Узел встройки тензодатчика и ударопрочные весы на его основе
STRAIN GAUGE ATTACHMENT UNIT AND IMPACT-RESISTANT SCALES BASED THEREON

Группа изобретений относится к области весоизмерительной техники и может использоваться для конструирования узлов встройки тензодатчиков и платформенных весов на их основе для использования в тяжелых условиях промышленного производства.
Известно ударопрочное весоизмерительное устройство (патент на полезную модель RU 26649 U1). Данная конструкция весов защищена от перегрузок при падении взвешиваемых грузов на них и нашла применение для взвешивания металлических изделий на металлургических предприятиях. Ударопрочное весоизмерительное устройство содержит грузоприемную платформу, на которую устанавливаются взвешиваемые грузы. Нагрузка от грузоприемной платформы передается к нижней раме через демпфирующие узлы - пружины, смягчающие удары. По оси пружин установлены шпильки, защищающие пружины от перекоса или выпадения. Нижняя рама подвешена на основании весов через тензодатчики растяжения и подвижные узлы - кардановы подвесы, обеспечивающие возможность ее горизонтального перемещения и самоцентрирования. Для защиты тензодатчиков от перегрузки при падении грузов на грузоприемную платформу, под грузоприемной платформой расположены ограничители перемещения - упорные болты, ограничивающие ход сжатия пружин. При перегрузке грузоприемная платформа опускается на пружинах и останавливается, столкнувшись с упорными болтами. Перегрузка передается от грузоприемной платформы к основанию весов, минуя тензодатчики, что защищает их от повреждения.
В данной конструкции элементы, выполняющие различные функции, пространственно разделены друг от друга: упругие демпфирующие элементы (пружины) расположены внутри весов под углами грузоприемной платформы и передают нагрузку на общую нижнюю раму, тензодатчики расположены отдельно от пружин и связывают нижнюю раму с основанием весов, упорные болты расположены отдельно от пружин и тензодатчиков, под углами грузоприемной платформы. Поэтому при сборке весов или при их ремонте эти элементы устанавливаются и настраиваются независимо друг от друга. Эти недостатки усложняют сборку весов, их обслуживание и ремонт.
Наиболее близкими по технической сущности к заявляемым являются узел встройки тензодатчика и ударопрочные весы, описанные в одноименном патенте РФ RU 2411465 С2 и выбранные в качестве прототипов.
Известные устройства описываются следующей формулой.
1. Узел встройки тензодатчика, содержащий тензодатчик, опорную плиту, подвижный узел, передающий нагрузку от опорной плиты к тензодатчику, и основание узла встройки, на которое установлен тензодатчик, отличающийся тем, что опорная плита опирается на подвижный узел через один или несколько упругих демпфирующих элементов, а ход опускания опорной плиты на упругих демпфирующих элементах ограничивается одним или несколькими ограничителями перемещений, установленными на основании узла встройки.
2. Узел встройки тензодатчика по п. 1, отличающийся тем, что в качестве упругих демпфирующих элементов используются пружины.
3. Узел встройки тензодатчика по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве ограничителей перемещения используются упорные болты.
4. Ударопрочные весы, включающие тензодатчики, основание весов, грузоприемную платформу, установленную на упругие демпфирующие элементы, подвижные узлы, передающие нагрузку от упругих демпфирующих элементов к тензодатчикам, ограничители перемещения, закрепленные на основании весов, ограничивающие опускание грузоприемной платформы на упругих демпфирующих элементах, отличающиеся тем, что тензодатчики, подвижные узлы, упругие демпфирующие элементы и ограничители перемещения собраны вместе и конструктивно размещены в виде отдельных съемных блоков - узлов встройки тензодатчиков, расположенных на основании весов, на которые опирается грузоприемная платформа.
Более конкретно в прототипе узел встройки с балочным тензодатчиком (фиг. 2) состоит из основания 1, на котором закреплен консольный балочный тензодатчик 2. Опорная плита 3 опирается на серьгу 4 через узел с двумя симметрично расположенными пружинами 5, по оси которых установлены шпильки, защищающие пружины от перекоса или выпадения. Для ограничения хода опорной плиты и защиты тензодатчиков от перегрузок используются упорные болты 6, опирающиеся на основание и закрепленные в верхней части гайками. Серьга 4 подвешена на тензодатчик 2 через узел 7 со стальным шариком между вогнутыми поверхностями для обеспечения ее подвижности. Подвижный узел в этом варианте узла встройки образуется серьгой 4 и узлом 7 со стальным шариком. Верхняя опорная часть узла встройки имеет прямоугольную форму, длинные боковые стороны которой имеют меандрообразный профиль из-за наличия шпилек в пружинных пакетах.
Конструкция является достаточно сложной из-за наличия шпилек в пакетах пружин, серьги в подвижном узле и не очень надежной в плане защиты тензодатчиков из-за узкой «контурной» площади опорной плиты в верхней части ударопрочного узла встройки тензодатчиков, что ухудшает точность измерений.
Известные ударопрочные весы имеют следующую конструкцию.
Ударопрочные весы включают тензодатчики, основание весов, грузоприемную платформу, установленную на упругие демпфирующие элементы, подвижные узлы, передающие нагрузку от упругих демпфирующих элементов к тензодатчикам, ограничители перемещения, закрепленные на основании весов, ограничивающие опускание грузоприемной платформы на упругих демпфирующих элементах, и отличаются тем, что тензодатчики, подвижные узлы, упругие демпфирующие элементы и ограничители перемещения собраны вместе и конструктивно размещены в виде отдельных съемных блоков - узлов встройки тензодатчиков, расположенных на основании весов, на которые опирается грузоприемная платформа.
Недостатком известной конструкции является не вполне удовлетворительная точность, обусловленная тем, что каждый из узлов встройки стоит на собственном основании, которые никак не объединены между собой, и при перегрузке возможно их смещение по горизонтали. Верхние части узлов встройки объединены накладываемой сверху на опорные плиты ударопрочных узлов встройки тензодатчиков грузоприемной платформой, а подвижные несвязанные П-образные рамы, свободно перемещаясь, занимают неопределенное положение. Эта ненадежность в соединениях узлов ухудшает точность измерений.
Задачей является повышение точности измерений за счет обеспечения надежности соединения узлов и элементов конструкции.
Поставленная задача решается тем, что:
- в узле встройки тензодатчика, содержащем балочный тензодатчик, опорную плиту, подвижный узел, включающий стальной шарик между вогнутыми поверхностями чашек для обеспечения его подвижности и передающий нагрузку от опорной плиты к тензодатчику, и основание узла встройки, при этом опорная плита опирается на подвижный узел через один или несколько упругих демпфирующих элементов, снабженных элементами защиты их от перекоса или выпадения, выполненными в виде упорных болтов, упирающихся при нагрузке в основание узла встройки головками, а ход опускания опорной плиты на упругих демпфирующих элементах ограничен одним или несколькими ограничителями перемещений, в качестве которых также использованы упорные болты, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, узел встройки снабжен в верхней части соразмерной с его конструкцией плоской опорной плитой, в качестве элементов защиты тензодатчика использованы те же упорные болты, которые служат для защиты упругих демпфирующих элементов от перекосов или выпадений, снабженные каждый дополнительной гайкой для регулировки натяга пружин со стороны головок, обращенных к основанию узла встройки.
При этом в качестве упругих демпфирующих элементов могут быть использованы тарельчатые пружины или упругие полимерные элементы.
Кроме того, под головками упорных болтов могут быть расположены неупругие деформируемые элементы для упора в них этих болтов и снижения ударной нагрузки при разрушении этих элементов.
- в ударопрочных весах, включающих основание весов, тензодатчики,, грузоприемную платформу, установленную на упругие демпфирующие элементы, подвижные узлы, передающие нагрузку от упругих демпфирующих элементов к тензодатчикам, ограничители перемещения, закрепленные на основании весов, ограничивающие опускание грузоприемной платформы на упругих демпфирующих элементах, при этом тензодатчики, подвижные узлы, упругие демпфирующие элементы и ограничители перемещения собраны вместе и конструктивно размещены в виде отдельных съемных блоков - узлов встройки тензодатчиков, расположенных на основании весов, на которых размещена сверху накладная прямоугольная крышка, на которую опирается грузоприемная платформа, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, все узлы встройки тензодатчиков размещены каждый на своем основании и снабжены в верхней части соразмерными их конструкции плоскими опорными плитами, при этом в их верхней части корпуса упругих деформируемых элементов соединены между собой плоскими стальными элементами с образованием прямоугольной рамы с узлами встройки в ее углах, аналогичным образом соединены между собой нижние поверхности опорных плит узлов встройки также с образованием второй прямоугольной рамы..
В узлах встройки наличие опорных плит на каждом из узлов встройки тензодачика позволяет более надежно позиционировать располагаемую на них сверху грузоприемную платформу, уменьшая вероятность ее смещения при нагружении, использование в качестве ограничителей перемещения тех же упорных болтов, которые служат для защиты упругих демпфирующих элементов от перекоса или выпадения, позволяет уменьшить количество элементов, упрощая конструкцию узла встройки, введение дополнительных гаек на упорных болтах позволяет настраивать предварительный натяг пакета пружин и оставлять зазор между упорными болтами и основанием, что в совокупности с возможной установкой на основании деформируемых элементов под упорными болтами дает возможность снизить вертикальные ударные нагрузки при перегрузке, что повышает надежность узлов встройки и обеспечивает более высокую точность измерения за счет уменьшения вероятности перекосов и смещений.
В ударопрочных весах использование узлов встройки с опорными плоскими площадками сверху в совокупности с соединением между собой плоскими стальными элементами в верхней части упругих деформирующих элементов узлов встройки, а в нижней части - оснований узлов встройки с образованием двух прямоугольных рам с узлами встройки в углах уменьшает возможность горизонтального смещения, повышая надежность устройства и обеспечивая более высокую точность измерения.
Технический результат - повышение точности измерений за счет повышения надежности соединения рабочих элементов и узлов друг с другом и уменьшения вероятности их смещения друг относительно друга в процессе работы.
Заявляемый узел встройки тензодатчиков обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как снабжение узла встройки в верхней части соразмерной с его конструкцией плоской опорной плитой, использования в качестве элементов защиты пружин тех же упорных болтов, которые служат для защиты упругих демпфирующих элементов от перекосов или выпадений, снабжение каждого из упорных болтов дополнительной гайкой для регулировки натяга пружин со стороны головок, обращенных к основанию, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявляемые ударопрочные весы обладают новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как размещение всех узлов встройки тензодатчиков каждого на своем основании и снабжение их в верхней части соразмерными их конструкции плоскими опорными плитами, соединение в их верхней части корпусов упругих деформирующих элементов между собой плоскими стальными элементами с образованием прямоугольной рамы с узлами встройки в ее углах, аналогичное соединение между собой нижние поверхности опорных плит узлов встройки также с образованием второй прямоугольной рамы, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата..
Заявителю неизвестны ни другие узлы встройки, ни другие использующие такие узлы встройки ударопрочные весы, совокупность вышеперечисленных отличительных признаков каждого из которых обеспечивала бы в обоих случаях достижение заданного результата, поэтому он считает, что оба технических решения из заявляемой группы соответствуют критерию «промышленная применимость».
Заявляемые узел встройки тензодатчиков и использующие его ударопрочные весы могут найти широкое применение в области весоизмерительной техники, т.к. могут использоваться для конструирования узлов встройки тензодатчиков и платформенных весов на их основе для использования в тяжелых условиях промышленного производства, и потому соответствуют критерию «промышленная применимость».
Изобретения иллюстрируются чертежами, где представлены на:
- фиг. 1 - вид в разрезе сбоку узла встройки тензодатчиков;
- фиг. 2 - вид в разрезе узла встройки тензодатчиков спереди;
- фиг. 3 - общий вид узла встройки сбоку;
- фиг. 4 - общий вид ударопрочных весов без грузоприемной платформы;
- фиг. 5 - вид грузоприемной платформы;
- фиг. 6 - вид в разрезе узла встройки с витыми пружинами или с упругими полимерными элементами.
Заявляемый узел I встройки с балочным тензодатчиком (фиг. 1-3, 6) состоит из основания 1 (металлическая пластина), на котором закреплен консольный балочный тензодатчик 2, корпуса 3 пружин, установленного сверху на тензодатчик через узел 4 со стальными шариком между вогнутыми поверхностями чашек для обеспечения его подвижности. Опорная плита 5 опирается на корпус 3 через узел с двумя симметрично расположенными упругими деформируемыми элементами в виде пакетов тарельчатых пружин 6, или витых пружин 6' либо упругих полимерных элементов 6'' (фиг. 2, 6). Для ограничения хода опорной плиты 5 и защиты тензодатчиков 2 от перегрузок используются упорные болты 7, которые также являются направляющими для пакета тарельчатых пружин 6. Гайка 8 служит для настройки предварительного натяга пакета пружин и установки зазора между упорным болтом 7 и основанием 1. Для снижения вертикальных ударных нагрузок при перегрузке на основании ударопрочного узла I встройки могут быть расположены деформируемые элементы в виде алюминиевых пластин 9, в которые упираются упорные болты 7.
Ударопрочные весы II (фиг. 4) конструируются установкой грузоприемной платформы 10 (фиг. 5) на опорные плиты 5 ударопрочных узлов I встройки тензодатчиков. Сами ударопрочные узлы встройки устанавливаются на основании 1, а весы - на плоской твердой поверхности - основании, роль которого может играть металлический лист, бетонный фундамент, прочный ровный пол или иное основание.
Все узлы I встройки размещены каждый на своем основании 1 и снабжены в верхней части соразмерными их конструкции плоскими опорными плитами 5. При этом в их верхней части корпуса 3 упругих деформируемых элементов 6 соединены между собой плоскими стальными элементами 12 с образованием прямоугольной рамы 13 с узлами I встройки в ее углах. Аналогичным образом соединены между собой плоскими стальными пластинами 14 поверхности оснований 1 узлов I встройки также с образованием второй прямоугольной рамы 15.
Заявляемые весы работают следующим образом.
При установке груза на грузоприемную платформу 10 весов II, укладываемую сверху на узлы I встройки и выполненную в виде металлической пластины с ребрами жесткости (фиг. 5), упругие деформируемые элементы в виде пакетов пружин 6 ударопрочных узлов I встройки тензодатчиков 2 сжимаются, смягчают удар и плавно передают вес груза тензодатчикам 2. Если груз устанавливаются на платформу 10 весов II не вертикально, а с горизонтальным перемещением, то под действием горизонтальной силы платформа весов вместе с опорными плитами 5 ударопрочных узлов I встройки тензодатчика 2 отклоняется от положения равновесия, раскачиваясь на шарике 4 узла встройки тензодатчика. 2. После успокоения колебаний платформа 10 снова приходит в положение равновесия, и производится взвешивание. При перегрузке на грузоприемную платформу 10, превышающей допустимую, пружины 6 сжимаются и опорные плиты 5 узлов I встройки через упорные болты 7 соприкасаются с основанием 1 узла I встройки. Перегрузка передается от опорных плит 5 на основание 1 узлов I встройки, минуя тензодатчики 2, что защищает их от повреждения. Частично энергия от вертикальных ударных нагрузок гасится при ударе упорных болтов 7 в деформируемые алюминиевые пластины 9, расположенные на основании 1 ударопрочного узла встройки. Рама 13 из связанных между собой в верхней части корпусов 3 упругих деформируемых элементов 6 с помощью плоских стальных элементов 12 и рама 15 из связанных между собой с помощью плоских стальных элементов 14 оснований 1 узлов встройки обеспечивают надежное соединение рабочих элементов и узлов друг с другом и уменьшают вероятности их смещения друг относительно друга в процессе работы, что повышает точность измерений.
В сравнении с прототипом заявляемые узел встройки и ударопрочные весы обеспечивают более высокую точность измерения за счет более высокой надежности соединения узлов и элементов между собой и уменьшения вероятности их смещения друг относительно друга.