УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАЛИБРОВКИ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИХ ВЕСОВ

Предложение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для калибровки тензометрических динамометров (тензометрических весов).
Известно устройство для поверки тензометрических весов (см. патент на полезную модель №71428, заявка №2007139747/22 от 26.10.2007), включающее соединяемые в последовательную силовую цепь с поверяемыми тензовесами жесткую раму, нагружающий механизм в виде пневмодомкрата, образцовый тензодинамометр, элементы сопряжения и передачи нагрузки к поверяемым тензометрическим силоизмерительным элементам и измерительную аппаратуру для измерения и регистрации сигналов поверяемых и образцовогого тензодинамометров.
Недостатком устройства является невозможность осуществления с его помощью испытаний (калибровки, поверки) многокомпонентных тензометрических весов (например, т.н. аэродинамических тензовесов), поскольку оно обеспечивает только однокомпонентное нагружение испытываемого объекта.
Известно устройство для калибровки, градуировки и поверки тензометрических весов (см. патент на полезную модель №111286, заявка №2011112227/28 от 30.03.2011), содержащее соединяемые в последовательную силовую цепь с калибруемыми тензовесами жесткую раму, гидродомкрат, эталонный (образцовый) тензодинамометр, узлы элементов сопряжения, крепления и передачи нагрузки и измерительную аппаратуру для регистрации сигналов калибруемого и эталонного (образцового) тензодинамометров.
В этом устройстве, являющемся наиболее близким аналогом к заявленному предложению и выбранном в качестве прототипа, могут применяться несколько нагружающих механизмов, состоящих из домкрата и соединенного с ним эталонного (образцового) тензодинамометра.
Недостатком этого устройство также является ограниченность его функциональных возможностей и невозможность осуществления с его помощью испытаний (калибровки, поверки) шестикомпонентных (аэродинамических) тензометрических весов, для чего требуется обеспечить нагружения испытуемого объекта тремя компонентами силы и тремя компонентами момента в заданной ортогональной системе координат в требуемом сочетании компонентов, их знаков и величин.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является расширение функциональных возможностей и повышение точности устройства для калибровки тензометрических весов.
Технический результат, который обеспечивается предложением, заключается в обеспечении нагружения испытуемого объекта тремя компонентами силы и тремя компонентами момента в заданной ортогональной системе координат в требуемом сочетании компонентов, их знаков и величин при контроле величин, направлений и точек приложения калибровочных нагрузок.
Этот результат достигается тем, что в известном техническом решении, выбранном в качестве прототипа и содержащем соединяемые в последовательную силовую цепь с калибруемыми тензовесами жесткую раму, нагружающие механизмы в виде домкратов и соединенных с ними образцовых тензодинамометров, узлы элементов сопряжения, крепления и передачи нагрузки и измерительную аппаратуру для регистрации сигналов калибруемого и образцовых тензодинамометров, рама выполнена в виде двух вертикальных жестких плит, установленных на основании и соединенных между собой тремя парами расположенных симметрично относительно вертикальной и горизонтальной продольных плоскостей заданной ортогональной системы координат цилиндрических проставок с установленными на них каретками, снабженными фиксаторами их заданного положения вдоль проставок, и дополнительной жесткой плиты, установленной снаружи на одной из указанных плит с помощью пары дополнительных проставок, причем узел крепления калибруемого тензодинамометра установлен соосно с продольной осью системы координат на каретке нижней пары проставок, расположенных симметрично вертикальной продольной плоскости, узел передачи нагрузки выполнен в виде жестко закрепляемой на калибруемом тензодинамометре нагрузочной втулки с размещенными на ее поверхности в соответствии с заданной системой координат узлами сопряжения с образцовыми тензодинамометрами нагружающих механизмов, один из нагружающих механизмов установлен на дополнительной жесткой плите по продольной оси системы координат с обеспечением взаимодействия с нагрузочной втулкой через отверстие, выполненное в прилежащей плите, пара нагружающих механизмов установлена последовательно на каретках пары проставок, расположенных симметрично горизонтальной продольной плоскости с обеспечением взаимодействия с соответствующими узлами сопряжения на нагрузочной втулке, три нагружающих механизма установлены на двух каретках верхней пары проставок, расположенных симметрично вертикальной продольной плоскости с обеспечением взаимодействия с соответствующими узлами сопряжения на нагрузочной втулке, при этом один из указанных трех механизмов размещен в вертикальной продольной плоскости заданной системы координат, а два - на одной каретке симметрично относительно этой плоскости.
Этот результат дополнительно достигается тем, что в устройство введены датчики контроля положения нагрузочной втулки относительно рамы.
Сущность предложения заключается в том, что выполнение рамы устройства в виде жесткой пространственной конструкции с основными и дополнительной плитами, проставками и каретками на них обеспечивает требуемую ориентацию механизмов нагружения калибруемых объектов различного типа компонентами силы и момента в заданной ортогональной системе координат. При этом обеспечен контроль величин калибровочных нагрузок. Введение датчиков контроля положения нагрузочной втулки относительно рамы позволяет также обеспечить учет деформаций калибруемых объектов и вводить поправки на изменение направления прикладываемых к ним нагрузок, что способствует повышению точности калибровки.
На фиг. 1 показан вид устройства для калибровки тензометрических весов; на фиг. 2 - вид устройства слева фиг. 1; на фиг. 3 - вид на разрез B-B фиг. 1; на фиг. 4 вид зоны E (укрупненно) на фиг. 2; на фиг. 5 - вид A-A (укрупненно) на фиг. 2.
Устройство для калибровки тензометрических весов содержит соединяемые в последовательную силовую цепь с калибруемыми тензовесами 1 жесткую раму 2, 3 нагружающие механизмы в виде домкратов 4 (гидравлических, пневматических или механических) и соединенных с ними образцовых тензодинамометров 5, узлы сопряжения 6 (шарниры), крепления 7 и передачи нагрузки 8. В состав устройства входит также измерительная аппаратура для регистрации сигналов калибруемого и образцовых тензодинамометров (на чертежах не показана). Рама выполнена в виде двух вертикальных жестких плит 2, установленных на основании и соединенных между собой тремя парами цилиндрических проставок 3, расположенных симметрично относительно вертикальной Oz и горизонтальной Oy продольных плоскостей (фиг. 1) ортогональной системы координат Oxyz. На указанных проставках размещены каретки 9, 10 и 11 с фиксаторами их заданного положения вдоль проставок (фиксация каретки 9 осуществляется с помощью гаек 12, а кареток 10 и 11 - с помощью мерных планок 13). В состав рамы входит также дополнительная жесткая плита 14, установленная снаружи на одной из плит 2 с помощью пары дополнительных проставок 15. Узел крепления 7 (фиг. 2, 3 и 5) калибруемых тензовесов 1 установлен по продольной оси системы координат Ox на каретке 9 нижней пары проставок, расположенных симметрично вертикальной продольной плоскости Oz, узел передачи нагрузки 8 выполнен в виде жестко закрепляемой на калибруемых тензовесах 1 нагрузочной втулки с размещенными на ее поверхности в соответствии с заданной системой координат узлами сопряжения 6 с образцовыми тензодинамометрами нагружающих механизмов, один из нагружающих механизмов установлен на дополнительной жесткой плите 14 по продольной оси системы координат с обеспечением взаимодействия с нагрузочной втулкой 8 через отверстие 16, выполненное в прилежащей плите 2, пара нагружающих механизмов установлена последовательно на каретках 10 пары проставок, расположенных симметрично горизонтальной продольной плоскости Oy, с обеспечением взаимодействия с соответствующими узлами сопряжения 6 на нагрузочной втулке, три нагружающих механизма установлены на двух каретках 11 верхней пары проставок, расположенных симметрично вертикальной продольной плоскости Oz, с обеспечением взаимодействия с соответствующими узлами сопряжения на нагрузочной втулке 8, при этом один (крайний слева на фиг. 1) из указанных трех механизмов размещен в вертикальной продольной плоскости Oz заданной системы координат, а два - на одной каретке (крайней справа на фиг. 1), симметрично относительно этой плоскости. На нагрузочной втулке 8 и раме 2 размещены элементы 17 датчиков контроля положения втулки относительно рамы.
Работа устройства при калибровке тензометрических весов осуществляется следующим образом. В узле крепления 7 устанавливаются калибруемые тензовесы 1 с предварительно смонтированной на них нагрузочной втулкой 8. При этом с помощью гаек 12 фиксируют каретку 9 нижней пары проставок 3. В соответствии с расположением узлов сопряжения 5 на нагрузочной втулке ориентируют и фиксируют с помощью планок 13 нагружающие механизмы, размещенные на каретках 10 и 11, и соединяют их с соответствующими узлами сопряжения 5 нагрузочной втулки. Так же соединяют с нагрузочной втулкой нагружающий механизм, установленный на дополнительной плите 13. Проводят настройку датчиков 17 и измерительной аппаратуры. В соответствии с программой испытаний с помощью домкратов 4 проводят нагружения по компонентам нагрузки: продольной и поперечным силам, крутящему (вокруг продольной оси) и изгибающим моментам. При этом используют соответствующие домкраты или группы домкратов, обеспечивая свободу перемещения по другим компонентам. Затем проводят аналогичные нагружения с подгрузкой других компонентов. При этом осуществляют регистрацию сигналов датчиков тензовесов 1, образцовых тензодинамометров 5 и датчиков контроля положения нагрузочной втулки 17 относительно рамы. По результатам обработки полученных данных (в том числе, с учетом поправок на рассогласование систем координат нагружающих механизмов и калибруемых тензовесов при деформациях последних под нагрузкой) определяют требуемый комплекс метрологических характеристик тензовесов: коэффициенты чувствительности и взаимных влияний компонентов, рабочий диапазон, коэффициенты жесткости, математическуя модель - вид математической связи величин компонентов нагрузки и выходных сигналов компонентов тензовесов, - и др.