КРАНОВЫЕ ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЕ ВЕСЫ
CRANE STRAIN GAGE BALANCE

Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано в машиностроении, складских хозяйствах и других отраслях промышленности, где необходимо измерение веса грузов, перемещаемых грузоподъемными устройствами, установленными предпочтительно на открытом воздухе с солнечным освещением.
Известны крановые тензорезисторные весы, которые содержат тензорезисторный датчик веса, соединенные с ним верхний и нижний силовводящие узлы с грузоприемными отверстиями, электронный нормирующий преобразователь, блок питания и беспроводный интерфейс. В весы введены панель индикации и управления, призматический кожух со скосом в передней части, грузовой крюк с отверстием в виде прямого кругового цилиндра, сопряженный посредством цилиндрической оси с нижним силовводящим узлом, противобликовая светозащитная бленда-козырек, призматический кожух, выполненный с плоским скосом в передней части. Тензорезисторный датчик силы, электронный нормирующий преобразователь и блок питания при этом размещены в призматическом кожухе. Основание же противобликовой светозащитной бленды-козырька сопряжено со скосом в передней части призматического корпуса, на котором размещены панель индикации и управления с электронным цифровым табло. Призматический кожух закреплен на тензорезисторном датчике веса так, что продольная ось призмы горизонтальна, при этом длина противобликовой светозащитной бленды-козырька составляет 0,2-1,0 высоты призматического кожуха, а ось противобликовой светозащитной бленды-козырька составляет 20-45° с горизонтальной плоскостью. Продольные оси грузоприемных отверстий верхнего и нижнего силовводящих узлов взаимно перпендикулярны, а в призматическом корпусе введена откидывающаяся крышка с узлом запирания. Кожух и бленда-козырек могут быть выполнены гнутыми или литыми. Данные крановые весы имеют беспроводной интерфейс, выполненный на ИК премо-передающем канале или на радиоканале с переносным пультом управления в виде карманного персонального компьютера, который связан с локальной сетью предприятия (см. Патент РФ на полезную модель №110185 G01G 19/14, опубл. 10.11.2011 г.).
Недостатком данных весов является сложность их конструктивного исполнения, совмещенность в одном кожухе различных по функциональному назначению элементов, что затрудняет их замену в процессе эксплуатации.
Известны также крановые весы, которые содержат силоизмерительный датчик с аналого-цифровым преобразователем на выходе, устройство индикации веса и датчик температуры с преобразователем сигнала. Весы снабжены последовательно включенными сумматором и умножителем, при этом выход преобразователя сигнала связан с входами сумматора и умножителя через введенные в крановые весы соответствующие масштабирующие усилители и последовательно включенные им аналого-цифровые преобразователи, причем второй вход сумматора связан с аналого-цифровым преобразователем на выходе силоизмерительного датчика, а выход умножителя - с устройством индикации веса (см. Авторское свидетельство СССР №838391 G01G 19/14, опубл. 15.06.81 г. Бюл. №22). Основной недостаток этих крановых весов состоит в том, что термочувствительный датчик не совмещен с силоизмерительным датчиком, а установлен в зоне его размещения, т.е. определяет температуру не силоизмерительного датчика, а температуру окружающей его среды, что приводит к снижению достоверности фактической температурной погрешности, составленной из аддитивной и мультипликативной ее частей.
Известно также и устройство для взвешивания груза (весы), содержащее грузотранспортный механизм с установленными на нем силоизмерительными датчиками весовых нагрузок, усилительно-преобразовательный блок, электрически связанный с силоизмерительными датчиками, и световое табло. Отличительной особенностью данного устройства является и то, что в него введены датчики температуры, смонтированные в силоизмерительных датчиках, экранирующий кожух, в котором установлен с зазором усилительно-преобразовательный блок, выполненный в виде программируемого контроллера с суммирующим устройством, а также вентилятор и обогреватель с термосопротивлением, размещенные в программируемом контроллере. При этом программируемый контроллер электрически связан с каждым датчиком температуры и с каждым силоизмерительным датчиком автономно, а термосопротивление электрически связано с программируемым контроллером, обогревателем и вентилятором (см. Патент РФ №2119648 G01G 19/14, B66C 13/16, опубл. 27.09.1998 г.).
Однако и эти крановые весы не лишены недостатков, заключающихся в сложности и специфичности их конструкции, в силу чего они не обладают в достаточной степени ремонтопригодностью, а если производить операции термостатирования при высоком уровне температурного воздействия на весы, то термостатировать надо для повышения точности измерения веса груза не электронную систему, а конкретно силоизмерительные датчики.
Ввиду того, что заявляемые крановые тензорезисторные весы совпадают с известными аналогами только по назначению, а конструктивно они имеют различное исполнение, то они не могут считаться в качестве близкого прототипа нашему техническому решению.
Задача по устранению недостатков аналогов решается путем создания крановых тензорезисторных весов (далее - весов) иной конструкции, в которой силовая часть, блок преобразователя и аккумуляторный блок выполнены раздельно, при этом весы дополнительно снабжены солнечными батареями.
Технический результат, заключающийся в упрощении изготовления конструкции крановых весов, увеличения периода между подзарядками аккумуляторного блока за счет использования солнечных батарей, быстрой замены аккумуляторного блока достигается за счет того, что весы содержат корпус, блок нагрузки, блок измерения нагрузки, аккумуляторный блок, заключенные каждый в свой отдельный цилиндрической формы отсек с установленными над каждым из них солнечными батареями. Весы управляются автономным радиопультом. При этом блок нагрузки представляет собой весоизмерительный тензорезисторный аналоговый датчик с силовводящими узлами и с встроенным цифровым датчиком температуры. Блок измерения нагрузки составлен из аналого-цифрового преобразователя, микропроцессора, устройства памяти, радиомодема с антенной радиоканала, а к аккумуляторному блоку подключены через зарядное устройство солнечные батареи. При этом весоизмерительный тензорезисторный аналоговый датчик своим выходом связан со входом аналого-цифрового преобразователя, который выходом соединен с первым входом микропроцессора, а с его вторым входом соединен выходом цифровой датчик температуры, причем микропроцессор своими входами и выходами соединен соответственно со входами и выходами устройства памяти и модема, и третьим входом он подключен к выходу аккумуляторного блока, связанного через зарядное устройство с солнечными батареями.
Упрощение конструкции весов и их изготовления обусловлено тем, что два цилиндрической формы отсека выполнены из металлической трубы с наружной резьбой для установки торцевой съемной крышки с одного конца, причем с другого конца отверстие трубы заглушено, что позволяет легко и быстро отвинтить крышку, провести замену имеющейся в них элементной базы. Для быстрой замены аккумуляторного блока он выполнен в виде набора аккумуляторных батареек, вмонтированных в рамку, легко вставляемую в свой цилиндрической формы отсек. Также легко и быстро извлекается из другого отсека и блок измерения нагрузки, выполненный в виде печатной платы. Упрощает изготовление весов и использование изготавливаемых промышленностью силовводящих узлов, а именно эллипсообразного звена, омегообразной скобы и стандартного чалочного крюка. Управление работой весами осуществляется с помощью радиопульта карманного типа, включающее в свой состав микропроцессор, аккумулятор, индикатор (дисплей), радиомодем с антенной и клавиатуру для ввода команд. Микропроцессор радиопульта имеет возможность связи с локальной вычислительной сетью предприятия.
Предлагаемое техническое решение «Весы крановые тензорезисторные» обладает новизной, поскольку в источниках информации совокупность признаков формулы изобретения заявителем не обнаружена. Это техническое решение также, по нашему мнению, обладает и изобретательским уровнем ввиду того, что разделение блоков по их функциональному назначению в отдельные отсеки цилиндрической формы с глухим торцом с одного конца и навинчиваемой гайкой с другого позволяет, во-первых, значительно упростить конструкцию весов и принцип их изготовления, а, во-вторых, в значительной мере облегчить и ускорить замену при необходимости элементной базы, установленной в этих отсеках.
Сущность изобретения проиллюстрирована чертежами, где на фиг.1 показан общий вид крановых весов, общий вид весов сбоку отражен на фиг.2, на фиг.3 изображен отдельно общий вид отсека блока измерения нагрузки, на фиг.4 - общий вид отсека аккумуляторного блока, блок-схема устройства весов отражена на фиг.5, а на фиг.6 и 7 показан общий вид и вид сбоку радиопульта.
Крановые тензорезисторные весы 1 содержат корпус 2, блок 3 нагрузки, блок 4 измерения нагрузки, аккумуляторный блок 5, заключенные каждый в свой отдельный цилиндрической формы отсек 6 и 7, с установленными над каждым из них солнечными батареями 8. Весы 1 управляются автономным радиопультом 9 с антенной 10.
Блок нагрузки 3 представляет собой весоизмерительный тензорезисторный аналоговый датчик 11 с силовводящими узлами 12 и 13 и цифровым датчиком 14 температуры. Блок 4 измерения нагрузки составлен из аналого-цифрового преобразователя 15, микропроцессора 16, устройства 17 памяти, радиомодема 18 с антенной 19, радиоканала 20. К аккумуляторному блоку 5 подключены с помощью гермовводов 21 через зарядное устройство 22 солнечные батареи 8. Через аналогичные гермовводы подключены кабели датчика 14 температуры питания весов от аккумуляторного блока. При этом весоизмерительный тензорезисторный аналоговый датчик 11 своим выходом связан со входом аналого-цифрового преобразователя 15, который выходом соединен с первым входом микропроцессора 16, а с его вторым входом соединен выходом цифровой датчик 14 температуры, причем микропроцессор 16 своими входами и выходами соединен соответственно со входами и выходами устройства 17 памяти и радиомодема 18, и третьим входом он подключен к выходу аккумуляторного блока 5, связанного входом через зарядное устройство 22 с солнечными батареями 8. Два цилиндрической формы отсека 6 и 7 выполнены из металлической трубы с наружной резьбой 23 для установки торцевой съемной крышки 24 с одного конца, а с другого конца они имеют заглушенные торцы 25. Аккумуляторный блок 5 состоит из набора аккумуляторных батареек 26, заключенных в рамку (на фиг. не показана) и соединенных между собой последовательно. Корпус 1 снабжен соединенными между собой стяжками 27 двумя боковыми пластинами 28, защищающими весоизмерительный тензорезисторный аналоговый датчик 11 от возможных ударов весов, а с других сторон этот датчик защищают изготовленные из металлической трубы отсеки 6 и 7, жестко установленные симметрично с помощью планок 29 и 30 относительно гравитационной оси весов, что дополнительно обеспечивает их надлежащую вертикальность, необходимую для точного измерения веса груза. Силовводящие узлы 12 и 13 выполнены в виде звена 31, связанного со скобой 32 омегообразного типа, и грузового чалочного крюка 33 с упругим элементом 34. Осуществляющий управление весов радиопульт 9 с антенной 10 выполнен в виде карманного персонального компьютера, имеющего возможность связи с локальной вычислительной сетью предприятия. В целом радиопульт 9 с кнопочным управлением 35 имеет индикатор 36 (дисплей), микропроцессор 37, аккумулятор 38, радиомодем 39 с антенной 10 и предназначен для приема информации по радиоканалу 20 на антенну 10 от антенны 19 измерительного блока 4 (фиг 4). Радиопульт 9 программно сигнализирует о разряде аккумуляторного блока 5, а также сигнализирует о превышении максимально допустимой нагрузки груза на крюке 33. В весах 1 используется встроенное в блок 4 измерения нагрузки программное обеспечение (на фиг. не показано), которое выполняет функции по приему, передаче и отображению измеряемой информации. Программное обеспечение радиопульта 9 позволяет просмотреть до 50 последних записей, хранящихся в его памяти. Весы сохраняют значение рабочих характеристик при температуре окружающего воздуха от минус 30°C до плюс 50°C и относительной влажности до 80% при температуре плюс 35°C, и поэтому цифровой датчик 14 температуры, встроенный в весоизмерительный тензорезисторный аналоговый датчик 11, необходим для проведения корректировки погрешности измерения веса на грузовом крюке 33 в зависимости от погодных условий. При работе весов на открытом воздухе в условиях яркого солнечного освещения установленные на верхней плите 40 над каждым отсеком 6 и 7 солнечные батареи 8 вырабатывают дополнительно электроэнергию и подзаряжают аккумуляторный блок 5, удлиняя время его перезарядки. При работе весов в обычных или неблагоприятных погодных условиях (дождь, снег) солнечные батареи находятся с помощью петель 41 в закрытом состоянии.
Крановые тензорезисторные весы работают следующим образом. Под воздействием веса груза на грузовом крюке 33 блока нагрузки 3 весоизмерительный тензорезисторный аналоговый датчик 11 осуществляет преобразование величины деформации упругого элемента 34 в электрический сигнал, пропорциональный приложенной силе. Выполненный внутри весоизмерительного датчика 11 цифровой датчик 14 температуры, например термосопротивление, преобразует текущее значение температуры в электрический сигнал. Электрические сигналы от весоизмерительного тензорезисторного аналогового датчика 11 и цифрового датчика 14 температуры поступают в аналого-цифровой преобразователь 15 блока 4 измерения нагрузки, осуществляющий их аналого-цифровое преобразование, а микропроцессор 16 выполняет программно математическую их обработку по алгоритму, компенсирующему нелинейности и температурные погрешности весоизмерительного датчика 11, определяемые двумя составляющими - аддитивной и мультипликативной. Итоговый электрический сигнал в цифровой форме о результатах измерения поступает через радиомодем 18, антенну 19, радиоканал 20 на антенну 10 радиопульта 9, где аналогично через радиомодем 39, микропроцессор 37 отражается на индикаторе 36.
При работе весов в условиях солнечного освещения солнечные батареи 8 с помощью петель 41 раскрываются в рабочее положение и начинают генерировать электроэнергию, дополнительно подзаряжая аккумуляторный блок, тем самым увеличивает время, необходимое для технологической паспортной перезарядки аккумуляторных батареек, а следовательно, во-первых, повышает время производительной работы весов крана, а, во-вторых, обеспечивает экономию электроэнергии. Использование для управления весами крана переносного карманного типа радиопульта, на индикаторе которого отображается результат измерения веса груза, и возможность подключения его к локальной вычислительной сети предприятия повышают удобство их эксплуатации.
Предлагаемые весы найдут широкое применение в промышленности, в складских хозяйствах и везде, где требуется измерение веса транспортируемых грузов, так как они просты в изготовлении, удобны в эксплуатации и экономны в потреблении электроэнергии.
Промышленное применение предлагаемых весов не вызывает сомнения, поскольку уже разработаны конструкторская документация и руководство ВКМ ХТ.01.00.00.00 РЭ по эксплуатации, изготовлены опытные образцы и проводятся их испытания.
Источники информации
1. Свидетельство РФ на полезную модель №3825 G01G 19/14, опубл. 16.03.97 г.
2. Свидетельство РФ на полезную модель №26081 G01G 19/14, E21B 47/04, опубл. 16.03.97 г.
3. Авторское свидетельство СССР №838391 G01G 19/14, опубл. 15.06.81 г.
4. Авторское свидетельство СССР №1059446 G01G 19/14, опубл. 07.12.83 г.
5. Авторское свидетельство СССР №1114894 G01G 19/14, опубл. 23.09.84 г.
6. Авторское свидетельство СССР №1143987 G01G 19/14, опубл. 07.03.85 г.
7. Авторское свидетельство СССР №1362944 G01G 19/14, опубл. 30.12.87 г.
8. Патент РФ №2212023 G01G 19/14, E21B 47/01, опубл. 10.09.2003 г.