ОТВЕС

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована, в частности для проверки вертикальности установки приборов.
Цель полезной модели - повышение точности работы.
Уровень техники
Известны отвесы, каждый из которых содержит груз и гибкую нить, закрепленную одним концом на грузе, а другим на катушке. (А.С. СССР №1044983, МКИ 3 G01С 15/10, 1979 г., опубл. Бюл. №36, 1983 г.) [1] и (Патент США №2135211, НКИ США 33-217, опубл. 01.11.1938 г.) [2].
Катушку закрепляют в верхней точке вывески и обеспечивают натяжение гибкой нити под действием массы груза и силы тяжести. По натянутой нити контролируют вертикальность различных объектов.
Недостатком известных отвесов является то, что при работе, под действием вредных механических колебаний гибкая нить отклоняется и это отрицательно влияет на точность установки объектов.
Известны обратные отвесы, каждый из которых содержит резервуар с демпфирующей жидкостью, в которую погружен поплавок, соединенный с верхним концом гибкой нити, закрепленный вторым свободным концом при помощи якоря в нижней части конструкции. (Патент РФ №2035696, МПК 6 G01с 15/10, 1992 г., опубл. Бюл. №14, 1995 г.) [3],
(А.С. СССР №1204930, МКИ 4 G01С 15/10, 1984 г., опубл. Бюл. №2, 1986 г.) [4], (А.С. СССР №1030650, МКИ 3 G01С 15/10, 1982 г., опубл. Бюл. №27, 1983 г.) [5], (А.С. СССР №531027, МКИ 2 G01С 15/10, опубл. Бюл. №37, 1976 г.) [6] и (Патент Великобритании №1059013, кл. G1 F4, 1964 г.) [7].
В известных обратных отвесах используется выталкивающая сила, действующая на поплавок, погруженный в жидкость для натяжения гибкой нити, закрепленной с помощью якоря в нижней части конструкции. Натянутая гибкая нить позволяет получить вертикаль для контроля различных объектов или процессов.
Недостатком известных обратных отвесов является зависимость выталкивающей Архимедовой силы, а, следовательно, и силы натяжения гибкой нити от объема вытесненной жидкости, т.е. от размеров поплавка.
Известен отвес, содержащий герметизированный прозрачный корпус с верхним и нижним основаниями, заполненный прозрачной демпфирующей жидкостью, подвешенный в нем груз на гибкой нити и визир, а также компенсатор из эластичного пористого материала в верхней части корпуса. (А.С. СССР №422954, МКИ G01С 15/10, 1972 г., опубл. Бюл. №13, 1974 г.) [8].
Устройство закрепляют на объекте и по отклонению груза от визира контролируют вертикальность упомянутого объекта, при этом демпфирующая жидкость гасит вредные механические колебания груза и гибкой нити, а благодаря компенсатору, кроме колебаний уменьшается влияние изменений температуры, т.е. изменений объема демпфирующей жидкости.
Недостатком известного отвеса, при использовании его в качестве вертикали для установки контрольных точек объекта является то, что из-за размещения гибкой нити с грузом и визира внутри корпуса имеет место удаленность гибкой нити от упомянутых точек и, как следствие, возникновение параллакса.
Известно устройство для контроля соосной установки элементов конструкции, содержащее гибкую нить с грузом, подвешенную в верхней части конструкции, груз опущен в резервуар с демпфирующей жидкостью, на резервуаре установлен измеритель положения нити, а в верхней и нижней точках установлены калибровочные вкладыши. (А.С. СССР №1770748, МКИ 5 G01С 15/10, 1990 г., опубл. Бюл. №39, 1992 г.) [9].
При работе гибкая нить фиксируется при помощи калибровочных вкладышей, а вредные механические колебания нити и груза гасятся демпфирующей жидкостью.
Недостатками известного устройства являются сложность конструкции, обусловленная наличием фиксирующих, направляющих и измерительного элементов, а также невозможность ориентирования груза по визиру на базовой поверхности, как, например, в аналоге [8], из-за размещения груза внутри резервуара с демпфирующей жидкостью.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому выбран отвес по Авторскому свидетельству СССР №1525463, МКИ 4 G01С 15/10, 1987 г., опубл. Бюл. №44, 1989 г.) [10].
Отвес, выбранный в качестве прототипа содержит гибкую нить, цилиндрический груз с конусной частью в виде постоянного магнита и демпфер в виде плиты из магнитомягкого материала с уровнями и регулировочными винтами.
Отвес - прототип работает следующим образом.
Демпфер - плиту из стали Ст.3 устанавливают горизонтально на базовой поверхности при помощи регулировочных винтов и уровней. Затем подводят цилиндрический груз к демпферу, таким образом, чтобы между конусной частью из постоянного магнита и плитой оставался некоторый зазор δ. Взаимодействие магнита с плитой обеспечивает перпендикулярность гибкой нити и груза к плите и, соответственно к базовой поверхности.
По натянутой гибкой нити контролируют вертикальность объектов по отношению к базовой поверхности, при этом работа отвеса не зависит от силы тяжести.
Недостатками отвеса-прототипа являются наличие промежуточного регулируемого элемента - плиты, что отрицательно сказывается на точность работы, и, кроме того, не используется естественная сила тяжести для натяжения гибкой нити.
Цель полезной модели - повышение точности работы, путем повышения эффективности гашения вредных механических колебаний.
Поставленная цель достигается тем, что в отвесе, содержащим гибкую нить, груз и демпфер, последний выполнен в виде полого корпуса из немагнитного прозрачного материала с торцевыми фланцами, трех постоянных магнитов, два из которых закреплены в верхней и нижней частях корпуса, а третий - подвижно установлен в его средней части, при этом, в нижних фланце и магните имеются центральные отверстия, совпадающие между собой, упомянутая гибкая нить соединена одним концом с верхней точкой вывески, а другим - с верхней частью корпуса, а также введена вторая гибкая нить, одним концом соединенная с грузом, а другим - с нижней частью третьего магнита, причем магниты обращены друг к другу однозначными полюсами и взаимодействуют между собой, а гибкие нити выполнены немагнитными.
Раскрытие полезной модели
Задача, на решение которой направлена полезная модель заключается в следующем. При проверке вертикальности установки приборов на базовой поверхности стенда для настройки возникает необходимость построения вертикали.
При применении отвесов [1 и 2] натяжение гибкой нити осуществляется под действием массы груза и силы тяжести. Но гибкая нить подвержена вибрациям, и как следствие, появлению вредных механических колебаний, отрицательно сказывающихся на точность установки приборов, и для ее "успокоения" нужно определенное время, даже при отсутствии вибраций.
В обратных отвесах [3-7] для натяжения гибкой нити используется выталкивающая сила, действующая на поплавок погруженный в демпфирующую жидкость и связанный с упомянутой гибкой нитью. Однако, сила натяжения нити зависит от размеров поплавка и, соответственно, от объема резервуара и демпфирующей жидкости, и, кроме того, при использовании обратных отвесов [3-7] в качестве простых отвесов необходимо наличие площадки для установки и закрепления резервуара в верхней части конструкции.
Применение отвеса [8] также нецелесообразно, поскольку невсегда возможно закрепить отвес на приборе, а при установке его перед прибором возникает параллакс из-за удаленности гибкой нити от объекта.
Возможности устройства [9] ограничены по сравнению с аналогом [8] и не позволяют ориентировать груз по визиру на базовой поверхности из-за размещения упомянутого груза внутри резервуара с демпфирующей жидкостью, расположенного внизу конструкции.
Недостатки аналогов [1-9] в значительной степени устраняются в прототипе [10], но в последнем не используется сила тяжести для натяжения гибкой нити и компенсации механических колебаний, и кроме того между грузом (его конусной частью) и базовой поверхностью находится промежуточный
элемент - плита из магнитомягкого материала с уровнями и регулировочными винтами, что с одной стороны, дает независимость объективной горизонтальной плоскости от возможных неровностей базовой поверхности, но с другой стороны, промежуточный элемент снижает точность установки и измерений.
При осуществлении полезной модели может быть получено повышение точности работы путем повышения эффективности гашения вредных механических колебаний демпфером, исключающим непосредственный контакт гибкой нити и груза, и соответственно, передачу колебаний за счет связи их через постоянные магниты, один из которых "подвешен" в магнитном поле.
При этом демпфер, в отличие от прототипа, находится не между грузом (его конусной частью) и базовой поверхностью, а между верхней точкой вывески и грузом, что позволяет получить непосредственный контакт конусной части груза с базовой поверхностью (или с визиром на базовой поверхности) без промежуточного элемента.
Краткое описание чертежей
На чертеже изображен предлагаемый отвес в разрезе, знаками "+" и "-" обозначены полюса магнитов.
Отвес содержит немагнитную гибкую нить 1, груз 2 и демпфер в виде полого корпуса 3 из немагнитного прозрачного материала с торцевыми фланцами 4 и 5, трех постоянных магнитов 6, 7 и 8, магниты 6 и 7 закреплены в верхней и нижней частях корпуса 3, а третий магнит 8 - подвижно установлен в его средней части, при этом в нижних фланце 5 и магните 7 имеются центральные отверстия 9 и 10, совпадающие между собой, упомянутая гибкая нить 1 соединена одним концом с верхней точкой вывески 11, а другим - с верхней частью корпуса 3, а также вторую немагнитную гибкую нить 12, одним концом соединенную с грузом 2, а другим - с нижней частью третьего магнита 8, через отверстия 9 и 10, причем магниты 6, 7 и 8 обращены друг к другу однозначными полюсами и взаимодействуют между собой.
Работа с отвесом осуществляется следующим образом.
При сборке отвеса гибкую нить 1 запасовывают в верхней части корпуса 3 и шарнирно закрепляют в верхней точке вывески 11. Вторую гибкую нить 12 запасовывают в нижней части магнита 8, пропускают через отверстия 9 и 10 магнита 7 и фланца 5 и шарнирно закрепляют в верхней части груза 2. Регулировкой положения по высоте магнитов 6 и 7, с учетом массы груза 2, обеспечивают устойчивое положение магнита 8 в магнитном поле, образованном последним и магнитами 6 и 7.
Осуществление полезной модели
Разработана и изготовлена конструкция отвеса для проверки вертикальности установки приборов на стенде. Отвес состоит из гибкой нити 1, груза 2 и демпфера.
Конструктивно демпфер представляет собой корпус 3 в виде полого цилиндра из органического стекла СОЛ ГОСТ 15809-70 "Стекло органическое конструкционное" с внутренним диаметром 15 мм, высотой 65 мм и толщиной стенки 3 мм, двух фланцев 4 и 5 из стекла СОЛ толщиной 3 мм, соединенных с корпусом 3, двух постоянных магнитов 6 и 7 ГОСТ 17809-78 "Материалы магнитотвердые литые. Марки и технические требования" диаметром 14 мм и высотой 15 мм, закрепленных в верхней и нижней частях корпуса 3 при помощи стальных магнитомягких пластин с отверстиями диаметром 5 мм (на чертеже не обозначены), установленных на внутренних поверхностях фланцев 4 и 5 с возможностью регулировки по высоте винтами М4×12 (на чертеже не показаны), при этом во фланце 5, магните 7 и нижней магнитомягкой пластине имеются центральные отверстия 9 и 10 диаметром 5 мм, совпадающие между собой. В средней части корпуса 3 установлен подвижно третий постоянный магнит 8 диаметром 14 мм и высотой 15 мм, магниты 6, 7 и 8 обращены друг к другу однозначными полюсами и взаимодействуют (отталкиваются) между собой.
Груз 2 представляет собой стальной цилиндр диаметром 15 мм и высотой 40 мм, с конусной частью 15 мм.
Гибкие нити 1 и 12 из капроновых ниток ГОСТ 15897-70 "Нить капроновая технического назначения" диаметром 1-2 мм имеет длину 500-600 мм, и при этом гибкая нить 1 одним концом запасована в верхней части корпуса 3, а другим - шарнирно закреплена в верхней точке вывески 11, а гибкая нить 12 одним концом запасована в верхней части магнита 8, а другим - шарнирно закреплена в верхней части груза 2.
Работа с отвесом описана в разделе "Краткое описание чертежей"