Динамометрическое буксировочное устройство

 

Изобретение относится к техническим средствам экспериментальной гидродинамики и может быть использовано для измерения сил сопротивления движению моделей. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых сил. Динамометрическое буксировочное устройство содержит буксировочный нож с укрепленной на нем моделью и измерительный элемент, связанный с моделью. Устройство содержит шарнирно закрепленную на горизонтально расположенной оси втулку, включающую горизонтальную и вертикальные части, и шток с грузом, установленным на нем с возможностью перемещения. Шток закреплен на горизонтальной части вилки , которая жестко связана с буксировочным ножом. Измерительный элемент выполнен в виде упругого элемента, связанного с вертикальными частями вилки посредством гибких связей, и электрического датчика, включающего две неподвижно закрепленные катушки индуктивности и сердечник, жестко связанный с упругим элементом. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4 063 А1 (19) (11) (5g 4 С 01 М 10/00

В.Е.ЯЯЩД

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ПАтбнтй1- кК ;, ; ГНИ

Б Б.7. Q, -,:., где 1н

R х мин

RM мин

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4305203/31-11 (22) 14.09.87 (46) 07.05.89. Бюп. У 17 (71) Институт прикладной физики

АН СССР (72) С,Д, Богатырев, В.В. Васильева и О.Д. Шишкина (53) 629.12.006.16:532.5 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

К 981836, кл. G 01 М 1О/00, 1981. (54) ДИНАМОЖТРИ IE(:KOE БУКСИРОВОЧНОЕ

УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к техническим средствам экспериментальной гидродинамики и может быть использовано для измерения сил сопротивления движению моделей., Цель изобретения— расширение диапазона измеряемых сил.

Динамометрическое буксировочное уст Изобретение относится к техническим средствам экспериментальной гидродинамики и может быть использовано для измерения сил сопротивления движению моделей.

Цель изобретения — расширение диапазона измеряемых сил.

На фиг.1 изображено устройство;. на фиг.2 — узел 1 на фиг.1; на ,фиг.3 — рабочая характеристика упругого элемента.

Устройство содержит вилку 1 ° состоящую-из вертикальных частей 2 и 3 и горизонтальной части 4. Высота h ройство содержит буксировочный нож с укрепленной на нем моделью и измери-l тельный элемент, связанный с моделью. Устройство содержит шарнирно закрепленную на горизонтально расположенной оси вилку, включающую горизонтальную и вертикальную части, и шток с грузом, установленным на нем с возможностью перемещения. Шток закреплен на горизонтальной части вилки, которая жестко связана с буксировочным ножом. Измерительный элемент выполнен в виде упругого элемента, связанного с вертикальными частями вилки посредством гибких связей, и электрического датчика, включающего две неподвижно закрепленные катушки индуктивности и сердечник, жестко связанный с упругим элементом. 3 ил. вертикальной части определяется выражением

1н Кхмнн

h = — " —-- )

Rx мин длина буксировочного ножа 5; минимально допустимая нагрузка на измерительнкй элемент 6 (предел чувствительности ), определяемая по паспорту или путем тарировки; величина силы сопротивления, определяемая при минимально возможной ско) 478063 рости буксировки модели

7, при заданной скорости буксировки и плотности жидкости зависит .от фор мы мопели и положения,ее относительно поверхности жидкости.

В частности дпя тел врашения (сфера, цилиндр, эллипсоиц) . расположенных на глубине H=10D, где 0 — диаметр тела, значение R„ вычисляет мин ся по формуле I

Р мин

D — С S / мни где С - коэффициент сопротивления, определяемый по справочным данным;

S — площадь миделевого сечения тела; плотность жидкости; минимально возможная скомин рость буксировки модели.

Размер горизонтальной части 4 вилки 1 определяется горизонтальным габаритом упругого элемента 6. Вилка

1 шарнирно закреплена на горизонталь" ной оси 8, установленной на буксировочной каретке 9. На горизонтальной части 4 вилки 1 укреплен шток 10 с установленным на нем с возможностью перемещения грузом 11.

Шток 10 имеет цилиндрическую форму и укреплен на горизонтальной части 4 вилки 1 с помощью резьбового соединения„ позволяющего менять положение штока 10. Ось штока 10 распо-. ложена горизонтально и пересекает ось вращения двуплечего рычага под углом 90 . Груз 11 соединен со штоком 10 посредством резьбового соединения, обеспечивающего фиксацию груза 11. Причем груз 11 выполнен в виде двух одинаковых цилиндров.

Такая форма исполнения позволяет надежно фиксировать его положение на штоке 10, так как один из цилиндров является контргайкой для другого. Кроме того, по положению смежных оснований цилиндров определяется координата центра тяжести груза Il.

Иток 10 укреплен на горизонтальной части 4 со стороны вертикальной части 2 (сила. сопротивления R„ имеет направление, укаэанное на фиг.l). В это положение шток уста45

55 э

10 l5

40 навливается, когда сила сопротивления, R движения модели 7 создает нагрузку на. упругий элемент 6, превышающую значение, соответствующее рабочему участку его хаоактеристики. Если величина силы R,, недостаточна для создания нагрузки, требуемой в соответствии с характеристикой упругого элемента 6, шток 10 крепится со стороны вертикальной части 3.

Буксировочный нож 5 расположен вертикально и жестко укреплен на горизонтальной части 4 вилки 1. Нижний конец ножа 5 жестко связан с моделью 7е

Упругий элемент 6, неподвижно укрепленный на каретке 9 и связанный с вертикальными частями 2 и 3 вилки

1 с помощью гибких связей 12, выполнен в виде параллелограмма, содержащего подвижное. 13 и неподвижное 14 основания, соециненные упругими балочками 15. Упругий элемент может быть выполнен в виде упругого стержня или мембраны. Неподвижное основание 14 упругого элемента 6 жестко закреплено на буксировочной каретке 9. Подвижное основание 13 связано с вертикальными частями 2 и 3 вилки

1 гибкими связями 12, что обеспечивает свободу вертикальных перемещений подвижного основания 13 упругого элемента 6 при отклонении вертикальных частей 2 и 3 от первоначального положения..В варианте, изображенном на фиг.2, один из торцов гибкой связи 12, выполненной в вице пластиччатой пружины, запрессован в паз 16 вертикальной части 2(3).

Другой ее торец упирается в подвижное основание 13 упругого элемечта 6.

Катушки 17 индуктивности электрического датчика 18 укреплены неподвижно на буксировочной каретке 9.

Сердечник 19 датчика 18 жестко связан с упругим элементом 6. При выполнении гибкой связи согласно фиг.2 сердечник 19 укреплен на подвижном основании 13 упругого элемента 6.

Крепление элементов датчика 18 осуществляется с помощью кронштейнов

20. Обмотки катушек 17 индуктивности подключены к электроизмерчтельному прибору (не показаны).

Пример. Вилка выполнена из дюрали. Высота .вертикальных частей

30 мм,- горизонтальная часть имеет

1478063 6 ет возможность горизонтальных смещений каретки.

Устройство работает следующим образом, До начала измерений выполняют тарировку. По результатам тарировки строят график зависимости выходного сигнала 1 электрического датчика (силы тока) от величины нагрузки R< на буксировочный нож

f (Rõ!

Кх ин Еи

5 длину 115 мм. Ширина всех частей

65 мм. Толщина вертикальных частей

15 мм, горизонтальной части 35 мм.

В центре боковых поверхностей горизонтальной части в отверстиях диаметром 30 мм установлены подшипI ники. Шток имеет цилиндрическую фор му, его диаметр 10 мм, длина 150 мм.

Вдоль.оси штока нанесена градуировочная шкала с шагом 0,1 мм. Шток и груз выполнены из латуни. Груз выполнен в виде двух одинаковых цилиндров 75 мм высотой 10 мм. Вес каждого цилиндра 300 r.

Буксировочный нож выполнен из нержавеющей стали в виде полого кры" ла длиной 300 мм. Основания упругого элемента имеют длину 75 мм, ширину

65 мм. Толщина оснований 5 мм. Вертикальные. балочки прямоугольного сечения 5 1,5 мм, длиной 50 мм распола" гаются по углам, оснований. Упругий элемент выполнен из закаленной стали. В качестве электрического датчика используют датчик ускорений ДУ-5С, входящий в состав аппаратуры ВИ6-6ТН (ВИ-02-Б8ТУ).

Гибкие связи выполнены в виде . плоских стальных пластин 40 .10 мм толщиной 0,2 мм. Свободные торцы пластин закруглены по радиусу 0,1 мм.

Ось выполнена из латуни. Длина оси

250 мм. Центральная часть длиной

65 мм имеет диаметр 10 мм под уста- новку подшипников. Диаметр концевых частей 7 мм.

Кронштейны для крепления электрического датчика изготовлены из дюрали, представляют собой стержни 30 5" х3 мм с основаниями 10 10 3 мм.

Буксировочная каретка представляет собой Н-образную конструкцию, выполненную из трех скрепленных между собой стальных пластин толщиной

10 мм. Две боковые пластины имеют форму трапеции с основаниями 300 и 200 мм и высотой 350 мм. Горизонтальная пластина 250 250 мм установлена на расстоянии 100 мм от верхних кромок боковых пластин. В верхней части каждой боковой пластины укреплены оси двух колес, имеющих диаметр 100 мм. Расстояние между осями 150 мм. Колеса, установленные на одной из пластин, имеют V-образные пазы. Головка рельса имеет соответствующую пазам форму, что предотвраща-, 1

Такая зависимость для указанного примера приведена на фиг.3. На рабочей характеристике измерительного элемента

I=f (R„) выделяют три характерных участка (фиг.3): a - участок малой чувствительности, обусловленной наличием трения в связях между элемен-. тами устройства; F — рабочий участок; — участок перегрузки, соответст" вующий.положению сердечника, при

25 котором один из воздушных зазоров в магнитных системах датчика равен нулю (дальнейшее перемещение сердечника невозможно).

Перед началом измерений произво дят серию контрольных замеров силы сопротивления для определения величины необходимой начальной нагрузки на измерительный элемент, создавае.мой системой груз — шток. Для этого шток 10 устанавливают со стороны

35 вертикальной части 3 вилки l Стрелку электроизмерительного прибора выводят на "0". На штоке 10 устанавливают груз 11. При этом момент силы тяжести G груза 11 создает начальную нагрузку на упругий элемент 6. Величина этой нагрузки регистрируется электроиз мерительным приб ором .. Плечо f силы тяжести G груза 11 выбирают

45 по начальному показанию Ед электроизмерительного прибора и тарировочному графику таким образом, чтобы начальная нагрузка на упругий элемент 6 соответствовала рабочему

50 участку F характеристики I f(R ) (т. А, фиг.3): х

1 где R»„„— величина силы сопротивле55 ния, соответствующая нижней границе рабочего участка характеристики

Е=Е (R„) (фиг.3);

1478063

1„ — длина буксировочного ножа 5;

G — вес груза I l.

Таким образом, исключают участок а малой чувствительности и обеспечивают работу измерительного элемента на рабочем линейном участке его характеристики.

Если во время контрольного замера сила сопротивления движению модели 7 (показание прибора) превышает значения, соответствующие ра" бочему участку о характеристики измерительного элемента, шток 10 устанавливают на вилке 1 со стороны вертикальной части 2. После установки на "0" стрелки электроизмерительного прибора на штоке 10 устанавливают груз 11. В этом случае момент силы тяжести G груза 11 направлен противоположно моменту силы сопротивления R и частично компенсирует его действие при движении модели.

При этом предварительно устанав- 25 ливают обратную полярность на клеммах электроизмерительного прибора, так как при изменении положения штока 10 изменяется направление смеще" ния сердечника 19 относительно ка- 3О тушек 17 электрического датчика 18 ,и направление тока в цепи датчика.

Величину плеча 1 силы G определяют по уравнению

r .( (В. х,ю д к R x м н 1- }

С ( где R — величина силы сопротивлех еахс ния, со ответствующая в ерхней границе рабочего участ ®х) 40 (фиг. 3, тарированный график не изменяется при изменении направления нагружающего усилия на изме" рительный элемент 6).

Контрольный замер повторяют необ45 ходимое число раз, пока нагрузка на измерительный элемент не будет соответствовать рабочему участку характеристики I=f(R„) (т.А, фиг.3). При этом плечо 1 силы G каждый раз увеличивают на величину, определяемую по приведенному выше уравнению. Длину плеча 1 устанавливают на штоке

10 по градунровочной шкале.

При ро с те в еличины со про тивл ения

Кх от измерения к измерению (скорость движения модели возрастает) наиболее предпочтительным положением т.А на рабочем участке характеристики I=f (R„) является крайнее левое положение, при уменьшении величины сопротивления К „(скорость падает) крайнее правое.

После подготовительного этапа для проведения измерения силы сопротивления приводят в движение каретку

9. Возникающая при этом сила сопротивления К „ движению модели 7 воспринимается буксировочным ножом

5. Под действием момента силы R вилка 1 поворачивается на горизонтальной оси 8, а ее вертикальные части 2 и 3 отклоняются от первоначального положения на угол, пропорциональный величине момента, Отклонение вертикальнык частей

2 и 3 вызывает смещение гибкой связи 12, под действием которой подвижная часть 13 упругого элемента 6 смещается относительно его неподвижной части 14. В результате деформации упругого элемента 6 изменяются воздушные зазоры в магнитных системах электрического датчика 18. Злектрический сигнал с датчика 18 регистрируется электроизмерительным прибором.

Значение измеряемой силы сопротивления определяют в соответствии с выражением

1 G

R = К {I)+ +— -, x х

Н где I

- показание электроизмерительного прибора в ходе испытаний;

R„(I)- соответствующее значение силы сопротивления, определяемое по рабочей характеристике I=f (К,,) (фиг.3), причем в формуле ставят знак если шток 10 установлен со стороны вертикальной части 3 вилки 1, и знак

"+", если шток 10 установлен со стороны вертикальной части 2.

Формула из об ретения

Динамометрическо е 6ук сиро вочно е устройство, содержащее буксировочный нож с укрепленной на одном из его концов моделью и измерительный элемент, связанный с другим концом буксировочного устройства, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью рас! 478063! о ширения диапазона иэмеряеж:к сил, устройство содерижт шарнирно закрепленную на горизонтально расположенной оси вилку, включающую горизонтальную и вертикальные части и шток с грузом, установленным на нем с возможностью перемещения, при этом шток закреплен на горизонтальной части вилки, которая жестко связана с буксировочным ножом, а измерительный элемент выполнен в виде упругого элемента, связанного с вертикальными частями вилки посредством гибких связей, и электрического датчика, включающего две неподвижно закрепленные катушки индуктивности и сердечник, жестко связанный с упругим элементом.

1478063

Фиъ. 2

10 ГО 30 йО 50 Юф 47 ггс

Щиг. 3

Составитель Г.Гандыбин

Редактор В.Петраш Техред М.Дидык Корректор M.Самборская

Заказ 2354/41 Тираж 790 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101