Способ определения положения центра масс



Способ определения положения центра масс
Способ определения положения центра масс
Способ определения положения центра масс

 

G01H1/12 - Измерение механических колебаний или ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых колебаний (генерирование механических колебаний без измерений B06B,G10K; определение местоположения, направления или измерение скорости объекта G01C,G01S; измерение медленно меняющегося давления жидкости G01L 7/00; измерение дисбаланса G01M 1/14; определение свойств материалов с помощью звуковых или ультразвуковых колебаний, пропускаемых через эти материалы G01N; системы с использованием отражения или переизлучения акустических волн, например формирование акустических изображений G01S 15/00; сейсмология, сейсмическая разведка, акустическая разведка G01V 1/00; акустооптические устройства как таковые G02F; получение

Владельцы патента RU 2495386:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") (RU)

Изобретение относится к области измерений и может быть использовано для определения положения центра масс статически неопределимых многоопорных объектов энерго-, тяжелого и транспортного машиностроения, например крупногабаритных энергоблоков атомных электростанций. Заявленный способ заключается в многократном взвешивании объекта в различных пространственных положениях (в горизонтальном и в наклоненном состояниях). Начальное пространственное положение объекта принимают за горизонтальное, для него определяют суммарный вес объекта и координаты точки центра масс в горизонтальной плоскости. Для определения веса объекта суммируют значения реакций в опорах, определенных по силовым характеристикам, а координаты точки центра масс в горизонтальной плоскости получают из уравнений механики. Для определения высоты положения точки центра масс объект наклоняют только по длинной стороне (по углу крена), пошагово определяя реакции в опорах, а также усилие, развиваемое в устройствах подъема (например, в гидродомкратах). Реакции в опорах определяются на основании замеров их деформаций по силовым характеристикам, а усилия в домкратах - по давлению подаваемой в них жидкости. Подъем выполняется до момента, пока сумма реакций в опорах, расположенных в поднимаемой стороне, и усилия в домкратах не станут уменьшаться в сравнении с предыдущим шагом, а сумма реакций опор по противоположной стороне не начнет, соответственно, стабильно расти. Данным на этом шаге подъема (поворота по крену) используются для расчета по уравнениям моментов высоты положения центра масс объекта. Технический результат заключается в возможности проведения измерений в случаях отсутствия средств прямого взвешивания объектов, в режиме эксплуатации, и условиях ограниченного пространства, с обеспечением точности измерений протяженных объектов переменной жесткости. 3 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 амортизаторами пневмогидравлического типа с двухштоковой компоновочной схемой. Он применим для объектов энергетического, тяжелого, транспортного машиностроения, например, 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://aviaclub.ru/uploads/media/Aehrodinamika_samoljota.pdf

При определении положения центра тяжести самолет устанавливается на весы в двух положениях, как показано на фиг.1. 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 расположении 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. Задача решается совокупностью расчетно-экспериментальных работ.

Предлагаемый способ основан на многократном взвешивании объекта в различных пространственных положениях (в горизонтальном и в отклоненных состояниях) и отличается тем, что объект наклоняют по крену, создавая вдоль одной стороны с помощью гидродомкратов подъемные силы по меньшей мере в каждом амортизационном узле, подъем производят синхронно, величину подъемной силы наращивают монотонно-ступенчато, в процессе подъема регистрируют величину подъемной силы в каждом гидродомкрате. Наращивание подъемных сил ведут до того момента, когда сумма подъемных сил, по сравнению с суммой на предыдущем шаге, начнет уменьшаться на величину не менее 5%, при этом подъем стороны объекта ведут, предварительно расфиксировав следящие штоки амортизаторов на данной стороне объекта (Режим с фиксацией штоков является технологическим. В рабочем состоянии СА - штатном режиме эксплуатации - штоки расфиксированы).

При отсутствии средств прямого взвешивания для определения реакций 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.2 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 и в домкратах, а координаты точки центра масс в горизонтальной плоскости получают из уравнений механики. При подъеме, реакции в амортизаторах определяют на основании замеров их деформаций по силовым характеристикам (фиг.2), а усилия в домкратах по давлению подаваемой в них жидкости.

В качестве примера осуществления предлагаемого способа определении центра масс приведен вариант с 4-опорным объектом, с габаритами в несколько метров и весом в несколько сотен тонн. На фиг.3 представлена схема проведения экспериментальных операций способа. Сторону объекта с опорами №3 и №4 выбирают для подъема. Значения высоты подъема стороны (h) задаются произвольно, например: 50, 100, 150, 200 и 250 мм. Величина опускания (δ) противоположной стороны определяется в зависимости от высоты расположения точки (С) центра масс.

Способ определения центра масс состоит из следующих операций:

1. До начала подъема стороны регистрируют начальное пространственное положение объекта относительно ограждающих конструкций, которые неподвижны при подъеме объекта. С поднимаемой стороны расфиксируют штоки амортизаторов.

2. По силовым характеристикам опор определяют величины реакций (F1,2, F3,4), общую весовую нагрузку (G) и расположение точки центра масс (С) в горизонтальной плоскости, а также суммы реакции в опорах №1 и №2 (опускаемая сторона) и в опорах №3 и №4 (поднимаемая сторона).

3. Синхронно поэтапно (в шагом в 50 мм) с помощью гидродомкратов поднимают длинную сторону по опорам №3, №4 объекта на величину h=50÷250 мм.

4. На каждом шаге подъема фиксируют показания давления в гидродомкратах, величины подъема одной стороны (h) и опускания противоположной стороны (δ) и определяют значения параметров, указанные в п.2.

5. По достижении предельного значения подъема, когда сумма подъемных сил (в домкратах), по сравнению с суммой на предыдущем шаге, начнет уменьшаться на величину не менее 5%, определяют усилия, которые на последующих операциях способа используются в расчетах.

6. Выполняют пошаговое опускание объекта.

7. Значение по высоте ЦМ определяют расчетным способом по значениям параметров, полученным в п.5, по уравнению моментов, например, относительно точки приложения подъемной силы гидродомкратов:

G ( x c + H ϕ ) = F 3,4 x a 1 + F 1,2 x a 2 , ( 1 )

где 1, 2, 3, 4 - номера узлов подвески,

xa1, xa2 - координаты положения опор,

H - высота центра масс объекта,

φ - угол поворота объекта по крену,

F1,2, F3,4 - реакции в опорах №1, №2, №3, №4,

G - сила веса объекта,

C - положение центра масс объекта.

Выполнив преобразование относительно Н, получаем аналитическую зависимость следующего вида:

H = ( F 3,4 x a 1 + F 1,2 x a 2 G x c ) / G ϕ ( 2 )

При расчетах используются данные, полученные в максимальной точке подъема стороны с опорам №3 и №4.

В подъеме стороны объекта участвуют как силы, развиваемые гидродомкратами, так и силы, создаваемые амортизаторами - нелинейно-упругими опорами, см. левый участок диаграммы (d-F) на фиг.2. Реакции этих опор замыкаются на потолок сооружения, как показано на фиг.3, таким образом ограничиваются силы, действующие на основание при крене объекта.

Результаты проверки способа выявили возможность получения значений координат точки центра масс исследуемого объекта уже при наклоне его на углы до 3÷5 градусов по крену, что существенно ниже углов необходимого наклона в известных устройствах и способах.

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 объект наклоняют по крену, создавая вдоль одной стороны с помощью гидродомкратов подъемные силы, по меньшей мере в каждом амортизационном узле, подъем производят синхронно, величину подъемной силы наращивают монотонно-ступенчато, в процессе подъема регистрируют величину подъемной силы в каждом гидродомкрате, наращивание подъемных сил ведут до того момента, когда сумма подъемных сил, по сравнению с суммой на предыдущем шаге, начнет уменьшаться на величину не менее 5%, при этом подъем стороны объекта ведут, предварительно расфиксировав следящие штоки амортизаторов на данной стороне объекта.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу и устройству для определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе и может быть использовано в нефтедобывающей и других отраслях промышленности, где требуется высокая точность определения параметров.

Изобретение относится к виброизмерительной технике. .

Изобретение относится к атомной и полупроводниковой технике, в частности к изготовлению маломощных источников электроэнергии с использованием радиоактивных изотопов и полупроводниковых преобразователей.
Изобретение относится к передатчикам параметра процесса, преимущественно, чтобы управлять или наблюдать за производственными процессами. .

Изобретение относится к способу измерения энергии квантовой нелокальности частиц, совершающих инфинитное движение. .

Изобретение относится к механической обработке, а именно к устройствам тестирования обкаточных инструментов станка, предназначенного для обкатывания по меньшей мере одной цилиндрической шейки коленчатого вала и содержащего по меньшей мере один ролик, предназначенный для качения в обкатываемой зоне цилиндрической шейки, а также прижимной диск, выполненный с возможностью надавливания на указанный ролик, и два опорных диска, поддерживающих цилиндрическую шейку противоположно ролику.

Изобретение относится к определению уровня кокса или побочных продуктов коксования в барабане установки для коксования, а также к бесконтактным системам распознавания сигнатуры, в которых используются акселерометры и математические алгоритмы определения сигнатур.

Изобретение относится к области медицины, а именно к способу измерения артериального давления и устройству для его осуществления. .

Изобретение относится к способу и устройству для выявления места импульсного механического воздействия на элемент оборудования. .

Использование: для контроля добротности пьезорезонагоров. Сущность: возбуждают колебания пьезорезонатора в области резонанса путем воздействия на него электрическим синусоидальным напряжением с переменной частотой, одновременно выделяют активную составляющую проводимости и выполняют ее дифференцирование, на частотной характеристике производной от активной составляющей проводимости измеряют значение производной на частоте максимума, измеряют частоту максимума производной от активной составляющей проводимости и значение активной составляющей проводимости на частоте максимума производной, после чего вычисляют величину добротности в соответствии с определенным математическим выражением. Технический результат: повышение производительности контроля пьезорезонаторов и обеспечение контроля добротности пьезорезонаторов посредством устройства без элементов памяти. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение касается устройства для измерения вибраций подшипников для турбомашины и турбомашины, которая снабжена устройством для измерения вибрации подшипников. Заявленная группа устройств содержит устройство для измерения вибраций подшипников для турбомашины (1), в котором с помощью по меньшей мере одной распорки (4) концентрически удерживаются друг относительно друга на расстоянии наружный корпус (3) и внутренний корпус (2), в котором расположен корпус (6) подшипника, который доступен со стороны наружного корпуса (3) через проходящее радиально сквозное отверстие (7) в распорке (4), при этом устройство снабжено стержнем (8), у которого имеется внутренний продольный конец (9) и отвернутый от внутреннего продольного конца (9) наружный продольный конец (10), помещенным в сквозное отверстие (7) и внутренним продольным концом (9) прикрепленным к корпусу (6) подшипника, а также на наружном продольном конце (10) по меньшей мере одним сенсором (13) вибраций, а также турбомашину со встроенным вышеуказанным устройством для измерения вибраций подшипников. Технический результат, достигаемый от реализации заявленной группы изобретений, заключается в упрощении конструкции при одновременном повышении надежности. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к способам, предназначенным для контроля и фиксации параметров колебаний. Техническим результатом заявленного изобретения является возможность контроля и записи на запоминающее устройство параметров колебаний во всех координатах. Технический результат достигается благодаря тому, что в способе контроля состояния грузов при перевозках в трехкоординатном датчике колебаний устанавливают запоминающий элемент с логической микросхемой, затем считывают с него параметры колебаний груза при транспортировке, характеризующиеся силой тока, фиксируют их и судят по ним о состоянии груза. 1 ил.

Изобретение относится к вращающимся механизмам, а более конкретно к установкам для мониторинга вибраций обмотки статора. Установка для мониторинга вибрации обмотки статора вращающегося электрического механизма (100) содержит по меньшей мере один датчик (102), содержащий по меньшей мере одну токопроводящую сенсорную антенну (122), нанесенную на лицевую сторону по меньшей мере одного слоя подложки печатной платы и обращенную к обмотке статора, а также непроводящий экран (126), установленный на обратной стороне указанной подложки (124) и обращенный в сторону от обмотки статора. Установка (100) содержит по меньшей мере один источник переменного тока, соединенный с датчиком и обеспечивающий подачу тока к указанной по меньшей мере одной токопроводящей сенсорной антенне (122). К датчику подключен блок (130) обработки сигналов, измеряющий нагрузку на сенсорной антенне (122) и передающий данные по вибрации к контроллеру (132) в ответ на указанную нагрузку. Техническим результатом является обнаружение и динамический контроль вибраций в процессе эксплуатации механизма. 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и решает задачу поиска источников общего акустического поля в условиях нелинейности механического тракта распространения колебательных процессов. С этой целью суммарный вибрационный сигнал в приемном канале подвергается полосовой фильтрации и детектированию. В результате детектирования в спектре огибающей формируются комбинационные спектральные составляющие, идентичные спектральным составляющим общего акустического поля, образованным в результате взаимодействия суперпозиции нескольких вибрационных процессов и нелинейного тракта передачи. Основное преимущество предлагаемого способа обработки данных состоит в обеспечении выявления источников комбинационных спектральных составляющих, отсутствующих в спектрах вибраций отдельных источников, для которых неприменимы традиционные методы статистического анализа. 4 ил.

Изобретение относится к области динамических испытаний упругих систем и может быть использовано для определения демпфирующей способности упругого элемента механической колебательной системы. При реализации способа предварительно определяют коэффициент жесткости пружины, т.е. величину усилия, необходимого для растяжения пружины на единицу длины. После чего на закрепленный упругий элемент устанавливают груз известной массы и сообщают данной системе импульс силы. Измеряют время затухания колебаний системы. На основании установленных коэффициента жесткости и величины дополнительного растяжения пружины под действием внешней силы вычисляют сообщенную системе энергию. По вычисленной величине энергии и определенного экспериментально времени затухания колебаний системы определяют усредненное значение мощности диссипативных сил за период затухания колебаний. Вычисленный параметр принимают в качестве критерия оценки демпфирующей способности упругого элемента. Технический результат заключается в возможности оперативного определения и анализа характеристик упругих элементов. 4 ил.

Использование: для определения форм и частот собственных колебаний рабочих лопаток газотурбинных двигателей. Сущность изобретения заключается в том, что каждую окончательно изготовленную лопатку (поставляемую на двигатель) закрепляют в зажиме за хвостовик в горизонтальном положении, наносят на ее поверхность тонким слоем песок и возбуждают колебания лопатки возмущающей силой, приложенной к свободному концу лопатки, до возникновения резонансных колебаний, когда песок будет сброшен со всех вибрирующих мест, кроме неподвижных линий-узлов, что свидетельствует о совпадении частоты возбуждения с частотой собственных колебаний лопатки (fвоз=fсоб) при соответствующей форме колебаний лопатки, зафиксированной по виду песочных фигур, значение которой (fсоб) и записывают в дело двигателя, при этом для лопаток, имеющих на своей поверхности перфорационные охлаждающие отверстия, определяют экспериментальным путем формы и частоты собственных колебаний 15-20 лопаток до и после изготовления перфорационных отверстий (репрезентативная выборка), определяют для этих выборок средние и среднеквадратические отклонения частот и вычисляют поправку Δf, которую прибавляют к частоте собственных колебаний каждой лопатки, (поставляемой на двигатель), полученной до изготовления перфораций на поверхности лопатки, и записывают суммарную величину частоты в дело двигателя. Технический результат: обеспечение возможности достоверного определения форм и частот собственных колебаний рабочих лопаток газотурбинных двигателей.

В примерных вариантах выполнения поверхность вращающегося элемента снабжена опорной фазовой меткой и несколькими дополнительными метками. Бесконтактный датчик приближения обнаруживает прохождение как опорной фазовой метки, так и дополнительных меток по мере их прохождения через зону обнаружения. Генерируется как опорный фазовый сигнал, так и опорный сигнал вибрации, и эти сигналы используются для расчета поперечной и угловой (и при необходимости крутильной) вибрации вращающихся элементов. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для анализа акустической эмиссии. Способ анализа колебаний или акустического анализа детали, заготовки и/или инструмента для определения надежности работы и/или качества обработки, при котором регистрируют и обрабатывают колебания, возникающие во время использования и/или при контроле детали, заготовки и/или инструмента. При этом регистрируют и анализируют колебания или звуки, сохраняют колебательный спектр, включающий упомянутые колебания или звуки, для формирования многомерных данных, по меньшей мере, в трехмерном пространстве с координатами, выбранными из группы: время, частота колебаний или звука, амплитуда колебаний или звука. При этом данные подвергают многомерному, в частности трехмерному, анализу, включающему в себя сравнение упомянутых многомерных данных с эталонными данными для определения отклонения между ними, а колебательный спектр регистрируют и/или анализируют высокочастотно, в частности в диапазоне частот от 200 кГц до по меньшей мере 100 МГц. Технический результат заключается в возможности анализа акустической эмиссии непрерывно и в реальном времени. 3 н. 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

Группа изобретений относится к измерительной технике, в частности к средствам измерений крутильных колебаний. Способ содержит этапы, на которых получают колебательный сигнал ускорения от акселерометра, расположенного на неподвижной детали турбинного двигателя, оценивают частотный спектр колебательного сигнала, ищут пару спектральных линий с амплитудами, превышающими, по меньшей мере, первый порог. Причем линии распределены в спектре с обеих сторон от несущей частоты колебательного сигнала и отстоят от нее на частоту крутильных колебаний вала. Затем выполняется этап, на котором оценивают сигнал огибающей колебательного сигнала, этап на котором оценивают частотный спектр сигнала огибающей, этап поиска, на котором осуществляют поиск, по меньшей мере, одной спектральной линии в спектре сигнала огибающей, амплитуда которого превышает второй порог, и который существует на величине, кратной частоте крутильных колебаний вала; и этап, на котором оценивают уровень достоверности, связанный с предупреждающим сообщением, как функцию результата этапа поиска. В случае необходимости выдают предупреждающее сообщение. Устройство содержит акселерометр, средство приема колебательного сигнала от акселерометра, средство оценивания частотного спектра, средство поиска спектральных линий, средство оценивания сигнала огибающей, средство оценивания частотного спектра, средство оценивания уровня достоверности, средство выдачи предупреждения. Технический результат - устранение риска разрушения вала. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 11 ил.
Наверх