Устройство для калибровки тензометрических весов

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к устройствам для калибровки многокомпонентных тензометрических динамометров (тензометрических весов - далее ТВ).
Известно устройство для калибровки ТВ (см. P.M. Bidgood. Facility Report and Current Developments. Proceedings of the 4-th International Symposium on Strain Gauge Balances, San-Diego, USA, 2004), содержащее узел установки ТВ, размещенный на жестком основании, закрепляемую на ТВ калибровочную втулку с фиксированными точками нагружения и механизм нагружения с мерами массы, взаимодействующими с втулкой посредством средств приложения и передачи нагрузок в виде последовательно взаимосвязанных коушей, гибких нитей, грузоприемных тарелок и устанавливаемых на основании роликов.
Известно устройство для калибровки ТВ, выбранное в качестве прототипа (см. R.S. Crooks, A. Zwan. Limitation of Internal Balance Calibration Math Models for Simulating Multicomponent Interactions. Proceedings of the 1-st International Symposium on Strain Gauge Balances, NASA/CP 1999-20901, Hampton, USA, 1999, p.p. 29-40, fig. 5) и содержащее узел крепления калибруемых весов, размещенный на жестком основании, калибровочную втулку, закрепляемую на весах с возможностью согласования системы координат ее фиксированных точек нагружения с заданной моментной точкой весов, и механизм нагружения с мерами массы, взаимодействующими с калибровочной втулкой посредством взаимосвязанных коушей, гибких нитей, грузоприемных тарелок и устанавливаемых на основании роликов.
Недостатком этого технического решения является необходимость изменения положения градуируемых ТВ при изменении знака (направления) прикладываемых нагрузок, что приводит к дополнительным затратам времени и потере точности калибровки.
Задачами, на решение которых направлена полезная модель, являются обеспечение оперативности и повышение точности калибровки тензовесов.
Технический результат, достигаемый полезной моделью, заключается в обеспечении калибровки тензометрических весов без необходимости поворотов единожды установленных весов.
Этот результат достигается тем, что в устройстве для калибровки тензометрических весов, содержащем узел крепления калибруемых весов, размещенный на жестком основании, калибровочную втулку, закрепляемую на весах с возможностью согласования системы координат ее фиксированных точек нагружения с заданной моментной точкой весов, и механизм нагружения с мерами массы, взаимодействующими с калибровочной втулкой посредством взаимосвязанных коушей, гибких нитей, грузоприемных тарелок и установленных на основании роликов, калибровочная втулка выполнена в виде крестообразного фланца с гнездом для крепления калибруемых весов и пятью цилиндрическими консолями, одна из которых расположена на переднем торце фланца по его продольной оси, а четыре - на задней поверхности его поперечных балок симметрично продольной оси, причем в трех равноотстоящих друг от друга поперечных плоскостях, средняя из которых - совмещаемая с расположением заданной моментной точки калибруемых весов, на поверхности консолей выполнены поперечные канавки для взаимодействия с коушами механизма нагружения, а размещенные на горизонтальных балках фланца боковые консоли снабжены расположенными вблизи места их присоединения к указанным балкам дополнительными поперечными канавками и сквозными внутренними полостями, внутри которых в окрестности указанной средней поперечной плоскости созданы перегородки с отверстиями малого диаметра для закрепления соответствующих гибких нитей механизма нагружения, при этом обеспечена установка соответствующих роликов механизма нагружения на основании напротив консолей и канавок на них.
Сущность полезной модели заключается в создании пространственной системы силоприемных элементов градуировочной втулки, обеспечивающей приложение всех требуемых при калибровке шестикомпонентного динамометра нагружений без каких-либо перемещений калибруемого объекта, что способствует оперативности и повышению точности процесса калибровки.
На фиг. 1 показан вид сбоку предложенного устройства для калибровки ТВ при нагружении продольными силами; на фиг. 2 - разрез боковой консоли калибровочной втулки (укрупненно); на фиг. 3 - виртуальный вид сверху устройства (без одной верхней консоли) со всеми стойками и роликами механизма нагружения и местами их расположения на основании; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 3 при нагружений ТВ моментом крена.
Представленное устройство для калибровки ТВ 1 содержит узел крепления 2 калибруемых ТВ, размещенный на жестком основании 3. На ТВ установлена калибровочная втулка 4, выполненная в виде крестообразного фланца с гнездом 5 для крепления калибруемых весов. На фланце размещены пять цилиндрических консолей 6, одна из которых находится впереди по продольной оси фланца 4, а четыре – позади, и установлены на поперечных балках фланца симметрично и параллельно продольной оси.
В состав устройства входит механизм нагружения ТВ, включающий меры массы (гири) 7, размещаемые на грузоприемных тарелках 8, которые посредством соединенных с ними гибких нитей 9 и коушей 10 могут взаимодействовать напрямую или через устанавливаемые на основании 3 ролики 11 с калибровочной втулкой 4 и калибруемыми ТВ 1.
На поверхности консолей 6 калибровочной втулки 4 в трех равноотстоящих друг от друга поперечных плоскостях выполнены поперечные канавки 12 для взаимодействия с коушами механизма нагружения. Средняя из указанных поперечных плоскостей посредством подбора толщины прокладок 13, размещаемых в гнезде 5 калибровочной втулки 4, совмещается с заданной моментной точкой Мт калибруемых ТВ. (Мт является условным началом измерительной ортогональной системы координат ТВ, в которой компонента продольной силы X направлена по оси ТВ, компонента нормальной силы Y - вертикально, а компонента боковой силы Z - горизонтально, соответственно, компоненты моментов крена Mx, рыскания My и тангажа Mz действуют вокруг указанных осей координат.)
Таким образом, места приложения компонентов калибровочных нагрузок к ТВ на калибровочной втулке 4 координируются относительно положения Мт. Создание соответствующих калибровочной втулке направлений нагрузок (направлений присоединяемых к втулке 4 нитей 9) обеспечивается установкой роликов 11 соответствующих диаметров на стойках 14 соответствующей высоты в положениях (например, в отверстиях) на основании 3, обозначенных цифрами I…X, отвечающих расположению соответствующих консолей и канавок на них.
Боковые консоли втулки 2, расположенные в горизонтальной плоскости, снабжены дополнительными канавками 15, расположенными между поперечными балками фланца и канавками 12 в серединной поперечной плоскости. В этих консолях образованы сквозные полости 16, внутри каждой из которых имеется перегородка 17 с отверстием малого диаметра 18, с помощью которых внутри полости закреплены (посредством узлов 19 на нити) соответствующие гибкие нити 9 механизма нагружения. Положение плоскости перегородок 17 соответствует положению канавки 12, находящейся в плоскости расположения Мт ТВ.
Работа устройства для калибровки ТВ осуществляется следующим образом.
Калибруемые ТВ 1 устанавливают в узле крепления 2 в соответствии с требуемой ориентацией в вертикальной (направление силы Y) и горизонтальной (направление силы Z) плоскостях. Калибровочную втулку 4 закрепляют на ТВ с помощью торцовых винтов (не показаны), совмещая при этом (путем подбора толщин прокладок 13) положение соответствующих канавок 12, расположенных на консолях 6, с положением Мт ТВ (см. выше).
При калибровке с помощью изменения количества мер массы (гирь) 7 производят ступенчатое нагружение-разгружение (от нулевой до максимальной и от максимальной до нулевой величин) компонентов ТВ (поодиночке или комплексно) и регистрацию соответствующих выходных сигналов всех компонентов, результатом чего является определение взаимосвязи измеряемых сигналов ТВ и действующих нагрузок (в том числе с учетом взаимных влияний действующих компонентов).
y
y
Стойки с роликами, устанавливаемые в положения I-IV, и соответствующие тарелки 8, соединенные с гибкими нитями 9, используются для нагружения и калибровки компонентов ±Х и ±М. В этом случае (фиг. 1) используются нити, проходящие сквозь внутренние полости 16 горизонтальных консолей параллельно продольной оси ТВ, которые посредством изготовленных на них узлов 19 взаимодействуют с перегородками 17 в этих полостях, передавая продольную нагрузку в требуемом направлении - одинаковом для обеих консолей или противоположном - и создавая или суммарную силу ±Х, или пару сил ±М (момент) требуемого знака.
z
Стойки с роликами, устанавливаемые в положения V, VI, используются для нагружения компонентов ±Y и ±M, при этом нагрузки сверху-вниз создают подвешиванием мер массы с применением коушей 10, гибких нитей 9 и тарелок 8 непосредственно к передней и нижней (в вертикальной плоскости) консолям, а для создания нагрузок в направлении снизу-вверх используют соответствующие ролики стоек V или VI и приложение сил к передней и верхней (в вертикальной плоскости) консолям. Отметим, что для создания силы Y (также как и силы X) используются две точки нагружения.
х
Стойки с роликами, устанавливаемые в положения VIII, IX, используются для нагружения компонентов ±М (фиг. 4), осуществляемого с применением коушей 10, гибких нитей 9 и тарелок 8 при приложении сил к боковым периферийным консолям в дополнительных канавках 15, при этом плоскость приложения нагрузок (плоскость роликов и канавок на консолях - сечение А-А, фиг. 3) смещена относительно плоскости расположения моментной точки ТВ.
Стойки с роликами, устанавливаемые в положения VII, X, используются для нагружения компонента ±Z, осуществляемого с применением коуша 10, гибкой нити 9 и тарелки 8 при приложении силы непосредственно к боковым консолям. При этом положение канавок 12 на боковых консолях градуировочной втулки соответствует расположению моментной точки Мт. Отметим, что для создания силы Z используется одна точка нагружения.
Представленное устройство обеспечивает создание и передачу к калибруемым ТВ всего комплекса потребных при калибровке нагрузок:
- «чистых» моментов (т.е. пар сил);
- моментов вместе с соответствующими силами (т.е. сил, приложенных на плече);
- отдельно каждой из компонентов силы, приложенной в моментной точке ТВ.
При этом также возможно осуществление комплексного оперативного нагружения калибруемых ТВ несколькими компонентами одновременно.