УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССЫ И ПОЛОЖЕНИЯ ЦЕНТРА МАСС ИЗДЕЛИЯ
DEVICE FOR DETERMINING MASS AND POSITION OF CENTRE OF MASS OF ITEM

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для определения массы и/или координат центра масс преимущественно крупногабаритных изделий.
Известно грузоприемное устройство электронно-тензометрических весов, содержащее установленные на гидравлических подъемниках три опоры, расположенные в одной плоскости по вершинам равнобедренного треугольника и оснащенные тензодатчиками. Опоры имеют сочленение с элементами изделия в виде сферических шарниров, причем одна из опор установлена неподвижно, одна из опор имеет возможность горизонтального перемещения вдоль основания треугольника, а одна из опор имеет возможность перемещения в горизонтальной плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях (см. А.С. СССР №248278, кл. G01M 1/12, 1969 г.).
В результате анализа известного устройства необходимо отметить, что оно обладает ограниченными технологическими возможностями, так как не обеспечивает определения вертикальной координаты центра масс изделия.
Известно устройство для определения координат центра масс изделия, содержащее три опоры, каждая из которых установлена на весах. Одна из опор выполнена стационарной, вторая опора оснащена подвижной кареткой, имеющей возможность перемещения в горизонтальной плоскости, а третья опора оснащена подвижной частью, имеющей возможность вертикального перемещения посредством привода. На подвижной части данной опоры установлена каретка, имеющая возможность перемещения в горизонтальной плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях. На сферических шарнирах каретки третьей опоры, подвижной части второй опоры и первой опоры смонтирован переходник, предназначенный для установки изделия (см. А.С. СССР №1781576, кл. G01M 1/12, 1992 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известного устройства необходимо отметить, что оно частично устраняет указанные недостатки приведенного выше аналога в части обеспечения определения массы и положения центра масс изделий, однако оно характеризуется сравнительной сложностью и ненадежностью конструкции, так как представляет собой набор незакрепленных надежно друг с другом и с основанием различных элементов, включающих: три силоизмерительных узла, две подвижные каретки и переходник.
Техническим результатом настоящего изобретения является упрощение конструкции устройства и повышение точности определения массы и центра масс изделий.
Указанный технический результат обеспечивается за счет того, что в устройстве для определения массы и положения центра масс изделия, содержащем опоры, одна из которых неподвижна, а вторая имеет подвижную часть, имеющую возможность вертикального перемещения посредством привода, каретку, установленную на подвижной части опоры с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, а также переходник для установки изделия, новым является то, что опоры закреплены на основании, причем устройство оснащено силоизмерительным элементом, размещенным на каретке, посредством штанг шарнирно соединенной с неподвижной опорой, переходник шарнирно соединен с неподвижной опорой и силоизмерительным элементом, причем в проекции на вертикальную плоскость шарниры соединения переходника и соединения штанг расположены по углам параллелограмма, при этом силоизмерительный элемент может быть выполнен в виде тензодатчика.
При указанном выше расположении шарниров, в процессе приведения переходника с изделием в наклонное положение при выдвижении подвижной части опоры, каретка под действием усилия со стороны штанг автоматически перемещается по верхней горизонтальной плоскости подвижной части опоры синхронно с изменением плеча действующей силы со стороны переходника на силоизмерительный элемент, что исключает возникновение вносящих погрешность в измерения боковых усилий от сил трения между кареткой и подвижной опорой, обеспечивая неизменность положения измеряемой силы относительно силоизмерительного элемента.
Совокупность отличительных признаков предлагаемого устройства обуславливает более простую и надежную его конструкцию, при одновременном повышении точности определения массы и трех координат центра масс различных крупногабаритных изделий.
Сущность изобретения иллюстрируется графическими материалами, на которых:
на фиг.1 показано положение устройства при определении массы и горизонтальных координат центра масс изделия.
на фиг.2 показано положение устройства при определении вертикальной координаты центра масс изделия.
Устройство для определения массы и положения центра масс изделия содержит опоры 1 и 2 (количество опор 1 и 2 может быть различным и зависит от массы и габаритов изделий), переходник 3 для установки изделия 4. Переходник 3 оснащен шарнирами 5 и 6. Опора 2 имеет подвижную часть, установленную с возможностью перемещения в вертикальном направлении относительно неподвижной посредством привода (опора 2 может быть выполнена по типу домкрата). Устройство оснащено кареткой 7, установленной на площадке 8 подвижной части опоры 2 с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости.
Опоры 1 и 2 закреплены на неподвижном основании 9.
На каретке 7 размещен силоизмерительный элемент 10, например тензодатчик.
Переходник 3 шарнирами 5 и 6 связан с неподвижными опорами 1 и силоизмерительным элементом 10.
Каретка 7 штангами 11 и шарнирами 12 и 13 соединена с неподвижными опорами 1, причем в проекции на вертикальную плоскость шарниры 5 и 6 соединения переходника 3 с опорами 1 и с силоизмерительным элементом 10 и шарниры 12 и 13 штанг 11 расположены по углам параллелограмма (показан пунктиром 14).
Определение массы и положения центра масс изделия с помощью предлагаемого устройства производится следующим образом.
о
оα
Первоначально в положениях элементов устройства, показанных на фиг.1 и фиг.2, с помощью силоизмерительного элемента 10 определяются реакции Р(в горизонтальном положении) и Р(в наклонном положении) в опоре 2 от переходника без изделия, т.е. производится тарирование устройства. Уравнения моментов относительно шарнира 5 при этом имеют вид:
0
о
о
где: m - масса переходника, g - ускорение свободного падения, уи х- координаты центра масс переходника, L - расстояние между шарнирами 5 и 6, α - угол наклона переходника, единый для наклона без изделия и наклона с изделием.
s
Затем на переходнике 3 закрепляют изделие 4 в горизонтальном положении переходника и производят измерение реакции Р с помощью силоизмерительного элемента 10. Далее изделие смещают вдоль переходника 3 на величину S, которая выбирается возможно большей с учетом обеспечения устойчивого положения изделия на устройстве. В этом положении изделия, которое на фиг.1 показано пунктирной линией 15, производится измерение реакции P c помощью силоизмерительного элемента 10. Для несмещенного и смещенного положений изделия выполняются равенства:
s
где: у - координата центра масс изделия в несмещенном положении, у - координата центра масс изделия в смещенном на величину S положении, следовательно:
z
Для определения координаты z центра масс изделия производится измерение реакции P после того, как изделие устанавливают на переходнике 3 в несмещенном положении, повернутом вокруг вертикальной оси на 90°. Для этого положения уравнение моментов имеет вид:
3
Затем изделие, закрепленное на переходнике в начальном положении, с помощью перемещения подвижной части опоры 2 наклоняют на угол α, который выбирают возможно большим с учетом обеспечения устойчивого положения изделия на устройстве. В этом положении изделия, которое показано на фиг.2, производят измерение реакции Р с помощью силоизмерительного элемента 10. Уравнение моментов относительно шарнира 5 имеет вид:
Из уравнений (1)-(7) определяются значения массы и координат центра масс изделия. Масса М изделия определяется из выражения:
s
М=L(P-P)/Sg;
После вычисления массы определяют координаты у и z центра масс:
o
у=L(P-P)/Mg;
z
o
z=L(P-P)/Mg;
После вычисления массы и координаты у определяется координата х центра масс:
α
oα
х=[Му-L(P-P)]/Mg·tgα,
Устройство обладает более простой по сравнению с наиболее близким аналогом конструкцией и обеспечивает более точное измерение массы и определение положения центра масс изделий по трем координатам.