ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКАЯ ОСЬ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАГРУЗКИ НА КРЮКЕ ГРУЗОПОДЪЕМНОГО КРАНА
STRAIN GAGE AXLE TO MEASURE LOAD AT CLIMBING CRANE HOOK

Изобретение относится к области грузоподъемной техники, а именно к ограничителям грузоподъемности кранов. Тензометрическая ось (тензоось) довольно часто применяется для измерения нагрузки на крюке грузоподъемного крана. Она может быть установлена в измерительном модуле под опорой барабана мостового крана, в качестве оси обводного блока, в крюковой подвеске грузоподъемного крана.
Измерение нагрузки является главной функцией любого ограничителя грузоподъемности, а ее измерение именно на крюке позволяет не косвенно, а напрямую регистрировать массу поднимаемого груза. Передача сигнала от датчика тензооси может быть обеспечена, например, радиоканалом с питанием его от батарейки или аккумулятора. Основной трудностью при проектировании тензооси является обеспечение достаточной чувствительности тензодатчика с одновременным обеспечением прочности тензооси. Эти два требования являются взаимоисключающими, так как высокая чувствительность тензодатчика обусловлена наличием высоких механических напряжений в месте его установки, а требование обеспечения больших запасов прочности обеспечивается низким напряженным состоянием оси в целом.
В качестве ближайшего аналога тензооси может быть принята ось, применяемая в весовых устройствах, например тензорезисторный датчик типа «Ось» НО-65-7 компании «Тензо-М» с номинальной нагрузкой 3…15 тс (Официальный сайт «Тензо-М»).
Недостатком такой оси является ее недостаточная прочность, обусловленная наличием высоких механических напряжений в зоне установки тензорезисторов, в связи с чем трудно обеспечивать необходимые запасы прочности, определенные нормативными документами. Применение высокопрочных материалов с глубокой термообработкой позволяет существенно повысить показатели прочности оси, однако при этом снижается ударная вязкость, что недопустимо для грузоподъемного устройства.
Недостаточная прочность конструкции такой оси может являться причиной возникновения аварий.
Задачей изобретения является создание устройства для измерения нагрузки, в котором сочетаются высокая прочность оси и чувствительность тензодатчика, установленного на ней. При этом в указанной оси, передающей нагрузку от крюковой подвески на канатные блоки, имеющей общее низкое напряженное состояние, создается местная зона высоких напряжений, в которой устанавливается тензодатчик.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для измерения нагрузки содержит ось из высокопрочного материала и тензодатчик, при этом в материале оси выполнена локальная зона высоких напряжений, оснащенная тензодатчиком, при общем низком напряженном состоянии оси в целом.
В одном из предпочтительных вариантов выполнения локальная зона высоких напряжений представляет собой два отверстия, выполненных близко друг к другу в торце оси, глубина которых и толщина перемычки между ними выбраны из условия достаточной прочности всей оси и высоких напряжений в указанной перемычке между отверстиями, а тензодатчик размещен внутри одного из указанных отверстий.
Кроме того, опорная поверхность в месте опирания оси ограничена по площади опирания с тем, чтобы концентрировать нагрузку в зоне установки тензодатчика.
Изобретение иллюстрируется чертежом (фиг.1), где показана ось 1 с действующими на нее нагрузками. Нагрузка на ось Р, прикладываемая к оси от веса груза, распределяется на две опорные поверхности 2 с действующими на них нагрузками Р/2. На боковых стенках оси 1 в месте опирания на опорные поверхности сделана выборка материала глубиной δ, обеспечивающая стабильность площади опирания при изменении нагрузки. На одном из торцов оси сверловкой выполнены два близкорасположенных отверстия на глубину L, превышающую длину α опорной поверхности 2. Диаметр отверстий d и расстояние между боковыми стенками отверстий Δ (толщина перемычки между ними) выбираются таким образом (т.е. диаметр отверстия значительно превышает толщину перемычки), чтобы в месте установки тензодатчика D (в одном из отверстий) были получены высокие напряжения, обеспечивающие высокую чувствительность тензодатчика при малой величине механических напряжений в других частях оси, чем обеспечивается необходимый запас прочности оси, гарантирующий безопасность ее работы.
Устройство работает следующим образом.
При нагружении оси 1 нагрузкой Р в зоне установки тензодатчика за счет тонкой перемычки между отверстиями возникают высокие напряжения, которые воспринимаются тензодатчиком, при этом общее напряженное состояние остальной части оси остается низким. Таким образом, требование обеспечения больших запасов прочности обеспечивается низким напряженным состоянием оси в целом.