Гидравлическое устройство для измерения усилий

 

ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ, содержащее задающий механизм с приводом, силоизмерительный механизм с умножителем, интегратором и регистратором, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и pacumpeния функциональных возможностей, задающий и силоизмерительный механизмы выполнены в виде гидромеханическо-, го следящего привода, шток которого связан с силочувствительным элементом , выполненным в виде месдозы с силоприемным штоком, подводящие магистрали которой снабжены регулируемыми дросселями и обратными клапанами, умножитель выполнен в виде четырехщелевого проточного золотника с отрицательным перекрытием , который через эксцентриковые механизмы и редуктор соединен с задающим механизмом, при этом вход золотника через обратные клапаны 9 соединен с месдозой, а выход - с интегратором, выполненным в виде гидроцилиндра двойного действия,шток которого снабжен дополнительной .массой и связан с регистратором. СО оо со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SLI„„ A

3(51) 0 01 Ь 1 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ5 ":

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

tP

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 )3514866/18-10 (22) 30.11.82 (46) 23.05.84. Бюл. Р 19 (72) В.И.Каминский, 10.МаКотолевский, И.Ф.Стрельцов и А.П.Гуриков (71) Рижский Краснознаменный институт инженеров гражданской авиации им. Ленинского комсомола (53) 531.781(088.8) (56) 1. Хаймович E.Ì. и др. Гидропривод и гидропневмоавтомашина. Киев,.

"Техника", сб.6, 1970, с.5, рис.1.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 456161, кл. 0 01 z, 1/04, 1972 (прототип). (54)(57) ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ, содержащее задающий механизм с приводом, силоизмерительный механизм с умножителем, интегратором и регистратором, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей, задающий и силоизмерительный механизмы выполнены в виде гидромеханическо-. го следящего привода, шток которого связан с силочувствительным элементом, выполненным в виде месдозы с силоприемным штоком, подводящие магистрали которой снабжены регулируемыми дросселями и обратными клапанами, умножитель выполнен в виде четырехщелевого проточного золотника с отрицательным перекрытием, который через эксцентриковые механизмы и редуктор соединен с задающим механизмом, при этом вход золотника через обратные клапаны <р й.н соединен с месдоэой, а выход — с интегратором, выполненным в виде гидроцилиндра двойного действия, шток которого снабжен дополнительной .мас- сой и связан с регистратором.

1093917

Изобретение относится к силоиэмерительной технике и может быть использовано для измерения гидродинамических сил в золотниковых парах, аэродинамических и других диссипативных сил. 5 . Известны устройства для экспериментального определения осевой гидродинамической силы на золотнике, содержащие корпус, исследуемый золотник, камеру, разделенную на две 10 части упругой мембраной (1).

Однако эти устройства не дают возможности измерения гидродинамических сил на движущемся золотнике и обладают невысокой точностью 15 измерения из-за гистеррзиса мембраны, Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство, содержащее корпус золотника, сило измерительный элемент с тензореэисторами, связанный кривошипно-латун- . ным механизмом с приводами (2) .

Недостатками известного устройства являются невысокая надежность ввиду наличия электромеханических элементов при схемной реализации устройства, а также невозможность проведения на его основе аэродинамических измерений при испытаниях .летательных аппаратов.

Целью изобретения является повышение надежности и расширение функциональных воэможностей устройства.

Укаэанная цель достигается тем, что в гидравлическом устройстве для измерения усилий, содержащем задающий механизм с приводом, силоизмерительный механизм с умножителем, интегратором и регистратором, зада- 40 ющий и силоиэмерительный механизмы выполнены в виде гидромеханического следящего привода, шток которого связан с силочувствительным элементом, выполненным в виде месдозы с 45

;"силоприемным штоком, подводящие магистрали которой снабжены регулируемыми дросселями и обратными клапана-, ми, умножитель выполнен в виде четь1рехщелевого проточного золотника с 5О отрицательным перекрытием, который через. эксцентриковые механизмы и редуктор соединен с задающим механизмом, при этом вход золотника через обратные клапаны соединен с месдозой, а выход — с интегратором, выполненным в виде гидроцилиндра двойного действия, шток которого снабжен дополнительной массой и связан с регистратором.

На чертеже представлена схема 60 гидравлического устройства для измерения усилий.

Устройство состоит иэ месдозы 1 с дросселями 2 и обратными клапанами

3, которая через трубопровод 4 65 соединена с четырехщеленьтм проточным золотником 5 с отрицательным перекрытием, имеющим пружину 6 и являющимся гидравлическим мостом. Золотник 5 трубопроводами 7 соединен с интегратором 8, выполненным в ниде гидроцилиндра с двухсторонним штоком 9, поршнем 10 со щелевым уплотнением и дросселем 11. Гидроцилиндр

8 имеет две пружины 12, а шток 9 дополнительную массу 13 и указатель

14 с лимбом 15. Устройство снабжено приводом, состоящим из задающего эксцентрикового механизма 16, вращаемого с помощью вала 17, гидромеханического следящего привода 18 (гидроусилителя) с роликом 19. Эадающий механизм 16 через редуктор

20 соединен с датчиком 21 частоты и эксцентриковым механизмом 22.

Насосная станция устройства состоит иэ гидробака (не показан) насоса 23 переменной производительности, гидравлического редуктора

24, манометра 25. В системе установлен гидроаккумулятор 26, который уменьшает влияние работы гидромеханического следящего привода на работу месдозы 1.

Дросселями 2 и редуктором 24 устанавливается максимальная составляющая переменного давления, которая имеет максимальное значение при условии, когда гидравлическая проводимость дросселей 2 равна или несколько больше суммарной максимальной проводимости дроссельных окон золотника 5 и дросселя 11, который служит для автоматической установки поршня 10 с указателем 14 в нулевое положение после прекращения подвода жидкости к месдозе 1. Проводимость дросселя подбирается таким образом, чтобы она была примерно на порядок меньше максимальной проводимости через рабочие окна золотника 5 (Г,В,К.7:). В этом случае давление в полостях гидроцилиндра не будет успевать выравниваться.

Устройство работает следующим образом.

Набегающий поток Y создает на объекте 27 испытания подъемную силу и силу лобового сопротивления. Эти силы при произвольном положении объекта испытания при отсутствии давления жидкости, воздействуя на шток месдозы 1, стремятся изменить в пределах упругого конструктивного люфта объем жидкости полостей А или

Б, вытеснив ее через выходные обратные клапаны 3, трубопровод 4, золотник 5 и дроссель 11 н бак. При включении насоса 23 жидкость под давлением поступает к месдозе 1 и следящему приводу 18. В этом случае ролик

19, связанный со следящим золотником, под действием упругого элемента пере1093917

55 мешается до соприкосновения с эксцентриконым механизмом 16. Угол поворота последнего определяет угол атаки объекта испытания. Одновременно жидкость через входные обратные клапаны, дроссели 2, месдозу 1, выходные обратные клапаны 3 и трубопровод 4 поступает к перемножающему и интегрирующему устройствам. Дроссели 2 для компенсации усилия от веса объекта 27 и разности пгощадей в . штоковой А и поршневой Б полостях месдозы 1 должны иметь различную йастройку.

При задании эксцентрику 16 от вала 17 вращательного движения объект>5 испытания приводится н колебательное движение. Одновременно через механи° ческий редуктор 20 приводится во вращательное движение эксцентрик 22, а золотник 6 — в колебательное.

Усилие от штока следящего привода

18 через цилиндр месдозы 1, объемы жидкости А и Б, через шток месдозы передается на объект 27. Таким образом, в звене передачи усилий имеется чувствительный элемент, реагирующий на их изменение — это объемы жидкости в полостях A и Б. При вклю ченном насосе 23 через эти объемы постоянно протекает жидкость, однако ее расход ограничен пропускной способностью золотника 5.

Соотношение между расходом насоса и расходом через умножитель подбирается таким, чтобы в полостях А и Б имелся подпор, обеспечивающий воспри-З5 ятие усилий от объекта 27. При колебательном движении объекта на по.;стоянную составляющую от давления насоса накладываются гармонические составляющие давления от объекта. 49

Их величина прямо пропорциональна аэродинамическим нагрузкам v обратно пропорциональна гплощади поршня месдозы 1.

Обратные клапаны 3 месдозы работа-45 ют следующим образом.

При движении штока месдозы вниз давление н полости Б увеличивается по сравнению с существующим давле.нием в полости А. В этом случае нижний входной клапан закрывается, а верхний входной — открывается, впуская порцию жидкости, равную величине упругого люфта по поршню месдозы. Верхний выходной клапан под действием некоторого падения давления жидкости в полости А закрывается, а через нижний открытый клапан жидкость поступает к золотнику 5. Аналогичная работа клапанов происходит при движении штока месдо- 6О зы вверх. При передаточном числе редуктора 20, равном 1:1, колебание золотника 5 происходит в одной фазе.

Для совпадения колебаний золотника

5 и месдоэы 1, жестко связанной со вт эком следяк.его привода 18, произнодится поворот эксцентрика 16 относительно вала 17. Передаточное число редуктора 20 изменяется от единицы до заданной гармоники н зависимости от необходимой точности измерения усилий на объекте. Если собственная частота систелы больше частоты возмущающего. давления от месдозы 1, то интегратор 8 работает как гидроцилиндр, переключаемый золотником 5.

Чтобы система выполняла функции интегрирования необходимо понизить эту частоту, что делается экспериментально при отладке установки, увеличивая массу М или уменьшая диаметр гидроцилиндра 8. Для нормальной работы устройства необходимо, чтобы сопротивление н линии слива (кромки В и K) было больше, чем в линии подвода жидкости к цилиндру.

Так как на объекте 27 преобладающая сила действует вверх, то и величина давления в полости А, как правило, больше, чем в полости Б. Следова" тельно, шток 9 вместе с указателем

14 от нейтрального положения перемещается вниз.

Получение сил или моментов, действующих от объекта испытания, основано на умножении исследуемой силы, получаемой н ниде Функции давления Р(С) на синус или косинус аргумента времени, и интегрировании этого произведения. Так, если соотношение, представленное рядом

Фурье. (1„(t) и 1 2 (t) для первой гармоники практически одинаковы) а, Рг® = —;+ + a" n n t 4„"" ), n=1 где а, а„, > — коэффициенты ряда

Фурье;

4) — частота вращения эксцентрика 16; время, умножить на 40 nut и проинтегрировать, то будут выделены коэффициенты а„, Придавая И значения 1,2,3..., получаем коэффициенты а„, а, a>,....

Аналогично умножая соотношение на соз,А после интегрирования получаем коэффициенты Ъ„,b<, b . Величина этих коэффициейтой пропорциональна силам, действующим на объекте 27.

Переход от коэффициентов к силам производится путем тариронки системы.

Величина коэффициента а зависит от положения точки уп. Если точка Ф расположена в центре тяжести исследуемого объекта, при включенном насосе 23 при скорости потока V =0 и неподвижном эксцентриконом механизме 16 давление н полостях А и Б месдозы 1 одинаково и, следовательно, ац =О.

1093917

Усилие на поршне 10 равно

A**apl-сх, Составитель В.Курбатова

Редактор О.Черниченко Техред A.Áàáèíåö Корректор A-Ференц

Заказ 3413/33 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 ч

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

При включении аэродинамической трубы под действием потока воздуха на объекте 27 возникает составляющая аэродинамической силы, величина которой пропорциональна коэффициенту ряда Фурье аа

При отсутствии нагрузки на колеблющийся. шток месдоэы(например, при отсоединении объекта 27 от месдозы) давления в полостях A и Б одинаковы, величина нагрузки зависит от сопротивления дросселей 2 и сопротивления щели на кромках В,Д, К и Г золотника 5 и дросселя 11.

В этом случае указатель 14 показыва- 15 ет нулевую нагрузку, так как давления в обеих полостях гидроцилиндра одинаковы.

При перемещении золотника 5 по гармоническому закону давление на его рабочих кромках В,Д, К и Г также изменяется по гармоническому закону и зависит от гидравлического сопротивления шели, то есть от

I перемещения золотника, которое зависит. от угла поворота эксцентрика 22. где а — пере*ад давления на поршне; площадь поршня интегратоРаю — суммарная жесткость пружин

12;

Х вЂ” перемешение поршня (указателя 14)

,Перемещение поршня тем больше, чем больше перепад давления на нем, который в свою очередь зависит от усилия, действующего на шток месдозы, .Перемещение поршня и сила на штоке месдозы 1 связаны между собой однозначно. Давления в полостях A и Б как по величине так и по частоте колебания однозначно связаны с усилиями на объекте 27. Таким образом, зная усилия, воспринимаемые месдозой 1, можно получить аэродинамические силы и моменты. При этом благодаря гидравлическим элементам предлагаемое устройство обладает по сравнению с известным большей надежностью и ббльшими функциональными возможностями.