СИЛОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для измерения силы при испытаниях на прочность, например, авиационных конструкций и их элементов.
Известно изобретение "Датчик для измерения силы давления и/или растяжения" (п. №0301109 ЕПВ (ЕР), МКИ 4 G 01 L 1/22, 1/26; G 01 G 3/14).
Датчик состоит из центрального элемента и трех, расположенных под углом 120° один к другому по окружности центрального элемента, радиальных элементов для передачи усилий. На свободных концах радиальных элементов выполнены опорные поверхности.
На элементах расположены тензометрические датчики, которые измеряют усилия, воздействующие на центральный элемент вдоль его оси.
Недостатком такого датчика является то, что он требует стационарной установки, для него необходима специальная опорная поверхность.
Известно также изобретение "Силоизмерительное устройство с кольцевым упругим элементом" (3. №3812860 ФРГ (ДЕ). МКИ 4 G 01 L 1/22, 3/04; G 01 N 3/22).
Устройство содержит силоприемную часть, на которую воздействует усилие через шток; создающую реакцию опоры, опорную часть, на которую воздействует усилие для базирования устройства; кольцевой упругий элемент, скручиваемый под воздействием измеряемого усилия, и расположенный между силоприемной и опорной частями; тензометрические датчики, прикреплены к поверхности упругого элемента; первую и вторую кольцевые стенки, соединяющие с фланцами силоприемную и опорную части упругого элемента.
Недостатками такого устройства является то, что оно воспринимает усилия только в одном направлении, т.к. шток жестко зафиксирован; для устройства необходима стационарная опорная площадка; конструкция устройства не позволяет производить монтаж его в разрыв силовой цепи.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является изобретение «Силоизмерительное устройство» (патент №2247952, МКИ G 01 L 1/22).
Устройство содержит силоприемную часть в виде штока и двух перемычек. Шток через перемычки соединен с кольцевым упругим элементом, на котором прикреплены тензометрические датчики. Упругий элемент установлен на опорную часть.
Опорная часть состоит из двух стоек, расположенных на оси перпендикулярной оси перемычек, и опорного кольца. Шток выполнен с наружной резьбой для подсоединения к силонагружающему устройству, а опорное кольцо имеет резьбу на внутренней поверхности для подсоединения к ответной части силовой цепи.
Недостатком такого устройства является то, что датчик с такой конструкцией нельзя использовать для измерения малых нагрузок, так как снижается стабильность результатов измерений из-за несоответствия чувствительности.
Решаемой задачей предлагаемой полезной модели является повышение стабильности результатов измерений малых нагрузок при прочностных испытаниях, например, усталостных.
Решение задачи достигается тем, что упругий элемент выполнен в виде плоского кольца с разрезом по радиусу, а силоприемная часть состоит из пары одинаковых деталей с круглыми сквозными отверстиями, установленных симметрично у кромок разреза кольцевого упругого элемента, причем одна деталь установлена на верхней поверхности упругого элемента, а другая - на нижней поверхности упругого элемента, при этом центры отверстий на деталях силоприемной части и центр кольцевого упругого элемента расположены на одной оси перпендикулярной плоскости упругого элемента.
Сущность полезной модели поясняется на фиг.1 "Силоизмерительное устройство".
Устройство содержит плоский кольцевой упругий элемент 1 с разрезом 2 по радиусу, силоприемную часть из пары одинаковых деталей 3 со сквозными отверстиями 4, тензорезисторные датчики 5.
Упругий элемент 1 с разрезом по радиусу представляет собой винтовую пружину с одним витком и прямоугольным поперечным сечением. Центры отверстий на деталях силоприемной части и центр упругого элемента находятся на оси перпендикулярной плоскости упругого элемента. Эта ось совпадает с осью, по которой действует прилагаемая нагрузка со знаком (+) или (-). Отверстия на деталях силоприемной части предназначены для монтажа с помощью крепежа силоизмерительного устройства в разрыв силонагружающей цепочки.
Устройство работает следующим образом. Нагрузки Р от силонагружающего устройства воспринимаются силоприемной частью через детали 3. При этом кромки
разреза упругого элемента начинают перемещаться по вертикали относительно друг друга в разные стороны, будь нагрузка со знаком (+) или (-).
Выбор модели конструкции и работы устройства сделаны с учетом расчетов, приведенных в учебном пособии: Феодосьев В.И., Избранные задачи и вопросы по сопротивлению материалов, изд-во "Наука", Москва, Главная редакция физико-математической литературы, 1967 г., стр.176-178.
При приложении нагрузки к устройству в поперечном сечении действует только момент кручения.
На поверхности упругого элемента наклеены тензометрические датчики перпендикулярно друг к другу. Такая схема наклейки датчиков выбрана для измерения касательных напряжений от момента кручения. Выбор места наклейки датчиков произволен.
Датчики соединяются в мостовую схему. Сигналы, вырабатываемые измерительным мостом с промежуточным усилением, подаются на прибор-регистратор, назначением которого является регистрация результатов измерений или на вход ЭВМ для непосредственной обработки и анализа в процессе эксперимента.
Перед установкой в разрыв силовой цепи силоизмерительное устройство градуируют на специальной установке с помощью образцовых средств измерений.
Сравнивая предложенную полезную модель с прототипом, можно сделать вывод, что данное силоизмерительное устройство имеет простую конструкцию, легкосъемное, что позволяет использовать его в труднодоступных местах на испытательных установках или в маленьком рабочем пространстве.
Стабильные характеристики силоизмерительного устройства при измерении малых нагрузок позволяют использовать его для непрерывного автоматического контроля нагружения. Кроме того, использование такого устройства удобно и тем, что можно применять унифицированную аппаратуру для испытаний на прочность.