Устройство для измерения сил и моментов

 

Изобретение относится к технике для измерения сил и моментов и может быть использовано для динамометрирования почвообрабатывающих и посевных машин, а также их рабочих органов. Цель изобретения - повышение чувствительности и расширение диапазона измерений. Нагрузка, приложенная к рабочему органу 12, через элемент 1 крепления и стаканы 10 передается на торсионы 3-8, содержащие преобразователи дефорормации (тензодатчики) 9. При этом не более трех измерительных звеньев расположены в одной плоскости, а все шесть - не менее чем в трех непараллельных плоскостях. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. Ю ё Os $ СЬ 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s»s G 01 (1/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0с

Ql

4hi

01

QO

{21) 4622830/10 (22) 21.12. 88 (46) 07.06..91. Бюл. М 21 (71) Кировоградский проектно-конструкторский институт по почвообрабатывающим и посевным машинам (72) Г.Я.Штульфус и Д.М.Улановский (53) 531 ° 781 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1185128, кл. G 01 1 1/22, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛ

И МОМЕНТОВ (57) Изобретение относится к технике для измерения сил и моментов и может быть, ° использовано для динамометрирования почвообрабатывающих и посевных машин, а также их рабочих органов. Цель изобрете.ния — повышение чувствительности и расширение диапазона измерений. Нагрузка, приложенная к рабочему органу 12, через элемент 1 крепления и стаканы 10 передается на торсионы 3-8, содержащие преобразователи дефорормации (тензодатчики) 9.

При этом не более трех измерительных звеньев расположены-в одной плоскости, а все шесть — не менее чем в трех непараллельных плоскостях. 1. з.п. ф-лы, 1 ил.

1654684

Изобретение относигся к технике для измерения сил и моментов и может быть использовано для динамометрирования почвообрабатывающих и посевных машин, а также их рабочих органов.

Цель изобретения — повышение чувствительности и расширение диапазона измерений.

На чертеже изображена кинематическая схема устройства.

Устройство содержит жесткие элементы 1 и 2 .. крепления и шесть торсионов 3 — 8, на которых установлены тензодатчики 9 по схеме, обеспечивающей измерение деформации кручения. Торсионы 3 и 4 расположены в продольно-вертикальной координатной плоскости ZOX, торсионы 5 и

6 — в поперечно-вертикальной координатной плоскости ЖОУ, торсионы 7 и 8 — в горизонтальной координатной плоскости ХОУ.

Торсионы 3 — 8 закреплены в стаканах 10 и опираются на два подшипника 11, установленных в стакане 10. На элементе 1 крепления закреплен динамометрический рабочий орган 12, а посредством элемента 2 крепления устройство устанавливается на трактор (не показано).

Устройство работает следующим образом.

Нагрузка, приложенная к рабочему органу 12, через элемент 1 крепления и стаканы 10 передается на торсионы 3-8. При этом торсионы 3 и 4 не воспринимают составляющую Rz нагрузки, торсионы 5 и 6 — составляющую Rv нагрузки, а торсионы 7 и 8— составляющую Rx нагрузки. Это обусловлено тем, что упомянутые составляющие параллельны осям соответсгвующих торсионов и поэтому не создают крутящие моменты, закручивающие торсионы. Скручивание торсионов 3 и 4 обусловлено составляющими Rx и Ry, торсионов 5 и 6— составляющими Rx и Rz, торсионов 7 и 8— составляющими Rv u Rz. Кроме того, поскольку каждый торсион опирается на подшипники 11, то изгибающий момент воспринимается этими подшипниками, а торсион воспринимает только крутящий момент, который фиксируется преобразователями деформации (тензодатчиками) 9.

Расчетными явля1отся следующие уравнения;

Rx ИУ+ Rvl1x= M1: (1)

Rx !2У "- RYI2x = М2 (2)

: Rx l3z + RzI3x = МЗ (3)

Rx I4z+ RzI4x = М4; (4)

Rv I5z+ Rzl5y = M5; (5)

Ry Igz + Rzi5y = M5; (б) где 11у и I1x — плечи составляющих Ях и Ry относительно торсиона 3;

Rx= йх + и

Rx= Rx +Rv.

Можно записать, что

Rxv. hz= M1:

RxZ ° пу = МЗ;

RyZ пХ = М5; (23) 55 (24) (25) (26) (27) l2Y и I2X — плечи составляющих Rx u Ry относительно торсиона 4;

i3z и I3x — плечи составляющих йх и Rz относительно торсиона 5;

5 I4z и I4x — плечи составляющих Rx u Rz относительно торсиона 6;

l5z и l5v — плечи составляющих Ry u Rz

oTH0(èòåëüHî торсиона 7;

Iez v Isy — плечи составляющих йу и Rz

10 относительно торсиона 8;

M1 — М5 — показания измерительных звеньев (торсионов) 3 — 8, характеризующие соответствующие моменты кручения.

После вычитания уравнений (1), (3) и (5)

15 из уравнений (2). (4) и (6) получается .

Rx(l2Y - i1v) + йУ(12х — l1x) = М2 - М1; (7)

Rx(i4Z l3z) + йф4х Çx) = М4 М31 (8)

Rv(lez - I5z) + Rz(Iov - l5v) = М6 - М5 . (9)

20 Поскольку торсионы 3 и 4 расположены в координатной плоскости XOZ, то

l2Y = l1Y, (10)

Аналогично расположение торсионов 5 и 6 в плоскости YOZ, торсионов 7 и 8 — в

25 плоскости ХОУ позволяет записать

l4x = i3x: (11)

l6z = l5z (12)

С учетом выражений (10) — (12) уравнения (7) — (9) приводятся к виду

30 Rv(l2x - I1x) = M2- M1: (13)

Rx(l4z — l3z) = М4 — M3 ., (14)

Rz(Igy l5y) = М6 М5 (15)

Выражения, стоящие в скобках левых частей выражений (13) — (15), являются кон35 стантами, так как определяют расстояние между осями торсионов 3 и 4, торсионов 5 и

6, торсионов 7 и 8.

i2x- I1x = а; (16)

142- IÇZ = Ь; (17)

40 Iev - l5v — = с. (18)

И 3 равенств (1 3) — (15) с учетом (16) — (18) определяют значения составляющих главного вектора:

Rv =(Мг- М1)/а: (19)

45 Rx = (М4- Мз)/Ь; (20)

Rz =- (М6 - М5)/с. (21)

Для определения составляющих главного момента необходимо учесть, что составляющая главного момента Мх

50 определяется векторами Rv и Rz, Mv — векторами Rx и Rz, à Mz — векторами йк и Ry, Rv= йУ +й2 (22) 1654684 где hz, hv u hx — плечи усилий Rxv, Rxz u Rvz соответственно относительно осей торсионов 3,5и 7.

Отсюда следует, 4Т0

hz М1/Pxv; (28)

hy - Мз/Pxz; (29)

hx - Мв/Pyz. (30)

Если выразить усилия Rxv, Rxz u Rvz через показания (М1 — M6), то получим (a. Ь, с), а.совместно с уравнениями(34) -(36) определяют составляющие главного момента.

5 Из шести торсионов в одной плоскости должно быть расположено не более трех, а все шесть должны быть расположены не менее чем в трех непараллельных плоскостях.

10 Формула изобретения

1. Устройство для измерения сил и моментов, включающее два жестких элемента крепления, соединенных шестью измерительными звеньями, снабженными преоб15 разователями деформации, о т л и ч а ющ е е с я тем, что. с целью повышения чувствительности; и расширения диапазона измерений, измерительные звенья выполиены s виде последовательно соединенных

20 торсионов, при этом связи элементов крепления с торсионами и торсионов между собой выполнены жесткими, причем не более трех измерительных звеньев расположены в одной плоскости, а все шесть — не менее

25 чем в трех непараллельных плоскостях.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью уменьшения влияния побочных силовых факторов на результаты измерения, каждый торсион снабжен стака30 ном, связанным с ним при помощи подшипниковых опор.

Rxv =

;(31)

Аналогично для Rxz u Rvz получим

bc; (32) RxzRvz = ас. (33)

После подстановки (31) — (33) в (28) — (30) получим

; (34) hz = аЬМ /

- Мэ) .; (35) hy = ЬсМэ/

hx=acMg/ с (Мг-М1) +а (Мв-Мв) . (36)

Таким образом, выражения (19) — (21) определяют составляющие главного вектора как функции показаний измерительных звеньев (торсионов) и констант устройства

Составитель Т. Ишкова

Редактор О. Юрковецкая Техред М.Моргентал Корректор В. Гирняк

Заказ 1945 Тираж 358 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

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