УЛЕЙ Российский патент 1996 года по МПК A01K47/06 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к пчеловодству, и может быть использовано при взвешивании различных объектов при изменяющемся распределении массы по их объему, например, оно может быть использовано в качестве пасечных весов.

Известно (Тименский П. И. Приусадебная пасека. М. 1988, с. 53. Ярмош Г. С. Ярмош А. Г. Малая механизация на любительских пасеках. М. 1991, с. 49-56) применение для взвешивания контрольных ульев различных платформенных весов, типа шкальных или шкальных складных (Весы и дозаторы весовые: Справочник. М. Машиностроение, 1981, с. 27-28).

В основу конструкции этих весов заложена многорычажная схема. В соответствии с такой схемой при определенном соотношении плеч рычагов достигается независимость показаний весов от места расположения взвешиваемого груза на платформе или от неравномерного распределения массы взвешиваемого груза по его объему.

Однако наличие таких рычажных систем обуславливает большую металлоемкость и значительно высокую трудоемкость изготовления весов. Кроме того, применение таких систем весов определяет необходимость выборочного взвешивания ульев, в то время как для эффективного ведения пчеловодческих работ следует осуществлять 100%-ный контроль за продуктивностью пчелосемей. По такому конструктивному исполнению близким техническим решением к предлагаемому изобретению являются тензометрические платформенные весы, предназначенные для взвешивания самых различных грузов (Весы тензометрические платформенные до 3 · 10³кг владелец тех. документации АП "Сибтензоприбор", г. Топки Кемеровской обл.). Упругий элемент этих весов представляет собой консольную балку, работающую на изгиб. Тензорезисторы, наклеенные в контрольном сечении упругого элемента, измеряют деформацию сдвига от действующей поперечной силы, а соответственно массу взвешиваемого груза. Посредством таких весов возможно взвешивание широкого ассортимента грузов при большом диапазоне наибольших пределов взвешивания и при достаточно высокой точности. Однако в связи с тем, что в этом случае осуществляется измерение суммы нагрузок при изменяющемся распределении нагрузок, необходимо обеспечение строго линейных характеристик каждого (не менее 4-х) упругого элемента, а это в итоге осложняет как конструкцию весов, так и процесс их тарировки, а соответственно повышает их стоимость.

Тензорезисторы являются пассивными преобразователями, а поэтому для них необходимо электропитание. Для проведения же самого процесса взвешивания необходимо применение дорогостоящей регистрирующей аппаратуры. Поэтому такого типа весы малопригодны для использования их в полевых (кочевка пчелосемей) и жестких условиях эксплуатации.

По принципу работы близким техническим решением являются гидравлические динамометры (Измерения в промышленности; Справочник. Под ред. П. Профоса, пер. с нем. М. Металлургия, 1980, с. 293-302, 315, 368-376). В этих устройствах сила определяется путем измерения давления, создаваемого нагрузкой на поршне или мембране гидравлической системы. Гидравлические устройства с резиновыми мембранами исключают силы трения, возникающие в поршневых гидравлических системах. Динамометры такого типа допускают отклонения действующего усилия от вертикали на несколько градусов. В некоторых гидравлических системах используются жидкостные манометры, в которых измеряемое давление определяется по высоте и удельному весу жидкости. Причем такие манометры не требуют тарировки по эталонным измерителям давления (там же, с. 368), так как их показания могут быть определены путем измерения линейных размеров и массы.

В качестве индикаторных жидкостей используют спирт, воду, ртуть или специальные жидкости с низким давлением насыщенного пара. Вода обладает незначительным температурным коэффициентом расширения, но плохими капиллярными свойствами. Спирт и толуол имеют 0,1% изменения удельного веса на 1^оС.

Свойства кремнеорганических масел, используемых в качестве манометрических жидкостей при измерении низких давлений, описаны в работе (Жукова Л. А. Колоколова Н. А. Сухнева В. Н. Об исследовании новых жидкостей для измерения перепадов давлений в разряженных газов при помощи жидкостных манометров, Измерительная техника, 1965, N 5, с. 17-19).

Первые публикации о применении весов в пчеловодческой практике относятся к первому десятилетию ХХ века (Гюбнер В. И. Весы для контрольного улья с площадкой, годной для всех систем ульев.-Русский Пчеловодческий листок, N 1906; Шилов Ф. Контрольные весы из дерева системы В. Г. Страшникова, Спб. 1907). Согласно этим публикациям весы изготавливались деревянными по рычажной системе, были громоздкими и неудобными в эксплуатации и обладали в связи с этим весьма низкой точностью.

Наиболее близким прототипом по принципу работы, конструктивному исполнению и своему назначению является улей (А. с. СССР 1558355, А 01 K 47/06). Это устройство, предназначенное для повышения точности и надежности контроля за изменением веса продуктов в улье, содержит корпус с фальцами, на которых расположены плечики рамок и взвешивающий механизм.

Взвешивающий механизм имеет грузоприемный элемент, размещенный над заполненной индикаторной жидкостью емкостью. Эта емкость соединена с капиллярной трубкой, на конце которой установлен сильфон для регулирования диапазона измерений. На капиллярной трубке закреплена счетная линейка со шкалой. Емкость для индикаторной жидкости выполнена в виде эластичного трубчатого корпуса, а грузоприемный элемент изготовлен в виде Г-образной пластины. Эластичный трубчатый корпус и расположенный над ним грузоподъемный элемент размещены на фальцах корпуса под плечиками рамок. Емкость для индикаторной жидкости (эластичный трубчатый корпус) соединена с капиллярной трубкой посредством трубок из материала с высокими механическими характеристиками.

Однако такое устройство имеет недостаточную достоверность в определении массы накапливаемых в улье продуктов жизнедеятельности пчелосемьи и усложняет его конструкцию, а соответственно и технологию обслуживания таких пчелосемей.

Усложнение конструкции улья, а соответственно и технологии обслуживания связано со следующими факторами:
для многокорпусных ульев или для ульев с магазинными надставками необходимо встраивание нескольких взвешивающих механизмов,
наличие в взвешивающем механизме сильфона с регулировочным винтом для изменения диапазона измерений связано со сложностью настраивания измерительной системы,
грузоприемный элемент, выполненный в виде свободно опертой Г-образной пластины, при разборке гнезда создает неудобства в его обслуживании,
поскольку емкость для индикаторной жидкости изготовлена из резины или эластичных полимеров, имеющих, как правило, специфические запахи, то внутри улья создаются экологически неблагоприятные для жизнедеятельности пчелосемьи условия.

Недостаточная достоверность в определении массы накапливаемых в улье продуктов жизнедеятельности пчелосемьи связана со следующими факторами:
в связи с тем, что часть деталей измерительной системы находится вне гнезда пчелосемьи, и в связи с тем, что во взвешивающем механизме не предусмотрено температурной компенсации, то в зависимости от соотношения объема индикаторной жидкости и геометрических размеров деталей измерительной системы погрешность измерений может быть высокой,
вследствие того, что рамки установлены так же, как в обычном улье, а грузоприемная пластина предохраняет от прополисования пчелами только пространство вокруг эластичных трубок, то по мере прополисования зазоров между грузоприемной пластиной и рамками, между рамками и корпусом улья чувствительность может снижаться до нуля,
поскольку большинство деталей взвешивающего механизма изготовлено из материалов, имеющих низкий модуль упругости, либо склонно под воздействием влажности к короблению, то удельные контактные деформации также будут влиять на погрешность измерений.

Сущность изобретения заключается в повышении точности оценки изменений массы улья как результата жизнедеятельности пчелосемьи, упрощения конструкции и обеспечения более благоприятных экологических условий внутри улья.

На фиг. 1 представлены общий вид улья с взвешивающим устройством и схема нагружения стержней; на фиг. 2 -5 взвешивающее устройство.

Улей с взвешивающим устройством имеет улей 1 в обычном использовании и подставку 4. Посредством укосин 3 возможно регулировать положение улья по горизонтали. Подставка изготовлена из листовой стали с поперечными размерами (по внутреннему контуру), превышающими поперечные размеры основания корпуса улья на 5-10 мм. На этой подставке размещено взвешивающее устройство. Чувствительным элементом устройства являются два трубчатых стержня 2. Эти стержни разнесены между собой на расстояние L, равное 1/3 продольного размера подставки. На концах каждого стержня выполнены пазы, посредством которых эти стержни фиксируются от осевого и углового перемещения в пазах подставки и по форме напоминающие замочную скважину.

На наклонной стойке 5 закреплены две трубки капилляры 6 (рис. 2). Сверху эти трубки заглушены съемными резиновыми колпачками (не показаны). Нижними концами трубки-капилляры посредством резиновых шлангов 9 соединены с ниппельными окончаниями трубчатых стержней. Другой конец трубчатых стержней герметически заглушается посредством винтов 10 с резиновой прокладкой.

Между трубками-капиллярами на стойке 5 размещена мерная шкала с делениями с нулевой отметкой посередине.

Для регулирования высоты столба жидкости в трубках-капилляpах предусмотрено устройство, состоящее из фланца 7 и регулировочного винта 8. Фланцы жестко крепятся к стенке подставки, через поперечные отверстия этих фланцев пропущены резиновые шланги. Изменение высоты столба жидкости в трубках-капиллярах осуществляют посредством регулировочного винта.

Устройство работает следующим образом. После монтажа всех узлов и деталей взвешивающего устройства производят заполнение индикаторной жидкостью трубчатых стержней 2, резиновых шлангов 9 и трубок-капилляров 6 при среднем положении диапазона регулирования регулировочного винта 8. Заглушают трубки-капилляры резиновыми колпачками, трубчатые стержни же заглушают посредством винтов 10 с резиновой прокладкой. Производят уравновешивание отчетной системы взвешивающего устройства: изменяя объем индикаторной жидкости посредством регулировочного винта, совмещают уровни этой жидкости в каждой трубке-капилляре с нулевым делением мерной шкалы. В зависимости от целевого назначения такое уравновешивание может производиться для взвешивания улья в полном комплекте, либо для взвешивания только продукции во время медосбора или для контроля за изменением кормов во время зимовки и т. д. Применительно, например, к взвешиванию улья в полном комплекте уравновешивание производят до установки его на взвешивающем устройстве. После уравновешивания улей устанавливают на взвешивающее устройство. А в связи с тем, что дно ульев, как правило, изготавливают со шпонкой, то нагружение стержней происходит по схеме, представленной на фиг. 1, т. е. как балка, свободно лежащая на двух опорах и нагруженная двумя сосредоточенными силами, а ординаты приложения этих сил для данного типа-размера улья (l и l₂) будут постоянными. Величины же сил P₁, P₂, P₃ и P₄ в зависимости, например, от размещения клуба пчел в зимнее время или преобладающей занятости пчел на той или иной рамке и т. п. могут варьироваться в каких-либо пределах. Однако независимо от расположения точек приложения сосредоточенных сил в пределах пролета балки (стержня) стрела прогиба f весьма мало смещается относительно середины пролета l/2. Применительно к рассматриваемой схеме такое смещение практически равно нулю (Глушков Г. С. Синдеев В. А. Курс сопротивления материалов. М. Высшая школа, 1965, с. 311). Поскольку общая сила тяжести улья P распределяется по четырем точкам приложения сосредоточенных сил и если эта сила проходит через центр тяжести (ЦТ), то номинальные значения этих сосредоточенных сил будут равны 1/4 от общей силы P, т. е. P₁=P₂=P₃=Р₄=P/4. Поэтому, исходя из принципа независимого действия сил, влияние изменений величин сосредоточенных сил в определенных пределах не будет сказываться на деформационных характеристиках чувствительных элементов (трубчатых стержней), поскольку суммарная упругая деформация этих стержней будет равна сумме деформаций, вызываемых каждой нагрузкой в отдельности (там же, с. 30).

Согласно такой схеме нагружения в трубчатых стержнях возникает поперечный прямой изгиб, при котором плоскость действия сил или силовая плоскость проходит через одну из главных центральных осей инерции поперечного сечения, а величина радиуса кривизны ρ, который для данного случая является радиусом дуги окружности (там же, с. 300), обратно пропорциональна действующему изгибающему моменту М и прямо пропорциональна осевому моменту инерции поперечного сечения J (там же, с. 252), т. е.

, где E модуль нормальной упругости.

С другой стороны, между величиной радиуса кривизны ρ и величиной линейной деформации ε существует обратная пропорциональная зависимость, т. е.

, где Y расстояние от продольного деформируемого слоя до нейтрального слоя.

Из фиг. 1 (схемы нагружения) и приведенных уравнений видно, что между деформационными характеристиками ρ,f и ε существуют однозначные линейные зависимости, которые в свою очередь однозначно зависимы от воздействующего усилия P.

Чувствительные элементы 2 (трубчатые стержни) выполняют с неодинаковыми по величине зонами растяжения и сжатия. Например, для одного стержня вертикальную плоскость симметрии его полого поперечного сечения совмещают с одной из главных центральных осей инерции, другую же главную центральную ось инерции сечения смещают в направлении максимальных растягивающих деформаций, например, путем выполнения со смещением h₁ продольного отверстия (сечение Б-Б). Для другого же стержня вертикальную плоскость симметрии его полого поперечного сечения также совмещают с одной из главных осей инерции, а другую главную центральную ось инерции сечения смещают в направлении максимальных деформаций сжатия путем выполнения со смещением h₂ продольного отверстия (сечение Б-Б). Под нагрузкой в стержне с преобладающей зоной сжатия индикаторная жидкость будет вытесняться, а соответственно в капиллярной трубке ее уровень будет повышаться, а в другом стержне с преобладающей зоной растяжения наоборот будет происходить разряжение и уровень индикаторной жидкости в другой капиллярной трубке будет снижаться. В связи с тем, что изменения объемов полостей трубчатых стержней однозначно связаны с деформационными характеристиками этих стержней, то высота подъема индикаторной жидкости в одной капиллярной трубке H₁ и опускание в другой H₂ будут являться мерой нагрузки на каждый стержень. Сумма же H=H₁+H₂ будет являться мерой нагрузки на оба стержня, а соответственно мерой изменения массы улья с компенсацией таких трудно учитываемых факторов, как изменение окружающей температуры, смачиваемость индикаторной жидкости, точность изготовления деталей взвешивающего механизма и т. д.

Для повышения точности измерений мерная шкала с капиллярами расположена под некоторым углом α к горизонтали, поскольку перемещение индикаторной жидкости в таких капиллярах при прочих равных условиях в 1/sin α раз больше, чем в вертикально расположенных капиллярах, а поэтому имеем:
H_o= H. В итоге по измерению H_o судят о изменении массы улья.

Использование улья с взвешивающим устройством позволяет реализовать следующие преимущества:
осуществить более точное измерение изменений массы ульев, так как на показания измерительной системы практически не влияют изменения температуры и влажности окружающей среды,
поскольку взвешивающее устройство просто по конструкции, удобно в эксплуатации, сравнительно дешево в изготовлении и встраивается в подставку улья, то оно может быть использовано не только для контрольной пчелосемьи, но и для каждой пчелиной семьи пасеки, т. е. для 100% го контроля за состоянием и развитием пчелосемей,
такой 100% -й контроль позволит перейти с системы ухода за пчелиными семьями, основанного на разборке гнезда, визуальном наблюдении за развитием и работоспособностью семей и определении наличия или отсутствия медосбора по контрольному улью, на систему ухода по контролю за состоянием и продуктивностью пчелосемей посредством систематического взвешивания каждого улья на пасеке любого размера,
проводить обслуживание и контроль за состоянием и развитием пчелосемей без разборки пчелиного гнезда, а соответственно без его охлаждения, что особенно важно в период зимовки пчел.

Использование: в устройствах для пчеловодства. Сущность изобретения: улей содержит установленный на подставку из двух горизонтальных опор корпус с рамками, дном и крышкой, механизм взвешивания с индикаторным грузоподъемным элементом, выполненным в виде двух трубчатых стержней и соединенным с измерительным элементом, снабженным двумя капиллярными трубками. 5 ил.

УЛЕЙ, включающий по меньшей мере один корпус с рамками, дном и крышкой и взвешивающий механизм, имеющий заполненный индикаторной жидкостью грузоприемный элемент, соединенный с измерительным элементом, имеющим закрепленную на линейке капиллярную трубку, отличающийся тем, что улей снабжен имеющей две горизонтальные опоры подставкой, грузоприемный элемент выполнен в виде двух размещенных на горизонтальных опорах подставки трубчатых стержней, расстояние между которыми составляет 1/3 длины подставки, а поперечные сечения их отверстий смещены в противоположные стороны относительно горизонтальных осей симметрии стержней, при этом корпус улья размещен на трубчатых стержнях, а измерительный элемент содержит дополнительную закрепленную на линейке капиллярную трубку, причем каждая из трубок соединена с одним из трубчатых стержней.