Устройство для определения усилия
FORCE-MEASURING DEVICE

Изобретение относится к области силоизмерительной техники и может быть использовано для измерения усилий, в частности, передаваемых от навесных сельскохозяйственных машин и почвообрабатывающих орудий.
Известно устройство для измерения усилий растяжения, содержащее диски, параллельные друг другу, имеющие центральные соосные отверстия для установки силовводных элементов, шарнир и датчики силы, расположенные между дисками, причем диски и датчики соединены между собой с помощью крепежных элементов, установленных в сквозных соосных отверстиях дисков, расположенных равномерно по их периметру, а датчики установлены параллельно, отличающееся тем, что оно снабжено элементом сферической формы, боковая поверхность дисков выполнена конической и диски обращены друг к другу меньшими поверхностями, в центре которых выполнены конические выемки, взаимодействующие с элементом сферической формы, а сквозные соосные отверстия сообщаются с пазами, выполненными на конической поверхности каждого диска, в которых размещены датчики, причем контактирующие поверхности крепежных элементов и сквозных соосных отверстий выполнены сферическими (патент RU 2 331 051, МПК G01L 1/22, опубл. 10.08.2008).
Недостатком известного устройства является односторонняя направленность и невозможность измерения усилий сжатия.
Наиболее близким аналогом является устройство для определения горизонтального усилия от орудия, навешенного на трактор, содержащее тензометрическую плиту с силоизмерительным элементом, отличающееся тем, что оно снабжено шарнирно закрепленными на тензометрической плите левым, правым и верхним двуплечими рычагами, к наружным концам которых прикреплены тяги гидронавесной системы трактора, и закрепленной на вилке внутреннего конца верхнего рычага шарнирно соединенной с силоизмерительным элементом суммирующей осью, с которой, посредством промежуточных звеньев с шаровыми наконечниками, соединены внутренние концы левого и правого двуплечих рычагов, при этом оси качания левого и правого рычагов расположены вертикально, а ось качания верхнего рычага расположена горизонтально перпендикулярно продольной оси трактора, принятое за прототип (Патент RU 2749578, МПК МПК G01L 5/13 (2006.01), А01В 59/06 (2006.01)).
Недостатком известного устройства является сложность конструкции, выполненной в виде шарнирно-рычажного механизма, суммирующего несколько разнонаправленных усилий. и требующего отдельного силоизмерительного средства.
Задача, решаемая изобретением - совмещение рычажного и силоизмерительного средств в едином элементе.
Технический результат - упрощение конструкции силоизмерительного устройства.
Указанный технический результат достигается устройством для измерения усилия, содержащем двуплечий рычаг, закрепленный шарнирно на неподвижной опоре, и тензодатчики, отличающееся тем, что ведущее плечо двуплечего рычага размещено перпендикулярно направлению определяемого усилия, ось крепления рычага на шарнире, выполненном с одной вращательной степенью свободы, установлена перпендикулярно определяемому усилию, свободный конец ведомого рычага закреплен на основании посредством шарнирной опоры с возможностью продольного перемещения, а тензодатчики закреплены на ведомом плече упомянутого рычага.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображен общий вид устройства, на фиг. 2 - сечение по оси 4 крепления рычага, на фиг. 3 - эпюра сил и моментов, действующих на двуплечий рычаг.
т
т
г
т
т
Устройство для измерения усилий содержит неподвижную опору 1, на которой с помощью шарнирного узла 2 (фиг. 2) посредством оси 4 установлен двуплечий рычаг 10 (фиг. 1). К ведущему плечу 5 рычага 10 прикреплена тяга 3 от внешнего устройства, задающего усилие Р, например, гидронавесной системы трактора (на чертеже не показано), в общем случае расположенное под углом α к ведущему плечу 5 рычага 10. Ведущее плечо рычага 10 расположено перпендикулярно определяемому компоненту суммарного усилия Р, например горизонтальному Р. Рычаг 10 закреплен с возможностью качания на оси 4 посредством подшипника 7, обеспечивающего внешней обойме 6, связанной с ведущим плечом 5 рычага 10 только одну вращательную степень свободы. Ось 4 расположена перпендикулярно направлению определяемого усилия. Свободный конец рычага 10 закреплен на основании 1 посредством дополнительной шарнирной опоры 9 с возможностью продольного перемещения относительно опоры 1. Тензодатчики 8 закреплены на ведомом плече рычага 10 с учетом требуемого соотношения плеч до усилия Р и тензодатчиков 8 на рычаге 10, которое позволяет менять величину деформации на тензодатчиках 8, , вызываемую измеряемым усилием Р.
т
в
г
т
Работа устройства осуществляется следующим образом. Основание 1, несущее опору 2 закрепляют неподвижно, а внешнее усилия Р прикладывают к ведущему плечу двуплечего рычага 10, в общем случае под произвольным углом α к нему. Внешнее усилия раскладывается на вертикальное Р, сжимающее ведущее плечо двуплечего рычага 10, и измеряемое горизонтальное Р, создающее вращающий момент относительно оси 4. Вращающий момент от усилия Р уравновешивается реакцией R в дополнительной шарнирной опоре 9, продольные (малые) смещения которой, возникающие вследствие ее изгиба, обеспечиваются посредством, например, подшипника, скользящего в направляющих 1.
в
г
Эпюра (фиг. 3) иллюстрирует схему усилий и моментов, действующих на двуплечий рычаг 10. Продольные силы N на эпюре, вызываемые силой Р, передаваемой тягой 3, замыкаются на оси 4 и не передаются на нижнее плечо рычага 10 и тензодатчики 8. Поперечные силы Q не влияют на деформацию датчиков 8. Таким образом, тензодатчики 8 воспринимают только деформации нижнего плеча рычага 10, возникающие от воздействия изгибающего момента М (фиг. 3) с учетом упомянутого выше соотношения плеч до Р и тензодатчиков на рычаге 10 (фиг. 1).
т
г
За счет того, что все компоненты действующего усилия Р, кроме его измеряемого компонента Р, замыкаются на шарнире с единственной степенью свободы, а свободный конец ведомого рычага закреплен на основании посредством шарнирной опоры с возможностью продольного перемещения, достигается заявленный технический результат.