ДИНАМОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ

Изобретение относится к силоизмерительной технике, а именно, к области измерения усилий, оказываемых давлением на опору различных объектов, в частности на фундаментную опору, например, на сваю, и может быть использовано для контроля состояния фундаментов различных агрегатов и сооружений в процессе эксплуатации.
Известен динамометр для измерения усилий, содержащий силопередающую опорную плиту, опирающуюся на полый цилиндрический упругий элемент с размещенными на его боковых поверхностях тензорезисторами. (См., напр,. Пат. США №4475609, Мкл G01G 3/14; G01L 5/12, заявл. 07.06.82). Недостатком этого устройства являются ограниченные функциональные возможности. Это устройство не может работать в агрессивной, в том числе влажной среде и не позволяет контролировать знакопеременные нагрузки.
Наиболее близким к предложенному устройству является измеритель осевых сил - динамометр для измерения усилий в напряженном канате, содержащий верхнюю и нижнюю силопередающие опорные плиты, между которыми установлены цилиндрические упругие элементы с размещенными на них тензорезисторами (См., напр., патент РФ №2217717 Мкл. G01L 5/10, 5/04, заявл. 18.10.01)
Однако и это техническое решение не позволяет контролировать знакопеременные нагрузки на фундаментную опору, например, на сваю, и не может работать в агрессивной, в том числе влажной среде.
Целью изобретения является создание устройства для измерения усилий, в том числе знакопеременных нагрузок на фундаментную опору, в частности, на
сваю, которое может работать в агрессивной, в том числе влажной среде, например, в составе строительной конструкции.
С этой целью предлагается динамометр для измерения усилий, содержащий цилиндрический упругий элемент с тензорезисторами, верхнюю и нижнюю силопередающие плиты, опорную плиту, герметизирующие мембраны, короб-опалубку с удерживающими элементами, кожух, эластичный патрубок, кабельный гермоввод и кабельную трубу, в плитах выполнены центральные отверстия, удерживающие элементы короба-опалубки выполнены с возможностью фиксации на опорной плите, цилиндрический упругий элемент выполнен полым с утолщением по торцам, отношение толщины средней части цилиндрического упругого элемента к толщине торцов составляет от 1:1,5 до 1:5, тензорезисторы размещены на внутренней поверхности средней части цилиндрического упругого элемента, кабельный гермоввод установлен в торце цилиндрического упругого элемента, на торцевых сторонах полого цилиндрического упругого элемента закреплены герметизирующие мембраны и выполнены резьбовые крепежные отверстия, оси которых параллельны оси цилиндрического упругого элемента, эластичный патрубок присоединен одним концом к кабельному гермовводу, а другим концом к кабельной трубе, которая прикреплена к верхней силопередающей плите, в которой выполнены сквозные отверстия, комплементарные резьбовым крепежным отверстиям на верхней стороне полого цилиндрического упругого элемента и резьбовые отверстия для крепления кожуха, центральное отверстие выполнено резьбовым, в нижней силопередающей плите выполнены сквозные отверстия, комплементарные резьбовым крепежным отверстиям на нижней стороне полого цилиндрического упругого элемента и резьбовым крепежным отверстиям в опорной плите, в которой выполнены отверстия для выхода воздуха, цилиндрический упругий элемент, верхняя и нижняя силопередающие плиты и опорная плита соединены через комплементарные отверстия болтами.
Проведенные патентные исследования не выявили идентичных и сходных технических решений. Предлагаемое устройство может быть изготовлено в промышленных масштабах и пригодно для контроля осевых нагрузок, оказываемых, например, давлением конструкции на свайный фундамент в течение неограниченного времени эксплуатации. Заявляемое устройство успешно прошло испытания. Совокупность существенных признаков заявляемого устройства не следует явным образом из изученного уровня техники, имеет
существенные отличия от рассмотренных аналогов. Поэтому заявитель считает, что заявляемое устройство соответствует критерию «новизна» и имеет изобретательский уровень.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлен пример выполнения устройства в соответствии с предложением.
На фиг.1 показан общий вид предлагаемого устройства в сборе, установленного на свае, на фиг.2 и 3 - сечения полого цилиндрического упругого элемента, на фиг 4 - вид сверху полого цилиндрического упругого элемента с размещенными на нем герметизирующими мембранами, на фиг.5 - общий вид предлагаемого устройства в сборе без опорной плиты, короба-опалубки и кожуха, на фиг.6 - вид снизу фиг 5, на фиг.7 - вид сверху фиг.5, на фиг.8 - крепление полого цилиндрического упругого элемента к верхней и нижней силопередающим плитам, на фиг.9 - нижняя силопередающая плита, на фиг.10 - опорная плита.
Устройство содержит цилиндрический упругий элемент 1 с тензорезисторами 2, верхнюю 3 и нижнюю 4 силопередающие плиты, опорную плиту 5, герметизирующие мембраны 6 и 7, короб-опалубку 8 с удерживающими элементами 9, кожух 10, эластичный патрубок 11, кабельный гермоввод 12 и кабельную трубу 13, в плитах 3, 4, 5 выполнены центральные отверстия соответственно 14, 15, 16, удерживающие элементы 9 короба-опалубки 8, (например, в виде отгибок на его верхней стороне) выполнены с возможностью фиксации на опорной плите 5, цилиндрический упругий элемент 1 выполнен полым с утолщением по торцам, отношение толщины h средней части цилиндрического упругого элемента 1 к толщине Н его торцов составляет от 1:1,5 до 1:5, тензорезисторы 2 размещены на внутренней поверхности средней части цилиндрического упругого элемента 1, кабельный гермоввод 12 установлен в торце цилиндрического упругого элемента 1, на торцевых сторонах полого цилиндрического упругого элемента 1 выполнены резьбовые крепежные отверстия 17, эластичный патрубок 11 присоединен одним концом к кабельному гермовводу 12, а другим концом к кабельной трубе 13, которая прикреплена к верхней силопередающей плите 3, (например, контрагайками 18) в плите 3 выполнены сквозные отверстия 19, комплементарные резьбовым крепежным отверстиям 17 на верхней стороне полого цилиндрического упругого элемента 1 и резьбовые отверстия 20 для крепления кожуха 10, центральное отверстие 14 выполнено резьбовым, в нижней силопередающей плите 4 выполнены сквозные отверстия 21, комплементарные резьбовым крепежным отверстиям 17 на
нижней стороне полого цилиндрического упругого элемента 1, и сквозные отверстия 22, комплементарные резьбовым крепежным отверстиям 23 в опорной плите 5, в которой выполнены отверстия 24 для выхода воздуха, цилиндрический упругий элемент 1, верхняя 3 и нижняя 4 силопередающие плиты и опорная плита 5 соединены через комплементарные отверстия болтами 25. На чертеже показан рым-болт 26, ввернутый в центральное резьбовое отверстие 14 верхней силопередающей плиты 3.
На чертеже фиг.1 показаны также свая 27 с выступающими концами арматуры 28, а на фиг.1 и 5 приборный бокс 29 для размещения в нем прибора преобразования и индикации сигнала, формируемого тензорезисторами 2.
Выбор отношения толщины h средней части цилиндрического упругого элемента 1 к толщине Н его торцов в диапазоне от 1:1,5 до 1:5 позволяет обеспечить наилучшую линейность преобразования силы давления в изменение величины сопротивления тензорезисторов 2.
Устройство монтируют следующим образом:
Собирают цилиндрический упругий элемент 1 с тензорезисторами 2, кабельным гермовводом 12 и герметизирующими мембранами 6 и 7. Затем цилиндрический упругий элемент 1, верхнюю 3 и нижнюю 4 силопередающие плиты соединяют через комплементарные отверстия болтами 25. Устанавливают на верхней плите 3 кожух 10 и закрепляют его болтами, вворачиваемыми в отверстия 20 (болты крепления кожуха 10 на чертежах не показаны). Через центральные отверстия 14, 15 в верхней 3 и нижней 4 силопередающих плитах зазоры между этими плитами и герметизирующими мембранами 6 и 7 заполняют силиконовым консистентным герметиком, что исключает появление в этих зазорах влаги (конденсата), присоединяют эластичный патрубок 11 одним концом к кабельному гермовводу 12, а другим концом к кабельной трубе 13, которую прикрепляют к верхней силопередающей плите 3 (конструктивное выполнение крепления кабельной трубы 13 к силопередающей плите 3 может быть выполнено различно, например, контрагайками 18). Эластичный патрубок 11, кабельная труба 13 и приборный бокс 29 обеспечивают надежную защиту проводников, соединяющих тензорезисторы 2 с размещаемым в боксе 29 прибором преобразования и индикации сигнала (на чертежах не показан), формируемого тензорезисторами 2. Выполнение патрубка 11 эластичным обеспечивает компенсацию взаимного смещения верхней 3 и нижней 4 силопередающих плит при работе устройства.
Выравнивают по горизонту концы арматуры 28 сваи 27, затем на арматуру 28 устанавливают опорную плиту 5 и приваривают ее к арматуре 28. На опорную плиту 5 устанавливают короб-опалубку 8, удерживающие элементы 9 которого фиксируют, например, прихватками, на опорной плите 5. В резьбовые отверстия 23 опорной плиты 5 временно вворачивают болты (на чертеже не показаны) и через центральное отверстие 16 в опорной плите 5 пространство под опорной плитой 5 полностью заполняют бетоном на расширяющемся цементе. Отверстия 24 обеспечивают выход вытесняемого бетоном воздуха. Затем удаляют из резьбовых отверстий 23 опорной плиты 5 временно ввернутые болты. Цилиндрический упругий элемент 1 с тензорезисторами 2, кабельным гермовводом 12 и герметизирующими мембранами 6 и 7 (фиг.5) устанавливают на опорной плите 5 и закрепляют на ней болтами, пропущенными через отверстия 22 в нижней силопередающей плите, комплементарные резьбовым крепежным отверстиям 23 в опорной плите 5. (на чертежах эти болты не показаны, чтобы не загружать чертеж излишней информацией). Основание устанавливаемого агрегата или сооружения (на чертежах не показано) опирают на верхнюю силопередающую опорную плиту 3 (в зависимости от конструкции агрегата или сооружения рым-болт 26, используемый для перемещения сборки фиг.5, может быть вывернут из резьбового отверстия 14. В этом случае отверстие 14 может быть использовано для крепления устанавливаемого агрегата. Кожух 10 обеспечивает защиту устройства от попадания на него, например, бетона, которым может быть заполнено основание сооружения, опирающегося на верхнюю силопередающую плиту 3.
Готовое к работе устройство обеспечивает преобразование давления, оказываемого на верхнюю силопередающую опорную плиту 3 в деформацию средней части цилиндрического упругого элемента 1. Тензорезисторы 2, размещенные на внутренней поверхности цилиндрического упругого элемента 1, преобразуют величину деформации в изменение своего сопротивления, измеряемого и преобразуемого прибором преобразования и индикации сигнала, размещенного в приборном боксе 29 и соединенного с тензорезисторами 2 проводниками, проходящими через кабельный гермоввод 12, эластичный патрубок 11 и кабельную трубу 13. Так как цилиндрический упругий элемент 1, верхняя 3, нижняя 4 силопередающие плиты и опорная плита 5 соединены болтами (на чертеже не показаны), опорная плита 5 приварена к арматуре 28 сваи 27, а основание агрегата или сооружения прикреплено к верхней
силопередающей плите 3, устройство позволяет измерять как положительное давление на сваю 27 (фундаментную опору), так и отрицательное давление - когда по крайней мере одна из опор фундамента «провисает».