УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАТЯЖЕНИЯ РЕМНЯ ПРИВОДА Российский патент 1996 года по МПК G01L5/10 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля усиления натяжения приводных ремней, канатов, тросов, проводов и т.п. в различных устройствах.

Изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в повышенной точности измерения и расширении функциональных возможностей устройства, а именно обеспечение возможности бесконтактного измерения в труднодоступных местах, в условиях ограничения габаритов, оперативных измерений без предварительной установки, настройки и т.п.

Известно устройство для контроля натяжения ремней, содержащее механизм нагружения с механическим нажимным устройством, нагрузочным упором, неподвижной опорой, и указатель прогиба ремня [1]
Недостатком устройства является низкая точность измерения, обусловленная тем, что натяжение определяется по величине прогиба определенной точки ремня под действием заданного усилия нажатия, фиксируемого по смещению упора относительно неподвижного указателя. Однако, в самом принципе измерения заложена цепь возможных погрешностей, приводящих к конечной значительной погрешности измерения. Это и приближенность механической выстановки заданного усилия нажатия, и неточность выстановки упора в заданной точке ремня (на половине межцентрового расстояния), и неточность отсчета относительно смещения упора по малоточным механическим индикаторам, и вариации при установке неподвижных упоров на шкивы ремня. Кроме того устройство не позволяет проводить замер натяжения в стесненных условиях, когда габариты для размещения прибора ограничены размерами самой передачи. Такие устройства требуют обязательного контакта упора с поверхностью ремня, что не всегда возможно в стесненных габаритах, и дополнительно приводит к снижению точности измерения, Кроме того, при изменении типа ремня, усилия нажатия, места контакта изменяется зависимость усилия натяжения от фиксируемого прогиба, что влечет за собой необходимость пересчета шкалы прибора.

Известно также устройство для контроля натяжения ремней, содержащее корпус с подпружиненным штоком, наконечником и измерительной шкалой, а также упоры, шарнирно соединенные с опорными пластинами, размещенными на поверхности ремня [2]
Сохраняя все недостатки вышеописанного устройства, данный аналог дополнительно характеризуется сложностью конструкции и сложностью регулировки. Наличие в конструкции значительного числа упругих элементов, подлежащих регулировке (гибких связей, опорных пластин, упоров, шарниров), приводит к значительной инструментальной погрешности измерения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство для контроля натяжения ремня, содержащее механизм нагружения с подвижной и неподвижной опорами в виде двух рычагов, связанный шарниром с фрикционным механизмом регулирования усилия прижатия к ремню, нагрузочный упор и механизм индикации натяжения, состоящий из указателя прогиба ремня, размещенного на подвижном рычаге с возможностью смещения относительно неподвижного рычага [3]
Недостатками данного устройства являются низкая точность, обусловленная неточностью выстановки заданного усилия нажатия на ремень с помощью подвижного рычага и фрикционного элемента с пружиной и толкателем, неточностью установки подвижной и неподвижной опор на шкивах ремня на определенном межцентровом расстоянии, неточностью установки указателя прогиба с упором в конкретной точке ремня, в частности, в центре на середине расстояния между шкивами и, наконец, неточностью измерения прогиба ремня путем приблизительного отсчета по шкале с делением смещения нагрузочного упора относительно неподвижного рычага. Кроме того, устройство имеет ограниченные функциональные возможности за счет узкой области применения, сложности эксплуатации, трудоемкости процесса измерения, привязки к конкретному типу ремня, невозможности бесконтактного измерения.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения натяжения ремня привода, содержащем механизм нагружения ремня и механизм индикации натяжения ремня, механизм нагружения ремня выполнен в виде цилиндрической катушки, обращенной к ремню торцевой частью, установленной с возможностью перемещения вдоль внешней стороны ремня и подключенной к источнику постоянного тока с релейно изменяемым уровнем выходного сигнала, и ферромагнитного диска, размещенного под катушкой соосно с ней, а механизм индикации натяжения выполнен в виде частотомера, подключенного через разделительный конденсатор к источнику постоянного тока, и дистанционного ключа одновременного включения частотомера и переключения источника постоянного тока на заданные дискретные уровни выходного сигнала.

Также указанная цель достигается тем, что в устройстве ферромагнитный диск размещен под ремнем.

Кроме того, цель достигается за счет того, что в устройстве ферромагнитный диск установлен над ремнем с возможностью закрепления зажимом.

Для достижения указанной цели возможно выполнение в устройстве зажима в виде Г-образной пластины из ферромагнитного материала, упруго закрепленной концом меньшей полки пластины на плоскости ферромагнитного диска.

Устройство представлено на чертеже, где: на фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 размещение ферромагнитного диска под ремнем; на фиг. 3 установка ферромагнитного диска над ремнем с возможностью закрепления зажимом; на фиг. 4 сечение А-А на фиг.3.

Устройство содержит механизм нагружения ремня 1, выполненный в виде цилиндрической катушки 2, размещенной в изоляционной втулке 3 с внешней стороны ремня 1, обращенной к ремню 1 торцевой частью с возможностью свободного перемещения относительно ремня 1 с помощью рукоятки 4 и электрически подключенной к источнику постоянного тока 5 с релейно изменяемым уровнем выходного сигнала, и ферромагнитного диска 6, установленного под катушкой 2 соосно с ней, а также механизм индикации натяжения, содержащий частотомер 8, подключенный к источнику постоянного тока 5 через разделительный конденсатор 9 и установленный на рукоятке 4 дистанционный ключ 10 одновременного включения частотомера 8 и переключения источника тока 5 на другой уровень выходного сигнала.

В устройстве ферромагнитный диск 6 может быть установлен под ремнем 1.

Кроме того, ферромагнитный диск 6 может быть установлен над ремнем 1 и зафиксирован зажимом 7, выполненным в виде ферромагнитной Г-образной пластины, упруго закрепленной концом меньшей полки пластины на плоскости ферромагнитного диска 6.

При работе устройства включают источник постоянного тока 5 на определенный уровень выходного сигнала, подаваемого в катушку 2. Последнюю с помощью рукоятки 4 подносят к ремню 1 с внешней стороны в свободном месте ремня, не закрытом другими деталями конструкции привода.

Затем на ремне 1 под катушкой 2 соосно с ней устанавливают ферромагнитный диск 6 известной массы m. Если имеется место внутри привода с внутренней поверхности ремня 1, то диск 6 устанавливают под ремнем 1. За счет электромагнитных сил диск 6 стремится втянуться в катушку 2, при этом он натягивает ремень 1 в сторону катушки 2 и одновременно плотно прижимается к ремню 1, фиксируясь на нем. Если же места внутри привода нет, то диск 6 закрепляют с помощью зажима 7 под катушкой 2 над ремнем 1. При этом ферромагнитный диск 6 с закрепленным на нем Г-образным зажимом сбоку надевают на ремень 1, вставляя последний в промежуток между диском 6 и зажимом 7. Так как зажим 7 выполнен в виде ферромагнитной упругой пластинки, то в поле катушки 2 элементы 6 и 7 стремятся сблизиться (уменьшить магнитное сопротивление магнитной цепи), и зажимают при этом ремень 1, фиксируя тем самым диск 6 на ремне 1. Ключом 10 включают частотомер 8 и одновременно переключают источник постоянного тока 5 на соседний от первоначально выбранного уровня выходного сигнала. При таком переключении скачком изменяется сигнал в катушке 2 и скачком диск 6 с ремнем 1, стремящиеся притянуться к катушке 2, переходят в новое состояние статического равновесия, при котором сила притяжения со стороны катушки 2 уравновешивается силой упругости ремня 1. Однако, в результате этого скачка в процессе перехода из одного состояния равновесия в другое ферромагнитный диск 6 массой m, упруго установленный на ремне 1, совершает свободные затухающие колебания относительно катушки 2. В результате колебаний намагниченного постоянным током катушки 2 ферромагнитного диска 6 в катушке 2 наводится переменная ЭДС с частотой w. Разделительный конденсатор 9 не пропускает на частотомер 8 постоянную составляющую электрического сигнала с источника постоянного тока 5, в результате чего частотомер 8 фиксирует частоту w переменной составляющей.

Известно, что собственная частота поперечных колебаний груза (сосредоточенной массы) массой m на растяжке вычисляется по формуле:
, в рад/с, или
, в Гц,
где: С Т/l поперечная жесткость упругой системы,
Т усилие натяжения растяжек,
l длина растяжки.

В данном случае, зная величину l межцентровое расстояние между шкивами и массу m ферромагнитного диска 6 и фиксируя по частотомеру частоту f поперечных колебаний укрепленной на ремне массы в Гц, можно вычислить усилие натяжения ремня в Ньютонах по формуле:
T=4π²f²l•m (I).
При этом для определения значений массы m диска 6 и величины l межцентрового расстояния шкала частотомера 8 градуируется непосредственно в усилиях натяжения Т. Для других межцентровых расстояний l на измеренные значения Т может быть введен линейный поправочный коэффициент. Часто требуется определить даже не усилие натяжения ремня Т, а поперечную его жесткость С, являющуюся объективной и достаточно информационной характеристикой. Ее вычисление производится по формуле:
C=4π²f²m
и не требует при известном значении m и зафиксированном значении f никаких дополнительных параметров.

Следует подчеркнуть, что фиксируемая при работе устройства частота f является собственной частотой колебательной системы, образованной сосредоточенной массой m, установленной на растяжке (ремне). На эту частоту никоим образом не влияет распределенная по длине масса ремня. Ремень представляет собой колебательную систему с распределенными параметрами (струну) и имеет целый спектр собственных частот. Однако, нетрудно показать, что даже низшая частота данного спектра, как минимум, на два порядка выше частоты f сосредоточенной массы на ремне, соответственно амплитуда колебаний на низшей частоте спектра на 3-4 порядка меньше амплитуды колебаний сосредоточенной массы при той же интенсивности возмущения (при заданной виброперегрузке амплитуда обратно пропорциональна квадрату частоты). Поэтому собственные колебания ремня как системы с распределенными параметрами никакого воздействия на процесс измерения не оказывают.

Сущность изобретения: устройство содержит механизм нагружения ремня и механизм индикации натяжения ремня. При этом механизм нагружения выполнен в виде цилиндрической катушки, размещенной с внешней стороны ремня и электрически подключенной к источнику постоянного тока с релейно изменяемым уровнем выходного сигнала, и ферромагнитного диска, размещенного под катушкой соосно с ней, а механизм индикации натяжения содержит частотомер, подключенный к источнику тока через разделительный конденсатор, и дистанционный ключ одновременного включения частотомера и переключения источника постоянного тока на другой уровень выходного сигнала. Ферромагнитный диск размещен под ремнем и зафиксирован зажимом, выполненным в виде ферромагнитной Г-образной пластины, упруго закрепленной концом меньшей полки пластины на плоскости ферромагнитного диска. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для измерения натяжения ремня привода, содержащее механизм нагружения ремня и механизм индикации натяжения ремня, отличающееся тем, что механизм нагружения ремня выполнен в виде цилиндрической катушки, обращенной к ремню торцевой частью, установленной с возможностью перемещения вдоль внешней стороны ремня и подключенной к источнику постоянного тока с релейно изменяемым уровнем выходного сигнала, и ферромагнитного диска, размещенного под катушкой соосно с ней, а механизм индикации натяжения выполнен в виде частотомера, подключенного через разделительный конденсатор к источнику постоянного тока, и дистанционного ключа одновременного включения частотомера и переключения источника постоянного тока на заданные дискретные уровни выходного сигнала. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ферромагнитный диск размещен под ремнем. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ферромагнитный диск установлен над ремнем с возможностью закрепления зажимом. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что зажим выполнен в виде Г-образной пластины из ферромагнитного материала, упруго закрепленной концом меньшей полки пластины на плоскости ферромагнитного диска.