УДАРОПРОЧНЫЕ ВЕСЫ И УДАРОПРОЧНЫЙ УЗЕЛ ВСТРОЙКИ ТЕНЗОДАТЧИКА
SHOCKPROOF WEIGHTS AND SHOCKPROOF UNIT FOR INTEGRATING STRAIN SENSOR

Изобретение относится к области весоизмерительной техники и может использоваться для конструирования узлов встройки тензодатчиков и платформенных весов на их основе для использования в тяжелых условиях промышленного производства.
В настоящее время в весоизмерительной технике широкое распространение получили конструкции, использующие различные типы тензодатчиков для измерения веса. Для передачи нагрузки от взвешиваемого груза к тензодатчикам в платформенных весах используются различные узлы встройки. Назначение узла встройки - передача вертикальной составляющей силы нагрузки к тензодатчику, обеспечение компенсации горизонтальных смещений от термических расширений элементов весов или от горизонтальных толчков, самоцентрирование конструкции. Для этого в узлах встройки используются различные типы подвижных механических узлов, обеспечивающие эти функции.
При ударных нагрузках на весы, к примеру при падении на них взвешиваемых грузов возникают большие нагрузки на тензодатчики, что может привести к их выходу из строя. Для защиты тензодатчиков от воздействия перегрузок в конструкциях весов разрабатываются и используются различные приспособления, смягчающие (демпфирующие) или устраняющие нагрузки, превышающие допустимые. Особенно актуальна защита весов от ударов при взвешивании тяжелых и прочных металлических грузов, например в металлургии.
Узел встройки тензодатчика может являться самостоятельным изделием, используемым для модульной сборки весов под требования потребителя. Узлы встройки такого типа выпускаются некоторыми производителями и реализуются потребителям как самостоятельное изделие, без привязки к конкретной конструкции весов, в которой они будут использоваться. Использование таких узлов встройки позволяет потребителю самостоятельно разрабатывать и конструировать весы с необходимыми параметрами и характеристиками.
Известен узел встройки для тензодатчиков М4500-С16-60 типа «колонна» производства научно-производственного предприятия «Метра» (сборочный чертеж размещен в сети Интернет на сайте производителя http://www.metra.ru/catalogue_nod_m4500-cl6-60.html). Данный узел встройки реализуется производителем как комплектующее изделие, предназначенное для самостоятельного конструирования потребителем весоизмерительных систем. Он имеет следующее устройство. Тензодатчик сжатия типа «колонна» имеет выпуклые верхнюю и нижнюю опорную поверхность, которые соприкасаются с вогнутыми верхней и нижней опорными поверхностями узла встройки, образуя подвижный маятниковый узел типа «неваляшка». Нижняя опорная поверхность узла встройки установлена на фундаментную плиту, которая играет роль основания узла встройки, верхняя опорная поверхность узла встройки закреплена на опорной плите узла встройки. Подвижность узла встройки обеспечивается возможностью качания тензодатчика на сферических поверхностях между опорной плитой и основанием.
Для конструирования весоизмерительной системы на основе данных узлов встройки узлы встройки устанавливаются на основание весов, а измеряемая нагрузка прикладывается к опорным плитам узлов встройки, например, используя грузоприемную платформу. Нагрузка от опорной плиты в данном узле встройки передается к тензодатчику напрямую, поэтому, чтобы избежать выхода из строя тензодатчика, данный узел встройки необходимо оберегать от ударов.
Известен принятый за прототип узел встройки для тензодатчиков МА65058-50К-3000-02 типа «сдвоенная балка» производства научно-производственного предприятия «Метра» (сборочный чертеж размещен в сети Интернет на сайте производителя http://www.metra.ru/catalogue_nod_ma65058-50k-3000-02.html). Этот узел встройки имеет следующее устройство. Измеряемая нагрузка прикладывается к верхней опорной плите узла встройки. От опорной плиты на тензодатчик нагрузка передается через подвижный узел - подвеску типа «серьга». Серьга способна раскачиваться на тензодатчике, а приложение нагрузки от опорной плиты к серьге ниже точки подвеса серьги на тензодатчике, обеспечивает ее устойчивое равновесие. Это свойство данного подвижного узла обеспечивает самоцентрирование узла встройки тензодатчика и его способность компенсировать горизонтальные отклонения опорной плиты от положения равновесия. Тензодатчик типа «сдвоенная балка» закреплен на основании узла встройки. Подвижный узел позволяет компенсировать горизонтальные смещения опорной плиты относительно основания узла встройки, передавая на тензодатчик только вертикальную составляющую измеряемой нагрузки. В данной конструкции демпфирования ударных нагрузок так же не предусмотрено, что может привести к выходу тензодатчика из строя при ударах, это ограничивает применение данного узла встройки и не позволяет использовать его при сильных перегрузках на весы, характерных для эксплуатации на промышленных предприятиях.
Известно принятое за второй прототип ударопрочное весоизмерительное устройство (патент на полезную модель RU 26649 U1). Данная конструкция весов защищена от перегрузок при падении взвешиваемых грузов на них и нашла применение для взвешивания металлических изделий на металлургических предприятиях. Ударопрочное весоизмерительное устройство содержит грузоприемную платформу, на которую устанавливаются взвешиваемые грузы. Нагрузка от грузоприемной платформы передается к нижней раме через демпфирующие узлы - пружины, смягчающие удары. По оси пружин установлены шпильки, защищающие пружины от перекоса или выпадения. Нижняя рама подвешена на основании весов через тензодатчики растяжения и подвижные узлы - кардановы подвесы, обеспечивающие возможность ее горизонтального перемещения и самоцентрирования. Для защиты тензодатчиков от перегрузки при падении грузов на грузоприемную платформу под грузоприемной платформой расположены ограничители перемещения - упорные болты, ограничивающие ход сжатия пружин. При перегрузке грузоприемная платформа опускается на пружинах и останавливается, столкнувшись с упорными болтами. Перегрузка передается от грузоприемной платформы к основанию весов, минуя тензодатчики, что защищает их от повреждения.
В данной конструкции элементы, выполняющие различные функции, пространственно разделены друг от друга: упругие демпфирующие элементы (пружины) расположены внутри весов под углами грузоприемной платформы и передают нагрузку на общую нижнюю раму, тензодатчики расположены отдельно от пружин и связывают нижнюю раму с основанием весов, упорные болты расположены отдельно от пружин и тензодатчиков, под углами грузоприемной платформы. Поэтому при сборке весов или при их ремонте эти элементы устанавливаются и настраиваются независимо друг от друга. Эти недостатки усложняют сборку весов, их обслуживание и ремонт. Кроме того, использование общей промежуточной рамы увеличивает металлоемкость весов, а следовательно, их стоимость.
Задача, стоящая перед авторами изобретения:
- обеспечить стойкость узлов встройки к ударным нагрузкам,
- сделать конструкцию ударопрочных весов модульной (блочной).
Указанная задача решается за счет того, что в известном узле встройки, содержащем тензодатчик, опорную плиту, подвижный узел, передающий нагрузку от опорной плиты к тензодатчику, и основание узла встройки, на которое установлен тензодатчик, предлагается между опорной плитой и подвижным узлом установить упругие демпфирующие элементы, а ход опускания опорной плиты на упругих демпфирующих элементах ограничить ограничителями перемещений. В качестве упругих демпфирующих элементов могут использоваться пружины, а в качестве ограничителей перемещения - упорные болты.
Кроме того, указанная задача решается так же за счет того, что в ударопрочных весах, включающих тензодатчики, основание весов, грузоприемную платформу, установленную на упругие демпфирующие элементы, подвижные узлы, передающие нагрузку от упругих демпфирующих элементов к тензодатчикам, ограничители перемещения, закрепленные на основании весов, ограничивающие опускание грузоприемной платформы на упругих демпфирующих элементах, согласно изобретению тензодатчики, подвижные узлы, упругие демпфирующие элементы и ограничители перемещения собраны вместе и конструктивно размещены в виде отдельных съемных блоков - узлов встройки тензодатчиков, расположенных на основании весов, на которые опирается грузоприемная платформа.
В заявляемом изобретении предлагается объединить тензодатчик, упругие демпфирующие элементы, подвижный узел, ограничители перемещений в один самостоятельный сборочный узел - ударопрочный узел встройки тензодатчика, который может использоваться как комплектующее изделие для модульной сборки ударопрочных весов. При необходимости ремонта данный узел может заменяться целиком. Использование упругих демпфирующих элементов и ограничителей перемещения в узле встройки позволяет защитить тензодатчик от повреждения при ударных нагрузках, что позволяет конструировать на основе данных ударопрочных узлов встройки весы, способные работать в сложных промышленных условиях.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что ударопрочный узел встройки тензодатчика содержит опорную плиту, опирающуюся через упругие демпфирующие элементы на подвижный узел, передающий нагрузку на тензодатчик. Ход опускания опорной плиты ограничен ограничителями перемещения. Ограничители перемещения и сам тензодатчик закреплены на основании узла встройки.
Использование ударопрочных узлов встройки позволяет конструировать ударопрочные весы с требуемыми весовыми и габаритными характеристиками. Для этого ударопрочные узлы встройки, содержащие тензодатчик, подвижный узел, упругие демпфирующие элементы и ограничители перемещения, устанавливают на основание весов, а грузоприемную платформу устанавливают на ударопрочные узлы встройки тензодатчика.
Технический результат заключается в том, что предлагаемые ударопрочные узлы встройки защищены от ударных нагрузок и не повреждаются при эксплуатации в промышленных условиях. Ударопрочные весы, собираемые заказчиком самостоятельно на основе ударопрочных узлов встройки, могут иметь любые требуемые габаритные размеры и весоизмерительные характеристики, необходимые для конкретного места применения. При необходимости ремонта и замены ударопрочный узел встройки может извлекаться целиком и заменяться на новый, без дополнительной регулировки и настройки его компонент.
В качестве примера практической реализации изобретения приведены две разновидности предлагаемого узла встройки: первый с тензодатчиком сжатия и маятниковым подвижным узлом, второй с балочным тензодатчиком и подвижным узлом типа «серьга». В качестве упругих демпфирующих элементов используются пружины. Для предотвращения перекоса пружин при их сжатии используются направляющие шпильки. В качестве ограничителей перемещения используются упорные болты.
На фиг.1 и фиг.2 приведены чертежи предлагаемого ударопрочного узла встройки в двух вариантах: с тензодатчиком сжатия и с балочным тензодатчиком. На фиг.3 приведен трехмерный пространственный вид заявляемого узла встройки с тензодатчиком сжатия маятникового типа и предлагаемые ударопрочные весы, собранные на основе четырех таких ударопрочных узлов встройки.
Узел встройки с тензодатчиком сжатия (фиг.1) состоит из: основания 1, на котором установлен тензодатчик 2 с опорными поверхностями маятникового типа, опорной плиты 3, П-образной рамы 4, установленной сверху на тензодатчик, двух пружин 5, установленных симметрично на П-образную раму, на которые опирается опорная плита. Для ограничения хода опорной плиты вниз на пружинах и защиты тензодатчика от перегрузок на основании установлены регулируемые упорные болты 6. Подвижный узел в данной конструкции образуется опорными поверхностями тензодатчика маятникового типа.
Узел встройки с балочным тензодатчиком (фиг.2) состоит из основания 1, на котором закреплен консольный балочный тензодатчик 2. Опорная плита 3 опирается на серьгу 4 через узел с двумя симметрично расположенными пружинами 5. Для ограничения хода опорной плиты и защиты тензодатчиков от перегрузок используются упорные болты 6. Серьга подвешена на тензодатчик через узел 7 со стальным шариком между вогнутыми поверхностями для обеспечения ее подвижности. Подвижный узел в этом варианте узла встройки образуется серьгой и узлом со стальным шариком.
Ударопрочные весы (фиг.3) конструируются установкой грузоприемной платформы на опорные плиты ударопрочных узлов встройки тензодатчиков. Сами ударопрочные узлы встройки тензодатчиков устанавливаются на основании весов - плоской твердой поверхности, роль которой может играть металлический лист, бетонный фундамент, прочный ровный пол, или иное основание.
Рассмотрим как работают предлагаемые ударопрочные узлы встройки в платформенных весах. При установке груза грузоприемную платформу весов пружины ударопрочных узлов встройки тензодатчиков сжимаются, смягчают удар и плавно передают вес груза тензодатчикам. Если груз устанавливается на платформу весов не вертикально, а с горизонтальным перемещением, то под действием горизонтальной силы платформа весов вместе с опорными плитами ударопрочных узлов встройки отклоняется от положения равновесия, раскачиваясь на серьгах или на маятниковых опорах узла встройки тензодатчика сжатия. После успокоения колебаний платформа снова приходит в положение равновесия, и производится взвешивание. При перегрузке на грузоприемную платформу, превышающей допустимую, пружины сжимаются, и опорные плиты узлов встройки соприкасаются с упорными болтами. Перегрузка передается от опорных плит на основание узлов встройки, минуя тензодатчики, что защищает их от повреждения.
Осуществление изобретения. Опытный образец весов, использующий заявляемые узлы встройки тензодатчиков, в настоящее время проходит заводские испытания.