УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАТЯЖЕНИЯ ТРОСА ИЛИ ПРОВОДА

Полезная модель относится к измерительным устройствам и может быть использовано для измерения, контроля и индикации в цифровой форме величины усилия натяжения провода или троса (тяг, растяжек) различных опор, поперечных связях, ригелях, анкерных конструкциях, мостовых конструкций, буровых вышек и башен, мачт и антенн (радиорелейных, сотовых и других связей и систем), а также в тягово-тросовых системах управления различных механизмов и машин (например, в авиации) и т.д. без разрыва силовой схемы.
Известно устройство для натяжения каната, содержащее раму с силоизмерителем и три опорных элемента для каната, расположенных вдоль рамы, причем центральный опроный элемент установлен с возможностью взаимодействия с силоизмерителем, при этом устройство снабжено соединенными с рамой плоскими пружинами, на которых с возможностью перемещения вдоль рамы установлены два крайних опорных элемента, а на каждом из трех опорных элементов выполнена цилиндрическая направляющая канавка для каната диаметром, равным диаметру каната (см. авторское свидетельство №1781568, МПК G01L 5/04, опубл. 15.12.1992 г.).
Использование в устройстве перемещаемых вдоль каната опор и гидравлического силоизмерителя создает значительную погрешность при измерении, которая снижает точность измерения. Кроме того, конструкцию устройства сложна в монтаже, что ограничивает возможности ее использования.
Известно устройство для измерения натяжения оттяжек опор воздушных линий электропередачи, содержащее раму с, по меньшей мере, тремя опорными элементами, два из которых расположены по концам рамы, а третий - посередине ее, на одном из указанных концевых опорных элементов установлено нажимное приспособление, выполненное в виде винтовой пары, а против среднего опорного элемента расположен стрелочный индикатор перемещений, шкала которого отградуирована на усилия, возникающие в оттяжках (см. авторское свидетельство №643762, МПК G01L 5/04, опубл. 28.01.1979 г.).
В известном устройстве на точность измерения влияет величина стрелы прогиба каната и при небольших величинах стрелы прогиба возникает большая погрешность при измерении усилия натяжения.
Кроме того, на точность измерения влияют условия окружающей среды.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является устройство для измерения натяжения троса или провода, содержащее раму с, по меньшей мере, тремя опорными элементами, два из которых расположены по концам рамы, а третий посередине ее, на одном из указанных концевых опорных элементах установлено нажимное приспособление, а против среднего опорного элемента расположен стрелочный индикатор перемещений, шкала которого отградуирована на усилия, возникающие в оттяжках, при этом рама выполнена в виде трубы прямоугольного поперечного сечения и снабжена упорной балкой квадратного поперечного сечения, причем оба конца упорной балки выполнены в виде стержней круглого сечения, диаметр которых выбирается, по крайней мере, в два раза меньше ширины стороны квадрата поперечного сечения упорной балки, так что жесткость стержневых концов упорной балки оказывается в 25-30 раз меньше жесткости ее квадратного сечения.
Кроме того, труба с обоих концов закрыта левой и правой заглушками с прикрепленными к ним щеками, на которых закреплены концевые опорные элементы, представляющие собой установочные ролики, нажимное приспособление выполнено виде рычага с ручкой, а опорный элемент, расположенный посередине рамы, выполнен в форме роликового эксцентрика со шкалой диаметров каната, закрепленного на кронштейне под рамой таким образом, что вертикальная ось роликового эксцентрика находится на вертикальной оси стрелочного индикатора перемещений, установленного посередине рамы (см. патент РФ №2256891, МПК G01L 5/04, опубл. 20.07.2005 г.).
Основным чувствительным элементом, преобразующем усилие воздействия на трос, в известном устройстве является рама в виде трубы со встроенной упорной балкой. При этом измеряются упругие деформации рамы по прогибу от действия сосредоточенных сил, создаваемых роликами и эксцентриком.
Основным недостатком известного устройства является недостаточная точность измерения, так как за счет упругих (пружинных) свойств самого троса и относительно большой упругой деформации рамы зависимость фактически измеренного значения от реально приложенного усилия нелинейная.
Кроме того, известное устройство имеет следующие существенные недостатки:
- один из основных элементов устройства - упорная балка - представляет собой не закрепленный жестко элемент с большим соотношением длинна/сечение, следовательно, подвержен эффекту «провисания», кроме того, средняя точка которого подвержена колебаниям при внешнем воздействии типа «вибрация» в процессе измерения (эффект «пения» троса на ветру), что снижает точность измерения в реальных полевых условиях;
- другой основной элемент устройства - стрелочный индикатор перемещений - является «тонким» механическим прибором, содержащим подвижные в процессе измерения механические части, следовательно, имеет ограниченную долговечность и надежность работы, повышенную чувствительность к механическим воздействиям (вибрация, удары);
- применение стрелочного индикатора измеряемой величины вносит дополнительную погрешность (связанную с человеческим фактором) в результат измерения;
- на протяжении всего процесса работы в месте установки прибора постоянно должен находиться человек (необходимо удерживать прибор от «опрокидывания» и снимать показания), что существенно повышает риски травмирования людей при проведении потенциально опасных работ;
- при взаимной регулировке нескольких оттяжек с одновременным применением нескольких приборов (типовая задача) возникает необходимость присутствия нескольких операторов, что увеличивает общую численность задействованных в потенциально опасной зоне специалистов;
- сложность механической конструкции.
Задачей настоящей полезной модели является повышение точности измерения, эффективности работы и безопасности при производстве работ.
Техническим результатом, достигаемым в результате решения поставленной задачи, является повышение точности измерения за счет снижения упругой деформации элементов измерителя и компенсации влияния упругих сил троса.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для измерения натяжения троса или провода, содержащем чувствительный элемент с, по меньшей мере, тремя опорными элементами, два из которых выполнены роликовыми и расположены по концам чувствительного элемента, а третий посередине него, при этом один из концевых роликовых опорных элементов выполнен неподвижным, другой - подвижным, а опорный элемент, расположенный посередине рамы, выполнен в форме роликового эксцентрика с делениями для установки диаметров троса, согласно полезной модели, чувствительный элемент выполнен в виде жесткой измерительной балки прямоугольного поперечного сечения со встроенным тензо-датчиком силы сдвига, соединенным посредством кабеля с выносным измерительным блоком, шкала которого отградуирована на усилия, возникающие в оттяжках.
При этом тензо-датчик силы сдвига вмонтирован в конструкцию балки в районе неподвижного роликового опорного элемента.
Заявляемая совокупность признаков позволяет повысить точность измерения за счет того, что балка выполнена жестко и за счет использования в ней тензо-измерителя, она подвержена изгибу в процессе измерения в гораздо меньшей степени. Измеряется сила сдвига, действующая на одну из опор за счет растягивающего усилия троса, регистрируемая тензо-элементом. Кроме того, применение электронного измерительного блока позволяет компенсировать нелинейность измерения за счет упругих свойств самого троса.
Кроме того, конструкция устройства с отдельным выносным (в том числе и на большие расстояния - до 30 м) измерительным блоком позволяет вести контроль натяжения на безопасном расстоянии (что существенно сокращает опасность проведения работ), позволяет одному оператору одновременно контролировать состояние нескольких тросов оттяжек сооружений (важно при взаимной регулировке оттяжек).
Применение электронного измерительного блока позволяет отображать измеряемую величину в цифровом виде, что увеличивает простоту и точность снятия показаний, а реализация в измерительном блоке функции «памяти» позволяет «заморозить» полученное значение, что в свою очередь повышает удобство его использования.
Реализация в измерительном блоке функции защиты от вибрации существенно повышает стабильность показаний в полевых условиях по сравнению со стрелочными приборами.
Помимо того, использование способа монтажа - типа «подвешивание» существенно сокращает опасность проведения работ, так как при установке измеритель не «опрокидывается» и его не надо держать, что исключает необходимость постоянного присутствия человека при производстве работ в потенциально опасной зоне.
Применение меньшего количества элементов существенное упрощает конструкцию устройства.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 - общий вид заявляемого устройства для измерения силы натяжения.
Позиции на чертеже означают следующее: 1 - трос; 2 - измерительная балка; 3 - тензо-датчик силы сдвига; 4 - неподвижная роликовая опора; 5 - ось; 6 - подвижная роликовая опора; 7 - планка; 8 - средняя опора типа «эксцентрик»; 9 - кабель; 10 - измерительный блок.
Устройство для измерения натяжения троса или провода 1 состоит чувствительного элемента, выполненного в виде жесткой измерительной балки 2 прямоугольного поперечного сечения со встроенным тензо-датчиком 3 силы сдвига.
На одном конце балки 2 закреплена неподвижная роликовая опора 4, а на другом - подвижная вокруг оси 5 роликовая опора 6.
Между роликовых опор 4 и 6 посредством планки 7 укреплена средняя опора 8 типа «эксцентрик» со шкалой диаметров троса 1.
К балке 2 посредством кабеля 9 присоединен вторичный измерительный блок 10.
Для исключения возможности попадания соединительного кабеля 9 под подвижную опору 6 в процессе монтирования и демонтирования измерительной балки 2 на объект измерения тензо-датчик 3 силы сдвига вмонтирован в конструкцию балки 1 в районе неподвижной роликовой опоры 4.
Предлагаемое устройство, в зависимости от модификации, характеризуется следующими параметрами:
- предел измеряемых усилий: до 20.0 т;
- индикация: цифровая;
- дискретность показания измеренного усилия: 0.001 т;
- погрешность измерения: не более ±1.5%;
- диаметр измеряемого каната: от 2.0-40.0 мм;
- база измерения: до 900 мм,
- допустимая температура эксплуатации: +50--30°С.
Работа с устройством производится одним человеком следующим образом:
С помощью кабеля 9 измерительный блок 10 присоединяется к балке 2 и согласно прилагаемой инструкции производится включение измерительного блока 10.
Штангенциркулем определяется диаметр троса или провода 1.
Средняя опора 8 типа «эксцентрик» устанавливается так, чтобы метка на нем совпала с диаметром троса 1 на шкале (для промежуточных значений диаметров троса 1 положение указателя определяется линейной интерполяцией), и фиксируется в установленном положении гайкой (на чертеже не показана) крепления эксцентрика 8.
Трос 1 заводится между роликовыми опорами 4 и 6 и эксцентриком 8, при этом подвижная опора 6 должна располагаться под углом меньше 90° по отношению к балке 2 устройства, которое в свою очередь располагается в вертикальной плоскости сверху или снизу троса 1.
Поворотная опора 6 перемещается в положение под углом 90° относительно балки 2 и производится съем показаний с индикатора измерительного блока 10.
При этом за счет силы натяжения (нагрузки), на тросе 1 в районе закрепления жесткой измерительной балки 2 возникает распрямляющее усилие, которое за счет того, что измерительная балка 2 выполнена жесткой, передается на опоры измерительной балки в качестве силы сдвига тензо-элемента 3.
Сигнал, снимаемый с тензо-элемента 3, усиливается и преобразуется в величину реально прилагаемого к тросу 1 первичного усилия, с компенсацией нелинейности закона преобразования с индикацией в цифровом виде.
Измерения повторяются три раза перемещением устройства по тросу 1 на 5-10 см по его длине. Натяжение определяется по среднему значению отчетов, после измерений производится демонтаж устройства.
Заявляемое устройство для измерения натяжения троса и провода характеризует более высокая точность измерения и стабильность показаний в полевых условиях. Так, например, погрешность измерения усилий на всем диапазоне не более 1,5%.
Кроме того, устройство более безопасно, удобно в эксплуатации и проще по конструкции.