УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЗВЕШИВАНИЯ ГРУЗОВ НА КРАНАХ Российский патент 1996 года по МПК G01G19/04 

Изобретение относится к области подъемно-транспортного машиностроения, а именно к устройствам взвешивания грузов на кранах.

Известно устройство для взвешивания грузов на подъемных кранах, принятое в качестве аналога, в котором крюковая подвеска сопрягается с крюком через несколько датчиков растяжения (Патент ФРГ (DE) N 3629158, B 66 C 1/40). К недостаткам аналога относится прежде всего громоздкость конструкции.

Известно устройство для взвешивания грузов на подъемных кранах, принятое в качестве прототипа, содержащее упругий элемент, выполненный в виде размещенной между выполненными с центральными отверстиями верхней и нижней опорными плитами и охватывающей хвостовик крюка кольцевой пластиной, на средней части которой, имеющей толщину, большую толщин верхней и нижней частей, размещены тензорезисторные преобразователи (а.с. СССР N 1301765, B 66 C 13/16, G 01 G 19/14, опубл. 07.04.87 г. Бюл. N 13). К недостаткам прототипа следует отнести многодетальность, сложность сопряжения упругого элемента с силовводящей и опорной частями устройства, сложность получения линейной характеристики датчика.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и повышение линейности датчика.

Эта цель достигается тем, что в устройстве для взвешивания грузов на подъемных кранах, содержащем корпус, грузовой крюк, опорный подшипник, гайку и упругий элемент с размещенными на нем тензорезисторами и выполненный цельным телом вращения силовоспринимающая часть упругого элемента, выполненная в форме цилиндра, охватывающего хвостовик крюка, сопряжена с кольцевой изгибаемой частью упругого элемента через кольцевую перемычку, срединная плоскость которой проходит через центр тяжести меридионального сечения кольцевой изгибаемой части, а плоскость сопряжения кольцевой изгибаемой части с опорной цилиндрической оболочкой смещена от срединной плоскости кольцевой перемычки на величину, определяемую зависимостью

где S коэффициент тензочувствительности материала тензорезисторов;
К_н заданное значение коэффициента передачи датчика при номинальном значении измеряемой силы тяжести груза;
C и ΔC соответственно жесткость упругого элемента и величина ее изменения при номинальной нагрузке;
hтi и Rтi соответственно расстояние от осевой плоскости, проходящей через центр тяжести меридионального сечения кольцевой изгибаемой части упругого элемента и радиус подрезисторного выступа под i-тым тензорезистором;
Конструкция устройства для взвешивания груза на подъемных кранах представлена на фиг. 1. Устройство содержит крюк 1, который через гайку 2, опорный подшипник 3 и нажимную плиту 4 взаимодействует на силовоспринимающую часть 5 упругого элемента. Кольцевая изгибаемая часть 6 упругого элемента сопряжена с силовоспринимающей частью 5 через кольцевую перемычку 7, срединная плоскость которой проходит через точку О центр тяжести меридионального сечения кольцевой изгибающей части 6. Тензорезисторы 8 и 9 размещены на цилиндрических поверхностях выступов на торцах кольцевой изгибаемой части 6, которая через опорную цилиндрическую оболочку 10 сопряжена с корпусом 11, выполненным в виде траверсы, установленной в щеках 12. От внешней среды рабочая зона тензорезисторов герметизирована мембранами 13 и 14.

Работает устройство для взвешивания следующим образом. Под действием измеряемой силы веса груза F кольцевая часть 6 изгибается так, что ее меридиональное сечение поворачивается вокруг центра тяжести О на угол Φ. При этом тензорезисторы 8 растягиваются, а тензорезисторы 9 сжимаются, что позволяет реализовать мостовую измерительную схему с четырьмя активными тензорезисторами.

Связь коэффициента передачи тензорезисторного датчика (К) с геометрическими и жесткостными параметрами упругого элемента можно представить в виде
(1)
где К' константа;
R_B и R_A соответственно радиусы опирания и силовведения для кольцевой изгибаемой части 6;
C коэффициент жесткости упругого элемента, приведенный в точке O_c.

Для обеспечения линейности характеристики датчика необходимо, чтобы
(2)
Так как в процессе деформирования упругого элемента величина изменяется, то условие (2) можно представить в виде:
(3)
где ΔR и ΔC соответственно изменение плеча изгибающих кольцо сил и изменение жесткости упругого элемента;
Изменение плеча изгибающих кольцо сил (ΔR) связано с углом поворота его меридионального сечения (Φ) и смещением (D) торца опорной оболочки 10 относительно срединной плоскости перемычки 7 зависимостью
DR=Φ•Δ
Угол поворота меридионального сечения кольца 6 связан с задаваемым коэффициентом передачи датчика при номинальной нагрузке (Кн), с радиусом цилиндрической поверхности под i-тым тензорезистором (Rтi), с расстоянием i-того тензорезистора от осевой плоскости, проходящей через точку O_c и коэффициентом тензочувствительности материала тензорезисторов (S) зависимостью:
(5)
На основании зависимостей (3), (4), (5) получим зависимость для искомой величины Δ, обеспечивающей линейность характеристики устройства

Новым в предлагаемой конструкции устройства для взвешивания грузов на подъемных кранах является введение между силовоспринимающей цилиндрической частью упругого элемента и его кольцевой изгибаемой частью кольцевой перемычки, срединная плоскость которой проходит через центр тяжести меридионального сечения кольцевой изгибаемой части и смещение от этой плоскости торца опорной цилиндрической оболочки, что обеспечивает изменение плеча изгибаемых кольцо сил пропорционально изменению жесткости упругого элемента и, как следствие, обеспечивает высокую линейность характеристики датчика.

Использование: взвешивание грузов на кранах. Сущность изобретения: устройство для взвешивания грузов на подъемных кранах содержит упругий элемент с размещенными на нем тензорезисторами. Силовоспринимающая часть упругого элемента, выполненная в форме цилиндра, охватывающего хвостовик крюка, сопряжена с кольцевой изгибаемой частью упругого элемента через кольцевую перемычку, срединная плоскость которой проходит через тяжести меридионального сечения кольцевой изгибаемой части, а плоскость сопряжения кольцевой изгибаемой части с опорной цилиндрической оболочкой смещена от срединной плоскости кольцевой перемычки на величину, определяемую приведенной зависимостью. 1 ил.

1. Устройство для взвешивания грузов на подъемных кранах, содержащее корпус, грузовой крюк, опорный подшипник, гайку и упругий элемент с размещенными на нем тензорезисторами и выполненный цельным телом вращения, отличающееся тем, что в нем силовоспринимающая часть упругого элемента, выполненная в форме цилиндра, охватывающего хвостовик крюка, сопряжена с кольцевой изгибаемой частью упругого элемента через кольцевую перемычку, срединная плоскость которой проходит через центр тяжести меридионального сечения кольцевой изгибаемой части, а плоскость сопряжения кольцевой изгибаемой части с опорной цилиндрической оболочкой смещена от срединной плоскости кольцевой перемычки на величину, определяемую зависимостью:

где S коэффициент тензочувствительности материала тензорезисторов;
К_н заданное значение коэффициента передачи датчика при номинальном значении измеряемой силы тяжести груза;
C и ΔC- соответственно жесткость упругого элемента и величина ее изменения при номинальной нагрузке;
h_тi и R_тi соответственно расстояние от осевой плоскости, проходящей через центр тяжести меридионального сечения кольцевой изгибаемой части упругого элемента, и радиус подрезисторного выступа под i-тым тензорезистором.