Устройство для определения натяжения шнура
Владельцы патента RU 2655032:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) (RU)
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вантовых конструкций. Сущность изобретения сводится к тому, что предварительно натянутый шнур защемляют между двумя зажимами из материала с высоким коэффициентом трения, например резины. Используя систему позиционирования погружения, выполненную в виде зубчато-винтовой передачи, индентор подводят к шнуру до касания, но так, чтобы не внести дополнительной нагрузки на шнур. В центр шнура при помощи спускового механизма высвобождающего взведенную пружину, установленную на стрелочный индикатор перемещений, прилагают нагрузку и измеряют прогиб. Силу предварительного натяжения шнура определяют по формуле. Технический результат заключается в создании портативного устройства для определения натяжения шнуров, обеспечивающего уменьшение погрешностей измерений. 3 ил.
Изобретение относится к портативной измерительной технике и может использоваться для измерения натяжений элементов вантовых конструкций, таких как, например, текстильные элементы крупногабаритных раскрываемых рефлекторов, выполненные из арамидных волокон, стропы подвесных крыш и шатров и т.п.
В настоящее время разрабатываются и создаются космические спутниковые антенны с диаметром отражающей поверхности достигающей нескольких десятков метров. Настройка и корректировка отражающей поверхности спутниковой антенны выполняется с помощью текстильных элементов - шнуров. Чем точнее определяется натяжение шнура, тем точнее можно настроить (определить) форму отражающей поверхности. В связи с этим важными являются вопросы измерения натяжения вантовых элементов.
Известно устройство переносного измерителя натяжения гибких длинномерных изделий [1], включающее блок обработки, индикации и хранения информации, размещенный в протяженной балке со встроенным чувствительным элементом в виде тензодатчика и с тремя опорами - центральной и концевыми, рычажный механизм для создания изгиба измеряемого изделия. Измеритель имеет фиксатор положения на измеряемом изделии, выполненный в виде скобы с винтовым прижимом, фиксатор и рычажный элемент установлены на центральной опоре, выполненной подвижной в направлении, перпендикулярном продольной оси с возможностью рабочего контакта центральной и концевых опор с измеряемым изделием по одну его сторону от продольной оси, а концевые опоры выполнены неподвижными.
Известно устройство для измерения натяжения проводов и тросов [2], состоящее из рамы с тремя опорными элементами, два из которых расположены по концам рамы, а третий - посередине ее, при этом на одном из указанных концевых опорных элементов установлено нажимное рычажное устройство, на другом - устройство для зажима провода, а средний представляет собой выполненный в виде тензометрического датчика упругий элемент, связанный с аналого-цифровым преобразователем, который посредством устройства беспроводной технологии передачи данных соединен с переносным блоком обработки и индикации натяжения провода. При этом концевой опорный элемент с нажимным рычажным устройством выполнен в виде стойки с регулирующими отверстиями для выбора диаметра провода. Устройство дополнено датчиком температуры окружающего воздуха, установленного на раме и соединенного с аналого-цифровым преобразователем.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической реализации является устройство для измерения натяжения проводов и тросов [3], состоящее из рамы с тремя опорными элементами, два из которых расположены по концам рамы, а третий посредине ее, при этом на одном из указанных концевых опорных элементов установлено нажимное рычажное устройство, на другом - устройство для зажима провода, а средний представляет собой упругий элемент, связанный со стрелочным индикатором перемещений. Упомянутый упругий элемент выполнен в виде кольца из пружинной стали, а концевой опорный элемент с нажимным рычажным устройством выполнен в виде стойки с регулирующими отверстиями для выбора диаметра провода.
Недостатком данного устройства является отсутствие защемления на границах измеряемого участка шнура, что вносит дополнительную погрешность в величину натяжения тонких шнуров. Также постоянный и не связанный с величиной натяжения шнура прогиб может повредить шнурам со стеклянным сердечником с небольшими радиусами изгиба.
Техническим результатом является разработка простого портативного устройства для определения натяжения шнура любого диаметра, основанного на методике локального деформирования.
Технический результат достигается тем, что разработано устройство для определения натяжения шнура, включающее шнур с зажимами по краям и центральный индентор, установленный на стрелочном индикаторе перемещений. На середине предварительно натянутого шнура приложено поперечное нагружение, выполненное из последовательно установленных на индикаторе перемещений индентора, пружины и спускового механизма, при этом устройство содержит систему позиционирования нагружения в виде зубчато-винтовой передачи, соединяющей опорную площадку стрелочного индикатора перемещений и управляющую гайку, причем зажимы предварительно натянутого шнура изготовлены из материала с высоким коэффициентом трения, а сила предварительного натяжения шнура определяется по формуле
,
где F - сила предварительного натяжения шнура, Н;
Р - поперечная нагрузка, Н;
H - максимальный прогиб шнура, м;
S - площадь поперечного сечения шнура, м2;
Е - модуль упругости шнура, Па;
L=2*l0 - длина части шнура, расположенной между зажимами, м.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На Фиг. 1 показано устройство определения натяжения шнура: 1 - зажимы, 2 - пружина, 3 - стрелочный индикатор перемещения часового типа, 4 - индентор, 5 - система позиционирования иидентора, 6 - спусковой механизм.
На Фиг. 2 показана схема зажатия шнура: 7 - шнур; 8 - точка приложения нагрузки; 1 - зажимы.
На Фиг. 3 показан вид сбоку (в разрезе) расположения на шпуре цилиндрических зажимов и точку приложения поперечной нагрузки: 7 - шнур; 8 - точка приложения поперечной нагрузки; 1 - зажимы.
Пример реализации устройства
В качестве примера конкретного выполнения был проведен эксперимент по определению натяжения образца шнура ШРА 2-65 М со стеклянным сердечником. Для эксперимента было взяты 5 образцов шнура длиной 300 мм. Каждый из них предварительно вывешен под выравнивающей нагрузкой 0,3 кгс. После вывешивания шнуры закрепляются в неподвижной раме, прилагая растягивающую нагрузку 2 кгс.
Применение устройства на экспериментальном образце выглядит следующим образом:
1) Взвести пружину (2).
2) Натянутый шнур закрепляется в зажимах прибора (1) таким образом, чтобы не прилагать дополнительной нагрузки к образцу.
3) Управляющей гайкой (5) системы позиционирования подвести индентор (4) до касания со шнуром и обнулить значения на стрелочном индикаторе перемещений часового типа (3).
4) Прикладывать поперечную нагрузку к образцу нажатием на спусковой механизм (6), высвобождая пружину (2).
5) Измерить прогиб и вычислить величину натяжения шнура по заданной формуле. В таблице 1 приведены результаты эксперимента.
Предлагаемое устройство для определения натяжения шнура, основанное на их локальном деформировании, является простым и достаточно точным. Также данное устройство может быть использовано для измерения натяжения элементов других конструкций, например, в архитектуре, легкой и текстильной промышленности.
Полученные результаты показывают, возможность применение разработанного устройства для определения натяжения шнура.
ЛИТЕРАТУРА
1. Заявка на патент 82037, РФ, G01L 5/04, Сидоров Олег Алексеевич (RU ), Смердин Александр Николаевич (RU), Чертков Иван Евгеньевич (RU), Заренков Семен Валерьевич (RU), Устройство для измерения натяжения проводов и торосов.
2. Заявка на патент 88145, РФ, G01L 5/04, Орлов Сергей Михайлович (RU), Устройство для измерения натяжения троса и провода.
3. Заявка на патент: 128325, РФ, G01L 5/04, Сидоров Олег Алексеевич (RU), Смердин Александр Николаевич (RU), Чертков Иван Евгеньевич (RU), Заренков Семен Валерьевич (RU), Устройство для измерения натяжения проводов и тросов.
4. Заявка на патент 119103, РФ, G01L 5/04, Орлов Сергей Михайлович (Ru), Переносной измеритель натяжения гибких длинномерных изделий.
5. Дмитриев Л.Г., Касилов А.В. Байтовые покрытия (расчет и конструирование). Киев, изд-во Буд1вельник, 1974. - 272 с.
6. Вольмир, А.С. Гибкие пластинки и оболочки. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1956. - 419 с.
7. Заявка на патент 2534431, РФ, G01L5/04, Павлов Михаил Сергеевичей, Каравацкий Александр Казимирович (Ru), Пономарев Сергей Васильевичей, Пономарев Виктор Сергеевич. Способ определения натяжения шнура.
Устройство для определения натяжения шнура, включающее шнур с зажимами по краям и центральный индентор, установленный на стрелочном индикаторе перемещений, отличающееся тем, что на середине предварительно натянутого шнура приложено поперечное нагружение, выполненное из последовательно установленных на индикаторе перемещений индентора, пружины и спускового механизма, при этом устройство содержит систему позиционирования нагружения в виде зубчато-винтовой передачи, соединяющей опорную площадку стрелочного индикатора перемещений и управляющую гайку, причем зажимы предварительно натянутого шнура изготовлены из материала с высоким коэффициентом трения, а сила предварительного натяжения шнура F определяется по формуле
где F - сила предварительного натяжения шнура, Н;
P - поперечная нагрузка, Н;
H - максимальный прогиб шнура, м;
S - площадь поперечного сечения шнура, м2;
E - модуль упругости шнура, Па;
- длина части шнура, расположенной между зажимами, м.
