Способ определения положения центра масс

Авторы патента:

Нефедов Владимир Иванович (RU)

Каменский Лев Викторович (RU)

Забегаев Александр Иванович (RU)

Сизанов Александр Владимирович (RU)

G01M1/12 - Проверка статической и динамической балансировки машин; испытания различных конструкций или устройств, не отнесенные к другим подклассам

Владельцы патента RU 2487330:

Российская Федерация, от имени которой выступает Главное управление специальных программ Президента Российской федерации (ГУСП) (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использован для определения положения центра масс объектов энерго-, тяжелого и транспортного машиностроения, например, крупногабаритных объемных металлоконструкций. Способ основан на многократном измерении пространственного положения объекта (в нейтральном и наклоненном состоянии) и соответствующей обработке результатов. При отсутствии средств прямого взвешивания для определения реакция в опорах общий вес объекта определяется суммой значений реакций, полученных по известным нелинейным силовым характеристикам опор, а координаты точки центра масс в горизонтальной плоскости получают из уравнений механики. Высота центра масс определяется расчетно-экспериментальным способом. Расчеты выполняются для получения тарировочных графиков зависимостей опускания одной из сторон объекта при фиксированном поднятии противоположной стороны для ряда заранее выбранных значений высоты центра масс. При этом прогнозные значения высоты центра масс гарантированно должны помещаться в интервал расчетных значений высоты центра масс. В экспериментальной части осуществляется подъем одной из сторон. За счет перераспределения весовых нагрузок между опорами противоположная сторона опускается на величину, пропорциональную изменению реакций в опорах. Экспериментальные значения опускания одной стороны объекта проецируются на соответствующий тарировочный график фиксированной высоты подъема. Координата точки пересечения с графиком на оси предполагаемой высоты точки центра масс дает истинную высоту положения центра масс. Технический результат заключается в повышении точности измерений, расширения диапазона измерений, возможности проведения измерений в режиме штатной эксплуатации объекта. 4 ил.

Способ предназначен для определения положения центра масс статически неопределимого многоопорного объекта, установленного на маятниковом подвесе с упругими связями, имеющими нелинейно-упругие характеристики, преимущественно с пневмогидравлическими амортизаторами с двухштоковой компоновочной схемой. Он применим для объектов энерго-, тяжелого и транспортного машиностроения, например, для крупногабаритных энергоблоков атомных электростанций.

Известен аналог - способ определения центра масс автомобиля (Автор: Пресняков В.А. «Лабораторный практикум в программе курса «Конструкция, расчет и потребительские свойства автомобилей» Владивостокский государственный университет экономики и сервиса, источник расположен в Интернет-ресурсе по адресу:

http://abc.vvsu.ru/Books/svovstvaauto/page0003.asp).

В аналоге положение центра масс двухосного автомобиля в трехмерной системе координат определяется экспериментально при помощи тали и крановых весов в процедуре многократного взвешивания. При этом взвешивание проводится сначала для горизонтального расположения автомобиля. Затем его последовательно с помощью тали поднимают в продольном и боковом направлениях, получая углы наклона по этим направлениям не менее 10-15 градусов. Для каждого из этих положений повторяют операцию взвешивания, определяя изменения нагрузок, приходящихся на весы и таль. Расположение центра масс определяется аналитически, путем расчета по правилам механики используя уравнения моментов относительно одной из точек опоры или подвеса.

В качестве способа-прототипа принят способ определения положения центра масс самолета, также основанный на процедуре многократного взвешивания. Значение равнодействующей силы веса всех частей самолета определяют по сумме весов его составных частей, расходуемых материалов (ГСМ), полезной нагрузки. Вектор равнодействующей силы тяжести проходит через некоторую воображаемую точку самолета, называемую центром тяжести. Указанный способ приведен в методическом материале «Аэродинамика самолета» и представлен на нескольких Интернет-источниках, например:

http://svetlana-kapanina.ru/d/102034/d/ustoychivost_upravlyaemost_samoleta.pdf

httn://aviacliib.ru/uploads/media/Aehrodinamika_samoljota.pdf (Фиг.0).

При определении положения центра тяжести самолет устанавливается на весы в двух положениях, как показано выше. При каждом взвешивании замеряют показания передних и задних весов. Зная расстояние между весами и показания передних и задних весов в обоих случаях, по правилам механики определяют для каждого из этих положений самолета величину равнодействующей силы и линию ее действия. Точка пересечения равнодействующих линий 1-1 и 2-2 определяет центр тяжести самолета.

Приведенные аналог и прототип способа определения положения центра масс объектов в случае их использования для многоопорных, статически неопределимых упругих металлоконструкций обладают следующими недостатками:

- и аналог, и прототип предполагают использование дополнительных измерительных средств (весов, динамометров), опирающихся на основание, что невозможно для рассматриваемого класса объектов, при расположеннии в помещениях с недостаточной несущей способностью основания;

- недостаточные диапазоны и точности известных средств измерения, применяемых в прототипе, при малых углах наклона рассматриваемого класса объектов (диапазон допустимых угловых отклонений от занимаемого пространственного положения не превышает 3÷5 градусов);

- известные способы могут использоваться только вне режима штатной эксплуатации объектов.

Целью изобретения является создание способа определения положения центра масс для крупногабаритных объемных металлоконструкций, с необходимой точностью, для которых не существует средств прямого взвешивания. Они имеют протяженную форму, горизонтально ориентированны в пространстве, обладают неоднородным распределением жесткостных характеристик по длине, находятся в режиме эксплуатации в условиях ограниченного свободного окружающего пространства, что уменьшает допустимый угол отклонения объектов до диапазона в 3-5 градусов. Задача решается совокупностью расчетно-теоретических и экспериментальных работ.

Предлагаемый способ основан на многократном измерении пространственного положения объекта (в нейтральном и отклоненных состояниях) и отличается тем, что в качестве величины, характеризующей высоту положения центра масс, принимают величину просадки противоположной стороны объекта. Затем моделируют отклоненное равновесное состояние объекта, установленного на системе амортизации, используя для этого расчетные модели объекта с разным по высоте положением центра масс, который задают в диапазоне 20-70% от геометрической высоты объекта. При моделировании создают режим подъема одной стороны объекта и определяют зависимость величин просадки противоположной стороны модели объекта от задаваемой высоты положения ЦМ в виде номограммы (например, фиг.2). Затем натурный объект склоняют путем подъема одной стороны на ряд фиксированных высот, обеспечивая при этом синхронность подъема и равновесное состояние на каждой высоте подъема, регистрируют высоту подъема и величину просадки противоположной стороны объекта и по измеренной величине просадки по номограмме находят высоту положения центра масс объекта.

При отсутствии средств прямого взвешивания для определения реакция в опорах используются их нелинейные силовые характеристики. Зная силовые характеристики опор, принимая начальное пространственное положение объекта за горизонтальное, определяют суммарный вес объекта и координаты точки центра масс в горизонтальной плоскости. На фиг.1 приведен пример силовой характеристики нелинейно-упругой опоры в координатах деформация - сила (d-F). Для определения веса объекта (G) суммируют значения F₀ во всех узлах подвески, а координаты точки центра масс в горизонтальной плоскости получают из уравнений механики.

В качестве примера осуществления предлагаемого способа определения центра масс приведен вариант с 4-х опорным объектом, с габаритами в несколько метров и весом в несколько сотен тонн. Расчеты номограмм (фиг.2) выполняют для величин опускания (δ), как функции от высоты подъема противоположной стороны (h) при определенном заранее общем весе объекта (G). Значения высоты (H) центра масс объекта соответствуют 2 м, 3 м и 4 м. Значения высоты подъема стороны (h) для расчетов и последующих экспериментов задают произвольно, например: 50, 150 и 250 мм. На фиг.2 представлены номограммы для случая, когда сторона подъема проходит через узлы подвески №3 и №4, а расчеты выполняются для опускания в узлах подвески №1 и №2.

Экспериментальная часть предлагаемого способа определения центра масс состоит из следующих операций.

1. До начала подъема стороны регистрируют начальное пространственное положение объекта относительно ограждающих конструкций.

2. Вдоль длиной стороны объекта по узлам подвески №3 и №4 под днищем в районе силовых элементов устанавливают необходимое количество гидродомкратов (в районах расположения опор) для обеспечения необходимой суммарной грузоподъемности, синхронности подъема стороны, обеспечения щадящей нагрузки на строительное основание.

3. Синхронно поэтапно с помощью домкратов поднимают длинную сторону объекта на высоту 50, 150, 250 мм.

4. На каждом этапе подъема фиксируют величины подъема (сторона узлов №3 и №4) и опускания (сторона узлов №1 и №2).

5. По достижению предельного значения подъема выполняют пошаговое опускание объекта с фиксацией указанных в пункте 4 параметров.

6. Значение по высоте ЦМ определяют графический методом (фиг.2), в соответствии с которым для того или иного значения h на соответствующую тарировочную линию проецируют экспериментальное значение величины опускания δ (на фиг.2 представлены значками большего размера), координата полученной точки по оси Н соответствует истинной высоте расположения центра масс объекта.

Кривые обозначены номерами 1 и 2 (фиг.2), соответствуют номерам узлов подвески №1 и №2 на фиг.3.

Способ определения положения центра масс, по которому создают отклоняющий момент путем наклона объекта, обеспечивая равновесное состояние объекта, и регистрируют параметры равновесного состояния, по которым находят высоту положения центра масс,
отличающийся тем, что
в качестве величины, характеризующей высоту положения центра масс, принимают величину просадки противоположной стороны объекта,
затем моделируют наклоненное равновесное состояние объекта, установленного на системе амортизации, используя для этого расчетные модели объекта с разным по высоте положением центра масс, который задают в диапазоне 20-70% от геометрической высоты объекта, при моделировании создают режим подъема одной стороны объекта и определяют зависимость величин просадки противоположной стороны модели объекта от задаваемой высоты положения ЦМ в виде номограммы,
затем натурный объект наклоняют путем подъема одной стороны на ряд фиксированных высот, обеспечивая при этом синхронность подъема и равновесное состояние на каждой высоте подъема, регистрируют высоту подъема и величину просадки противоположной стороны объекта и по измеренной величине просадки по номограмме находят высоту положения центра масс объекта.

Изобретение относится к оборудованию для испытаний на надежность окон, дверей, различных открывающихся створок и может быть использовано при механических испытаниях.

Способ балансировки элементов роторных систем и устройство для его осуществления // 2485467

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к технологии балансировки вращающихся элементов роторных систем, например центробежных насосов, компрессоров, центрифуг и др.

Способ определения массы и положения центра масс изделия и устройство для его осуществления // 2485466

Способ динамической балансировки колеса с уточнением параметров плоскости коррекции // 2483285

Изобретение относится к станкам для динамической балансировки колес транспортных средств и предназначено для повышения производительности за счет уточнения параметров одной из плоскостей коррекции в процессе балансировки колеса.

Испытательный стенд // 2482461

Изобретение относится к оборудованию для испытания колесных транспортных средств. .

Стенд балансировки карданных передач // 2480727

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано для балансировки карданных передач. .

Способ определения моментов инерции изделия и устройство для его осуществления // 2480726

Способ уравновешивания роторов скважинных центробежных насосов // 2476844

Изобретение относится к нефтегазовому машиностроению, а именно к процессу производства погружных электрических центробежных насосов для добычи нефти (ЭЦН), и может быть использовано в технологическом процессе изготовления и ремонта указанных насосов.

Устройство для определения массы и положения центра масс изделия // 2476843

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для определения массы и координат центра масс преимущественно крупногабаритных изделий. .

Устройство для балансировки роторов // 2474799

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для автоматической балансировки роторов машин и механизмов. .

Стенд для испытания предохранительных механизмов почвообрабатывающих орудий и изучения влияния ударных нагрузок на навесные механизмы тракторов // 2488087

Изобретение относится к лесному и сельскохозяйственному машиностроению

Способ тяговых испытаний транспортных машин при трогании с места под нагрузкой // 2490610

Изобретение относится к испытанию и техническому диагностированию машин, в частности к способу тяговых испытаний транспортных машин (преимущественно трактора) при трогании с места под нагрузкой

Стенд для испытаний гидравлических ясов // 2491528

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения, а именно к оборудованию для испытаний гидравлических ясов

Способ балансировки вала гибкого ротора // 2492364

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при сборке и балансировке гибких роторов компрессоров, турбоагрегатов и валопроводов газоперекачивающих агрегатов

Способ проверки качества герметизации транспортного средства при подготовке его к преодолению водной преграды по дну и устройство для его осуществления // 2493547

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам и устройствам проверки качества герметизации транспортного средства при подготовке его к преодолению водной преграды по дну. Способ проверки качества герметизации заключается в определении мест неплотностей по звуку засасываемого внутрь транспортного средства воздуха, путем создания внутри загерметизированного транспортного средства разрежения. Места неплотностей дополнительно определяют в одной изолированной от внутреннего объема транспортного средства полости, предварительно образованной на надгусеничной полке транспортного средства. Полость соединена воздуховодом с внутренним объемом транспортного средства. Устройство для проверки качества герметизации содержит прибор для контроля разрежения внутри загерметизированного транспортного средства со шлангом отбора воздуха. Шланг соединяет прибор с внутренним объемом транспортного средства. Устройство снабжено системой для создания разрежения в одной изолированной от внутреннего объема полости, предварительно образованной на надгусеничной полке транспортного средства. Система выполнена в виде воздуховодов, соединенных посредством соединительных элементов между собой и с внутренним объемом транспортного средства. Достигается повышение достоверности проверки качества герметизации методом «разрежения» при подготовке транспортного средства к преодолению водных преград по дну. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Способ, устройство и система для анализа колеса транспортного средства // 2497092

Способ анализа колеса транспортного средства включает шину заранее определенной конфигурации и тиксотропное балансировочное вещество. Способ включает вращение колеса транспортного средства с заранее определенным количеством оборотов за некоторый период времени. При этом поверхность протектора шины в первой области контакта с заранее определенной силой прижимается к вращающемуся барабану, и измерительным устройством измеряется первое ускорение в первой области контакта. Вращение другого колеса транспортного средства, включающего другую шину заранее определенной конфигурации, с заранее определенным количеством оборотов за другой период времени. При этом другое колесо транспортного средства сбалансировано традиционным способом и имеет другой остаточный дисбаланс, а поверхность другого протектора другой шины во второй области контакта с заранее определенной силой прижимается к вращающемуся барабану, и измерительным устройством измеряется второе ускорение во второй области контакта, и определение колеса транспортного средства как сбалансированного, если первое ускорение меньше или равно второму ускорению. Раскрыто также устройство и система для анализа колеса транспортного средства, включающего шину заранее определенной конфигурации и тиксотропное балансировочное вещество, в соответствии со способом изобретения. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Устройство для автоматической балансировки тел вращения // 2498253

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для балансировки вращающихся тел. В состав устройства входят станок для закрепления и вращения детали, два технологических лазера, лучи от которых, при их включении, падают на торцевые поверхности вращающегося тела и испаряют материал в точке падения, два пьезодатчика, установленные в нижних точках обеих опор при закреплении тела вращения на станке, которые вырабатывают электрический сигнал, в зависимости от величины силы, действующей на них, два усилителя электрического напряжения, усиливающие электрические сигналы с пьезодатчиков, каждый со своего, и компьютер, в котором установлен драйвер, управляющий лазерами. В процессе балансировки, в случае если электрические сигналы с пьезодатчиков отличаются друг от друга по величине, то сначала осуществляется динамическая балансировка многократным кратковременным включением одного лазера со стороны большего по величине сигнала до тех пор, пока сигналы не уравняются. Затем осуществляется статическая балансировка многократным и кратковременным, на время, посередине максимума сигнала, например на 0,1 времени одного оборота, в зависимости от скорости вращения балансируемого тела, включением обоих лазеров, до момента, когда исчезнут сигналы от пьезодатчиков, вызванные разбалансировкой тела вращения. Также предварительно определяется заранее поправка, обусловленная силой тяжести, действующей на пьезодатчики, и учитывающаяся в компьютере при выдаче управляющих команд на лазеры. Технический результат заключается в возможности осуществления автоматической как статической, так и автоматической балансировки тел вращения, при сокращении времени балансировки и повышении точности балансировки. 3 ил.

Способ балансировки ротора в одной плоскости коррекции // 2499985

Изобретение относится к области балансировочной техники, в частности к динамической балансировке роторов. Способ заключается в следующем. В опоры балансировочного стенда устанавливают ротор, имеющий расположенные на торцах две плоскости коррекции, одна из которых - балансировочная, а другая - пробная, обладающий известными предельно допустимыми параметрами асимметрии - значениями поперечного смещения центра масс и угла отклонения продольной главной центральной оси инерции относительно его геометрической оси. Приводят ротор во вращение, при вращении сначала определяют амплитуды и фазы вибраций обеих опор, вызванных начальными дисбалансами ротора. Затем, поочередно прикрепляя к каждой из плоскостей коррекции пробные грузы, снова определяют амплитуды и фазы вибраций обеих опор. После этого по полученным результатам рассчитывают коэффициенты балансировочной чувствительности стенда и коэффициенты взаимовлияния плоскостей коррекции. Затем определяют значения и углы начальных дисбалансов в каждой плоскости коррекции, по которым находят начальные значения параметров массо-инерционной асимметрии. При превышении хотя бы одним из них заданного предельно допустимого значения создают балансировочный дисбаланс в балансировочной плоскости коррекции, для создания которого сначала моделируют появление дисбаланса в балансировочной плоскости коррекции, обеспечивающего исключение начального дисбаланса в этой плоскости коррекции, а затем с учетом коэффициента взаимовлияния плоскостей коррекции моделируют появление дисбаланса в балансировочной плоскости коррекции, обеспечивающего приведение параметров массо-инерционной асимметрии к значениям, не превышающим соответствующих заданных предельно допустимых значений. Технический результат заключается в возможности оптимизации параметров массо-инерционной асимметрии, повышении точности определения остаточных параметров дисбаланса и снижении трудоемкости процесса балансировки. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ профилактики работы двигателя автомобиля // 2502070

Группа изобретений относится к автомобильной технике. Способ профилактики работы двигателя автомобиля включает оценку соответствия топлива по его устойчивости к окислению на основании определения процентного содержания ВНТ в топливе питания двигателя посредством спектроскопии в ближней инфракрасной области с возможностью изменения указанного содержания и уведомление пользователя о качестве топлива на основании результатов вышеуказанного определения. Также представлен автомобиль, в отношении которого осуществим данный способ. Достигается повышение надежности профилактики. 2 н. и 9 з.п. ф-лы.

Способ балансировки ротора турбины // 2503935

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для балансировки роторов турбин. Способ заключается в следующем. Для геометрических параметров отливки турбины, сильнее всего влияющих на дисбаланс ротора, с учетом их максимальных отклонений, рассчитывают величины масс, смещенные от оси турбины. К этим параметрам относятся допуск круглости внутренней литейной поверхности обода, недолив входных и выходных кромок лопаток турбины и допуск на отклонение литейных размеров втулки. По найденным значениям смещенных масс указанных параметров на едином выбранном радиусе определяют соответствующие им массы балансировочного пояса, необходимые для ликвидации дисбаланса. Учитывая возможное изготовление ротора турбины с максимальными отклонениями параметров, сгруппированных на одной стороне турбины, находят оптимальную массу балансировочного пояса, которую нужно закладывать в конструкцию при проектировании, либо определяют пригодность литой заготовки турбины для дальнейшего использования в производстве. Технический результат заключается в уменьшении массы ротора, улучшении его динамических характеристик, повышении надежности и уменьшении времени балансировки ротора. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.