устройство для измерения сил сжатия льда

Формула изобретения

Устройство для измерения сил сжатия льда, содержащее расположенное в ледовом поле основание и связанный с ним преобразователь перемещения, отличающееся тем, что основание выполнено в виде несущей платформы с положительной плавучестью, состоящей из двух силовоспринимающих пластин с обращенной наружу в сторону льда рабочей поверхностью, соединенных неподвижно с двумя поперечно расположенными к ним пластинами, образуя два Г-образных основания несущей платформы, которые связаны между собой упругоподвижно четырьмя плоскими пружинами в упругий параллелограмм, образующий, в свою очередь, внутри несущей платформы свободное от льда замкнутое пространство, в котором размещены две витые цилиндрические пружины, соединенные по концам с силовоспринимающими пластинами, оси максимальной податливости витых цилиндрических пружин и упругого параллелограмма расположены перпендикулярно рабочей поверхности силовоспринимающих пластин, измерительный преобразователь перемещения выполнен в виде потенциометра, установленного на одной из силовоспринимающих пластин, и рычажной системы, связанной с одной стороны с противоположной силовоспринимающей пластиной, а с другой стороны - с осью потенциометра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к экспериментальной гидродинамике корабля и морских инженерных сооружений и касается измерительного оборудования для проведения испытаний моделей в ледовом опытовом бассейне.

Известно устройство для измерения сил сжатия льда, содержащее основание в виде двух стоек со штангами, вмороженных в ледовое поле на некотором расстоянии друг от друга, и измерительный преобразователь перемещения, заключенный между концами штанг (см. авт. свид. СССР 712744, БИ N 4, 1980 г., кл. G 01 N 25/16), принятое нами за прототип.

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает измерение сил сжатия битого льда.

Заявляемое изобретение решает задачу измерения сил сжатия битого льда.

Для этого в устройстве, содержащем расположенное в ледовом поле основание и связанный с ним преобразователь перемещения, основание выполнено в виде несущей платформы с положительной плавучестью, состоящей из двух силовоспринимающих пластин с обращенной наружу в сторону льда рабочей поверхностью, расположенных параллельно друг другу, и соединенных с ними неподвижно на одном из концов поперечно расположенных к ним пластин, образующих внутри несущей платформы свободное от льда замкнутое пространство, в котором размещены две витые цилиндрические пружины, соединенные по концам с силовоспринимающими пластинами, а поперечные пластины соединены между собой четырьмя плоскими пружинами, образующими упругий параллелограмм, оси максимальной податливости витых цилиндрических пружин и упругого параллелограмма расположены перпендикулярно рабочей поверхности силовоспринимающих пластин, а измерительный преобразователь перемещения выполнен в виде потенциометра, установленного на одной из силовоспринимающих пластин, и рычажной системы, связанной с одной стороны с противоположной силовоспринимающей пластиной, а с другой стороны - с осью потенциометра.

Выполнение основания устройства в виде несущей платформы с положительной плавучестью обеспечивает размещение устройства и измерение деформации в битом льду. Кроме того, положительная плавучесть несущей платформы обеспечивает свободное ненагруженное состояние упругой системы, выполненной в виде витых цилиндрических пружин, и равномерные зазоры между подвижными относительно друг друга концами силовоспринимающих и поперечно расположенных пластин, исключает влияние поперечных сил и изгибающих моментов от сил веса устройства на результаты измерения сил сжатия льда.

Осадка устройства задается таким образом, чтобы ледовые образования с различной толщиной льда, намораживаемые в ледовом опытовом бассейне, оставались ниже верхней кромки силовоспринимающих пластин, а горизонтальная плоскость, проходящая через середину толщины льда, должна проходить через продольные оси витых цилиндрических пружин. Начальная осадка устройства обеспечивается выбором соответствующих материалов, из которых изготовлены детали несущей фермы (дерево, пенопласт). При изменении условий испытаний, а именно толщины намороженного льда, осадка устройства может быть незначительно изменена. При этом осадка устройства выбирается из формулы С=А-h/2, где С - осадка (расстояние от нижней плоскости силовоспринимающей пластины до поверхности воды); А - расстояние от нижней плоскости силовоспринимающей пластины до продольной оси витой цилиндрической пружины, h - толщина льда.

Свободное от льда замкнутое пространство внутри несущей платформы устройства служит для свободного перемещения силовоспринимающих пластин относительно друг друга и свободной деформации витых цилиндрических пружин.

Плоские пружины, образующие упругий параллелограмм и расположенные попарно симметрично относительно силовоспринимающих пластин, обеспечивают исключение влияния на показания прибора поперечных сил и моментов, действующих на устройство со стороны поперечно расположенных пластин, а также моментов, возникающих на силовоспринимающих пластинах при неравномерном и несимметричном воздействии сил сжатия кусков льда, особенно при испытаниях в крупнобитом льде.

Кроме того, две плоские пружины, расположенные под силовоспринимающими пластинами, служат дополнительным экраном от попадания "шуги" (мелкобитого льда) во внутреннюю полость устройства с измерительными пружинами.

Оси максимальной податливости витых цилиндрических пружин и упругого параллелограмма сориентированы совпадающими с направлением измеряемой силы сжатия льда. Этим достигается максимальная чувствительность устройства к измеряемой силе сжатия льда, действующей нормально относительно рабочей поверхности силовоспринимающих пластин, и минимальное влияние вредных деформаций. Для обеспечения максимальной податливости устройства в направлении измеряемой силы сжатия льда продольные оси витых цилиндрических пружин располагают перпендикулярно, а плоские пружины своей широкой гранью располагают параллельно рабочей поверхности силовоспринимающих пластин.

Сущность заявленного изобретения поясняется фиг. 1 и 2, где на фиг.1 показано устройство (вид сверху), на фиг.2 - поперечное сечение устройства.

Устройство состоит (фиг. 1) из двух силовоспринимающих пластин 1 и 2, расположенных параллельно друг другу, и двух поперечно расположенных пластин 3 и 4, образующих внутри свободное от льда замкнутое пространство 5, двух витых цилиндрических пружин 6, 7, 4-х плоских пружин 8, 9, 10, 11 (фиг.2), образующих упругий параллелограмм, потенциометра 12, закрепленного на пластине 1, рычага 13 и поводка 14. Силовоспринимающие пластины 1 и 2 контактируют по своей рабочей отвесной поверхности 15, 16 с ледовым полем 17, образованным на поверхности воды 18 в канале ледового опытового бассейна.

Пластины 1 и 3, а также 2 и 4 соединены между собой неподвижно, образуя два Г-образных основания несущей платформы, которые соединены между собой упруго-подвижно через пружины 6, 7, 8, 9, 10, 11. Подвижность Г-образных оснований несущей платформы обеспечена благодаря зазорам между пластинами 1, 4 и 2, 3.

Витые цилиндрические пружины 6 и 7 по концам закреплены на силовоспринимающих пластинах 1 и 2 так, что их продольные оси перпендикулярны рабочим поверхностям 15 и 16 пластин 1, 2.

Плоские пружины 8-11 по концам закреплены на поперечно расположенных пластинах 3, 4 так, что своими широкими гранями они расположены параллельно рабочим поверхностям 15 и 16 пластин 1, 2.

Устройство работает следующим образом.

В битом льду 17 в заданном месте канала первоначально разгоняют лед, образуя свободное от льда пространство, куда опускают устройство. Затем с помощью специального оборудования создается сжатие ледового поля. Куски битого льда 17 при сжатии ледового поля давят на устройство. Сила сжатия воспринимается рабочими поверхностями 15 и 16 силовоспринимающих пластин 1 2. При этом упруго деформируются пружины 6, 7, 8, 9, 10, 11, преобразуя силу сжатия битого льда в перемещение относительно друг друга силовоспринимающих пластин 1 и 2. В свою очередь перемещение силовоспринимающих пластин преобразуется потенциометром 12 в электрический сигнал. Контроль сил сжатия осуществляется регистратором, например ЭВМ, электрически связанным с потенциометром 12. По достижении заданной силы сжатия льда проводят буксировочные испытания модели судна или иного морского сооружения в ледовом поле, одновременно регистрируя изменения сил сжатия льда в процессе испытаний.