейкой, установленной на столе пресса, на колонне которого установлены датчик базового положения полуштампов и датчик угла поворота, первая рейка закреплена на верхнем штамподержателе, введены первый и второй регистры, первый и второй ключи, формирователь импульсов записи, усилитель, пять вычитателей, первый и второй сумматоры, задатчики высоты верхнего и нижнего полуштампов, блок установки нуля, преобразователь числа циклов в поправку на износ полуштампов, задатчик базового положения полуштампов, датчик циклов пресса, выход которого соединен с первым входом преобразователя числа циклов в поправку на износ полуштампов, второй вход которого соединен с выходом блока установки нуля, а выход - с первым входом первого вычитателя, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, первый вход которого соединен с выходом задатчика высоты верхнего полуштампа, а второй - с задатчиком высоты нижнего полуштампа, выход первого вычитателя соединен с первым входом второго вычитателя, второй вход которого соединен с выходом задатчика базового положения полуштампов, выход - с первым входом третьего вычитателя, второй вход которого соединен с выходом четвертого вычитателя, первый вход которого соединен с выходом первого регистра, вход записи которого соединен с входом записи второго регистра и с выходом формирователя импульсов записи, вход которого соединен с прямым выходом датчика базового положения полуштампов, инверсный выход которого соединен с входом усилителя, выход которого соединен с установочным входом второго регистра, управляющими входами первого и второго ключей и установочным входом первого регистра, информационный вход которого соединен с выходом датчика угла поворота и входом первого ключа, выход которого соединен с вторым входом четвертого вычитателя, выход третьего вычитателя соединен с одним из входов второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом пятого вычитателя, один из входов которого соединен с выходом второго регистра, а второй вход - с информационным входом второго регистра и с выходом датчика положения стола, а выход второго сумматора через второй ключ подключен к выходу измерителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерению вертикальных размеров заготовки косвенным методом при прессовании и ковке и может быть применено при производстве железнодорожных колес для определения толщины диска.

Известно устройство измерения толщины диска колеса по стрелочному индикатору, связанному с траверсой пресса, входящее в автоматизированную систему управления прессом [1].

Известно также измерительно-управляющее устройство СШТ-11, состоящее из датчика, связанного с траверсой, выполненного с применением источника -излучения, блока управления, пульта управления, блока установки [2].

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее датчик угла поворота, сопряженный с первой рейкой, и датчик базового положения полуштампов [3]. Датчики для определения базовых положений нижней поверхности пуансона и верхней поверхности матрицы при перемещении ползуна вниз смонтированы на столе пресса и ползуне. Имеется также датчик для определения положения самого ползуна, который представляет собой кодирующее устройство, связанное с ползуном посредством зубчатой рейки и шестерни.

Так как в описанном устройстве датчик определяет перемещение ползуна, то не учитываются зазоры между элементами конструкции пресса и осадка пресса в процессе формовки, устройство не контролирует износ внутренних рабочих поверхностей инструмента.

Целью изобретения является увеличение выхода годных за счет повышения точности определения толщины диска железнодорожного колеса в процессе его формовки на прессе.

Это достигается тем, что в измеритель толщины диска железнодорожного колеса в процессе формовки на прессе введены датчик положения стола, установленный на колонне пресса и сопряженный со второй рейкой, установленной на столе пресса, на колонне которого установлены датчик базового положения полуштампов и датчик угла поворота, первая рейка закреплена на верхнем штамподержателе, введены первый и второй регистры, первый и второй ключи, формирователь импульса записи, усилитель, пять вычитателей, первый и второй сумматоры, задатчики высоты верхнего и нижнего полуштампов, блок установки нуля, преобразователь числа циклов в поправку на износ полуштампов, задатчик базового положения полуштампов, датчик циклов пресса, выход которого соединен с первым входом преобразователя числа циклов в поправку на износ полуштампов, второй вход которого соединен с выходом блока установки нуля, а выход - с первым входом 1-го вычитателя, второй вход которого соединен с выходом 1-го сумматора, первый вход которого соединен с выходом задатчика высоты верхнего полуштампа, а второй - с задатчиком высоты нижнего полуштампа. Выход 1-го вычитателя соединен с первым входом 2-го вычитателя, второй вход которого соединен с выходом задатчика базового положения полуштампов, а выход - с первым входом 3-го вычитателя, второй вход которого соединен с выходом 4-го вычитателя, первый вход которого соединен с выходом 1-го регистра, вход записи которого соединен со входом записи 2-го регистра и с выходом формирователя импульса записи, вход которого соединен с прямым выходом датчика базового положения полуштампов, инверсный выход которого соединен со входом усилителя, выход которого соединен с установочным входом 2-го регистра, управляющими входами 1-го и 2-го ключей и установочным входом первого регистра, информационный вход которого соединен с выходом датчика угла поворота и входом 1-го ключа, выход которого соединен со вторым входом 4-го вычитателя.

Выход 3-го вычитателя соединен с одним из входов 2-го сумматора, второй вход которого соединен с выходом 5-го вычитателя, один из входов которого соединен с выходом второго регистра, а другой - с информационным входом второго регистра и выходом датчика положения стола, а выход второго сумматора через 2-й ключ подключен к выходу устройства.

На фиг.1 показан пример установки на прессе датчиков измерителя толщины диска железнодорожного колеса; на фиг.2 - блок-схема измерителя толщины диска.

Датчик 1 угла поворота установлен на колонне 2 пресса и через шестерню, закрепленную на его оси, находится в зубчатом зацеплении с первой рейкой 3, которая крепится к верхнему штамподержателю 4. Датчик базового положения полуштампов 5 закреплен на колонне 2 пресса. В состав измерителя толщины диска также входит датчик 6 положения стола, который находится в зубчатом зацеплении со второй рейкой 7, прикрепленной к столу 8 пресса, а также вместе с датчиками 1 и 5 - на колонне пресса.

Траверса 9 пресса совершает возвратно-поступательное движение совместно с верхним штамподержателем 4, в котором закреплен верхний полуштамп 10, по направлению к нижнему полуштампу 11. Между траверсой 9 и верхним штамподержателем 4 расположена подштамповая плита 12. Опорный диск 13 разделяет верхнюю плоскость верхнего полуштампа от верхнего штамподержателя 4, а опорное кольцо 14 разделяет нижний полуштамп 11 и нижний штамподержатель 15.

Буквами указаны поясняющие обозначения:

а - высота верхнего полуштампа;

b - высота нижнего полуштампа;

L_xi - расстояние между полуштампами пресса;

S_i - расстояние между верхней кромкой верхнего полуштампа и нижней кромкой нижнего полуштампа;

x_i - величина перемещения верхнего полуштампа в процессе формовки колеса;

x_j - величина осадка стола пресса в процессе формовки колеса.

В состав устройства, кроме того, входят датчик 16 цикла пресса, выход которого соединен с первым входом преобразователя 17 числа циклов в поправку на износ полуштампов, второй вход которого соединен с выходом блока 18 установки нуля, а выход - с первым входом 1-го вычитателя 19, второй вход которого соединен с выходом 1-го сумматора 20, первый вход которого соединен с выходом задатчика 21 высоты верхнего полуштампа, а второй - с задатчиком высоты нижнего полуштампа 22.

Выход первого вычитателя 19 соединен с первым входом 2-го вычитателя 23, второй вход которого соединен с выходом задатчика 24 базового положения полуштампов, а выход - с первым входом 3-го вычитателя 25, второй вход которого соединен с выходом 4-го вычитателя 26, первый вход которого соединен с выходом 1-го регистра 27, вход записи которого соединен со входом записи второго регистра 28 и выходом формирователя 29 импульса записи. Вход последнего соединен с прямым выходом датчика 5 базового положения полуштампов, инверсный выход которого соединен с входом усилителя 30, выход которого соединен с установочным входом 2-го регистра 28, управляющими входами ключей 31,32 и установочным входом первого регистра 27, информационный вход которого соединен с выходом датчика угла поворота и входом ключа 31, выход которого соединен со вторым входом 4-го вычитателя 26.

Выход 3-го вычитателя 25 соединен с одним из входов 2-го сумматора 33, второй вход которого соединен с выходом 5-го вычитателя 34, первый вход которого соединен с выходом второго регистра 28, а второй - с информационным входом 2-го регистра 28 и выходом датчика 6 положения стола, а выход второго сумматора 33 через 2-й ключ 32 подключен к выходу устройства 35.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии траверса 9 (фиг.1) находится в крайнем верхнем положении. Сигнал с выхода датчика угла поворота (фиг.2) поступает на информационные входы 1-го регистра 27 и 1-го ключа 31. В этом состоянии на прямом выходе датчика базового положения полуштампов 5, соединенного со входом формирователя 29 импульса записи, уровень сигнала соответствует логическому нулю. Логический ноль и на выходе формирователя 29.

С инверсного выхода датчика 5 сигнал, соответствующий уровню логической единицы, поступает на вход усилителя 30. Усиленный по мощности сигнал с выхода усилителя 30 поступает на входы сброса регистров 27,28 и на управляющие входы ключей 31,32. При этом информация в регистрах 27,28, на выходе ключей 31,32, и на выходе 4-го вычитателя 26 отсутствует. В данном состоянии на втором входе 5-го вычитателя 34 сигнал также отсутствует (2-й регистр 28 установлен в нуль) и на его выходе будет сигнал, соответствующий состоянию датчика 6 положения стола. Перед началом работы, после замены верхнего 10 и нижнего 11 полуштампов (фиг.1) машинист пресса вводит числовые значения, соответствующие размерам высот а и b полуштампов с помощью задатчиков 21,22 (фиг.2), а с помощью блока установки нуля 18 сбрасывает преобразователь числа циклов в поправку на износ полуштампов 17 в нулевое состояние.

Сигналы, соответствующие размерам а и b полуштампов, поступают на входы 1-го сумматора 20 и сигнал, равный общей высоте полуштампов h = a + b поступает на второй вход 1-го вычитателя 19.

Преобразователь числа циклов в поправку на износ полуштампов сброшен в нулевое состояние (y = 0); сигнал с выхода 1-го вычитателя 19 (a + b) - y = h - y = h поступает на один из входов 2-го вычитателя 23. На задатчике базового положения полуштампов 24 набирается число S_о, соответствующее расстоянию между нижней кромкой нижнего полуштампа 11 и верхней кромкой верхнего полуштампа 10, с которого измеритель начинает контролировать текущий размер L_xi.

После того как число S_o задано, на выходе 2-го вычитателя 23 появится сигнал, равный S_o - (h - y); так как y = 0, то на 2-ом входе 3-го вычитателя 25 сигнал равен S_o - h; ранее было показано, что на первом входе этого вычитателя сигнал равен нулю. Следовательно, на входе 2-го сумматора 33 будет сигнал, равный S_o - h, т.е. сигнал, соответствующий началу отсчета.

На втором входе сумматора 33 будет сигнал, соответствующий выходу датчика 6 положения стола. При этом сигнал с выхода 2-го сумматора 33 на выход устройства 35 не поступает, так как второй ключ 32 закрыт сигналом от усилителя 30.

Рассмотрим работу устройства в динамике.

После укладки заготовки на нижний полуштамп 11 траверса 9 начинает опускаться и размер S_i уменьшаеться. Соответственно изменяются и сигналы с датчика 1 угла поворота. Однако до тех пор, пока на инверсном выходе датчика 5 базового положения полуштампов сохраняется уровень логической единицы, информация на выходе 2-го сумматора 33 не меняется и сигнал на выходе 35 устройства равен нулю.

Датчик 5 базового положения полуштампов установлен таким образом, что в момент входа первой рейки 3 в зону чувствительности этого датчика расстояние L_xo между полуштампами равно величине S_o - (a + b); величины S_o,a,b были введены задатчиками 24,21,22 соответственно.

В момент времени, когда первая рейка 3 при движении траверсы вниз достигает датчика 5, на его прямом выходе появляется сигнал логической единицы, а на инверсном - логического нуля. Сигналом логического нуля на инверсном выходе датчика 5 открываются ключи 31,32 и разрешается запись данных в первый и второй регистры. Одновременно формирователь 29 импульса записи по переднему фронту потенциального сигнала запишет в первый регистр 27 число с выхода датчика угла поворота, а во второй регистр 28 - число с выхода датчика 6 положения стола.

Информация с датчика угла поворота поступает на второй вход 4-го вычитателя 26. Эта же информация с выхода 1-го регистра 27 поступает на первый вход 4-го вычитателя 26. Следовательно, на выходе 4-го вычитателя 26 выходной сигнал равен 0. Аналогично, на оба входа 5-го вычитателя 34 подается одинаковая информация с датчика 6 положения стола и на его выходе сигнал равен нулю. В результате сигнал на выходе 2-го сумматора 33 и устройства 35 будет равен S_o - (a + b).

При дальнейшем опускании траверсы постоянно меняющаяся информация с выхода датчика 1 через ключ 31 поступает на 2-й вход 4-го вычитателя 26, на первом входе которого постоянно присутствует информация, записанная в 1-й регистр 27 в момент срабатывания датчика 5 базового положения полуштампов. На выходе 4-го вычитателя 26 сигнал 26 равен разности сигналов текущего положения верхнего полуштампа и базового: х_i - х_io. На выходе 3-го вычитателя 25 сигнал равен (S_o - h) - (х_i - х_io). Этот сигнал поступает на вход 2-го сумматора 33, на втором входе которого сигнал равен нулю и, соответственно сигнал на выходе 35 устройства имеет вид: L_xi = [S_o - (a + b)] - (x_i - x_io).

В момент, когда верхний полуштамп ляжет на заготовку, сигнал L_xiбудет соответствовать ее высоте и меняться не будет до тех пор, пока под воздействием собственной силы тяжести и давления не уберутся существующие зазоры (фиг.1) между верхним штамподержателем 4, подштамповой плитой 12 и траверсой 9.

При дальнейшем увеличении давления начинается процесс формовки колеса и под действием усилий пресса стол 7 начинает прогибаться.

Величина прогиба определяется как разность сигналов, соответствующих текущему состоянию датчика 6 положения стола x_j и базовому х_jo. Сигнал x_j - x_jo с выхода 5-го вычитателя 34 поступает на один из входов 2-го сумматора 33. На выходе сумматора 33 и выходе 35 устройства будет сигнал L_xi = (S - h) - (x_i - x_io) + (x_j - x_jo), соответствующий толщине диска в процессе формовки.

При движении траверсы вверх измеритель контролирует величину L_xi до момента выхода первой рейки 3 (фиг.1) из зоны чувствительности датчика 5. В этот момент на инверсном выходе датчика 5 (фиг.2) появляется сигнал, равный логической единице, регистры 27,28 сбрасываются в нуль, ключи 31,32 закрываются и на выходе 35 устройства сигнал становится равным нулю. При поступлении последующих заготовок цикл измерения повторяется.

В процессе прессования происходит износ нижнего 11 и верхнего 10 полуштампов (фиг.1), а также опорного диска 13 верхнего штамподержателя и опорного кольца 14 нижнего штамподержателя. Для учета величины этих износов в состав устройства введен преобразователь 17 числа циклов пресса в поправку на износ инструмента. С учетом этой поправки сигнал на выходе 1-го вычитателя 19 равен (a + b) - y. Следовательно, сигнал на выходе 35 устройства будет соответствовать размеру толщины диска и равен: L_xi = [S_o - (h - y) - (x_i - x_io) + (x_j - x_jo)

В качестве датчика угла поворота и датчика положения стола могут быть использованы магнитные бесконтактные преобразователи "угол-код" типа МП-9.

Датчик базового положения полуштампов может быть выполнен в виде бесконтактного выключателя типа КВП-16.

Задатчики высоты верхнего и нижнего полуштампов, базового положения полуштампов могут быть выполнены с использованием программных переключателей типа ПП-10.