устройство для измерения нагрузок

Формула изобретения

Устройство для измерения нагрузок, действующих по трем взаимно перпендикулярным осям, и моментов относительно этих осей, содержащее закрепленные на основании по углам квадрата четыре упругих элемента, выполненные в виде отдельных брусьев трубчатого поперечного сечения с размещенными на них тензорезисторами, жесткую силопередающую плиту и основание, соединенные с упругими элементами, отличающееся тем, что все тензорезисторы размещены на упругих элементах вдоль их образующих, причем для каждой измеряемой нагрузки на каждом упругом элементе размещено по два тензорезистора, тензорезисторы размещены на диаметрально противоположных сторонах упругого элемента, центры тензорезисторов для определения нагрузок, лежащих в плоскости силопередающей плиты на всех четырех упругих элементах, лежат в одной плоскости, параллельной плоскости силопередающей плиты, центры тензорезисторов для определения нагрузок, перпендикулярных плоскости силопередающей плиты, также лежат в одной плоскости, параллельной плоскости силопередающей плиты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения усилий, действующих по трем взаимно перпендикулярным осям, и моментов относительно этих осей, в частности для измерения усилий и моментов, передаваемых на ракету при стыковке стартовых механизмов и устройств с коммуникациями.

Известны устройства (авторское свидетельство СССР №565223, кл. G01L 1/4, 1977; и авторское свидетельство СССР №1015318, кл. G01L 1/22, 5/16, 1983), применяемые в аэродинамических испытаниях для измерения шести компонент нагрузок, содержащие блоки упругих элементов, соединенных с основанием и силопередающим элементом, и выполненные из цельного куска металла. Недостатком этих устройств является конструктивная сложность, значительные габариты при измерении больших нагрузок, невозможность размещения в центральной части устройств заправочных горловин, бортовых разъемных соединений и трубопроводов при измерении нагрузок, передаваемых на горловину ракеты.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является силоизмерительная платформа по патенту US 4493220 А, содержащая верхнюю упругую плиту, плиту основания и четыре трубчатые датчика нагрузки, расположенные по углам прямоугольника, при этом оси датчиков нагрузки перпендикулярны верхней плите. На датчиках нагрузки размещены в определенном порядке по 14 тензорезисторов, включенных в мостовые схемы для измерения трех сил и трех моментов. В случае размещения на верхней плите мощных разъемных соединений верхняя плита становится очень жесткой, основными деформациями датчиков нагрузки становятся деформации растяжения-сжатия, действующие вдоль образующих датчиков нагрузки, что приводит к снижению достоверности показаний измерительных мостов. При приложении больших нагрузок возникает проблема с прочностью датчиков нагрузки и их центрального крепления по одному винту с каждой стороны. В связи со сложной схемой размещения тензорезисторов на датчиках нагрузки возможны неточности в угловых и линейных координатах размещения тензорезисторов, а это приводит к ошибкам в измерении нагрузок.

Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерений нагрузок.

Указанная цель достигается тем, что все тензорезисторы размещены на упругих элементах вдоль их образующих, причем для каждой измеряемой нагрузки на каждом упругом элементе размещено по два тензорезистора, тензорезисторы размещены на диаметрально противоположных сторонах упругого элемента, центры тензорезисторов на всех четырех упругих элементах лежат в одной плоскости, параллельной плоскости силопередающей плиты

На фиг.1 и 2 показано устройство для измерения нагрузок.

На фиг.3 - схема расположения тензорезисторов на упругих элементах, направление осей координат и положительное направление нагрузок.

На фиг.4 - схема соединения тензорезисторов в измерительные мосты.

Устройство для измерения нагрузок содержит основание 1 (фиг.1, 2), к которому прикреплены четыре упругих элемента 2, выполненные в виде отдельных брусьев трубчатого поперечного сечения, ко второму концу каждого упругого элемента жестко прикреплена силопередающая плита 3. Для крепления к основанию 1 и силопередающей плите 3 упругие элементы 2 имеют на своих концах жесткие фланцы. Центры упругих элементов расположены по углам квадрата, а продольная ось перпендикулярна плоскости силопередающей плиты. Для устранения сдвига упругих элементов 2 по отношению к силопередающей плите 3 и основанию 1 они дополнительно к болтам 4 установлены на центрирующих штифтах 5.

Перед измерением нагрузок на силопередающей плите закрепляется заправочная горловина или бортовое разъемное соединение, при этом жесткость силопередающей плиты значительно увеличивается, основными деформациями упругих элементов становятся деформации растяжения-сжатия, действующие вдоль образующих упругих элементов, поэтому все тензорезисторы размещаются на упругих элементах вдоль их образующих в местах, наиболее чувствительных к данному виду нагрузки. Разметка мест размещения тензорезисторов проводится тщательно, к примеру, на координатном станке. В связи с небольшой длиной упругих элементов, для обеспечения точности размещения тензорезисторов на упругих элементах, повышения их чувствительности к измеряемым нагрузкам, размещения контактных выводов, тензорезисторы размещены на упругих элементах, в частности, на двух уровнях:

- уровень у основания (сечение А-А) для определения нагрузок, лежащих в плоскости силопередающей плиты (Р_х, Р_y, M _z);

- уровень у силопередающей плиты (сечение Б-Б) для определения нагрузок, перпендикулярных плоскости силопередающей плиты (Р_z, М_x, M _y).

Для каждой измеряемой нагрузки, на каждом упругом элементе размещено по два тензорезистора на диаметрально противоположных сторонах упругого элемента, что позволяет увеличить чувствительность измерительных мостов, так как сигналы с этих тензорезисторов складываются, и исключить взаимное влияние нагрузок электрическим путем. Так как деформации упругого элемента по его длине разные, то центры тензорезисторов для каждой нагрузки на всех четырех упругих элементах лежат в одной плоскости, параллельной плоскости силопередающей плиты. Тензорезисторы включены в плечи шести измерительных мостов так, что каждый чувствителен только к одной из нагрузок. Порядок включения тензорезисторов в измерительные мосты приведен на схемах соединения тензорезисторов в измерительные мосты на фиг.4. При измерении усилия P_Z для получения сбалансированного полного моста дополнительно включаются два тензорезистора Т_K1 и Т_K2 , которые размещаются на недеформируемой части устройства для измерения нагрузок и находятся при такой же температуре, как и остальные тензорезисторы этого измерительного моста, в частности это может быть жесткий фланец упругого элемента.

Исходя из размеров заправочных горловин, бортовых разъемных соединений и величин ожидаемых нагрузок определяют размер стороны квадрата, по углам которого расположены центры упругих элементов, а также размеры самих упругих элементов.

Таким образом, рациональное сочетание размеров упругих элементов, жесткое соединение всех узлов предлагаемого устройства, исключающее возникновение люфтов, определенная последовательность соединения тензорезисторов, размещенных на упругих элементах, в шесть измерительных мостов, обеспечивает одновременное измерение трех сил и трех моментов относительно трех взаимно перпендикулярных осей координат. При этом исключено взаимное влияние нагрузок друг на друга и, как показал опыт эксплуатации, обеспечивается высокая чувствительность устройства в широком диапазоне измеряемых нагрузок.