СЧЕТЧИК РЕСУРСА Российский патент 1998 года по МПК G01B5/30 G01N3/32 

Изобретение относится к датчикам линейных размеров, снабженных счетным механизмом, и может применяться в различных областях народного хозяйства, например, для контроля выработанного ресурса самолетов, строительных конструкция, мостов, кранов и т.д.

Известен регистратор уровней деформации элементов конструкции (а.с. N 1805277 Мкл.4 G 01 B 5/30 от 05.11.1990), содержащий корпус, предназначенный для закрепления на элементе конструкции, установленный в корпусе с возможностью поворота относительно всей оси и фиксации диска, опору, предназначенную для закрепления на элементе конструкции, и установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в плоскости поворота диска толкатель, один конец которого размещен в опоре, а другой взаимосвязан с диском, причем диск установлен с возможностью перемещения вдоль своей оси и выполнен с упором, предназначенным для взаимодействия с сектором большей длины, а регистратор снабжен пружиной, обеспечивающей возврат диска в исходное положение, и n - контактной электрической системой, контакты которой размещены соответственно на корпусе и толкателе на расстоянии друг от друга, соответствующими расстояниям между секторами диска. В корпусе имеется окно для визуального контроля положения секторов диска и отверстие для доступа к оси поворота диска.

Можно отметить низкую чувствительность регистратора, которая определяется лишь линейной деформацией конструкции, а также регистратор не является счетчиком деформаций, получаемых конструкцией. Данное устройство лишь регистрирует максимальную деформацию, полученную конструкцией, соответствующей длиной сектора диска, причем наибольшая деформация регистрируется тогда, когда сектор большей длины оказывается на упоре корпуса, после этой регистрации диск нужно возвращать в исходное состояние вручную.

Наиболее близким по технической сущности заявляемого устройства является устройство для суммирования числа циклов нагружения детали, известное из а. с. SU N 1259144 G 01 N 3/32 от 23.09.86. Устройство содержит корпус с подвижными опорами для испытуемой детали, установленные на нем сумматоры перемещений с упругими прижимами и приводами в виде диска, поводков и муфточек, одетых на валики сумматоров, и связанные с сумматорами счетчики чисел оборотов. Устройство снабжено усилителем перемещений, выполненным в виде двух шарнирно соединенных друг с другом стержней, концы которых шарнирно связаны с опорами, и штока, установленного на оси симметрии стержней, свободный конец которого предназначен для взаимодействия со стержнями при их подъеме. Шток кинематически связан с упругими прижимами, а приводы кинематически связаны с опорами.

Это устройство позволяет фиксировать различные уровни нагрузки, но работает лишь на сжатие при циклических нагружениях. Нужно отметить относительную сложность устройства, низкую достоверность показаний, т.к. привод счетчиков осуществляется фрикционным механизмом (диском с рамкой и тормозным прижимом) с фрикционными муфточками на каждый сумматор, что не исключает проскальзывания, хотя за счет механического усилителя достигается достаточно высокая разрешающая способность, определяемая количеством сумматоров. Возможна низкая надежность работы устройства из-за того, что изгиб ведущей и ведомой пружин каждого валика сумматора для обеспечения всего возможного диапазона размаха нагрузок может достигать допустимой деформации, что резко снижает число циклов их работы.

При разработке счетчика ресурса была поставлена задача создать инструмент для измерения ресурса конструкции, который обладает высокой чувствительностью, минимальными погрешностями измерения при изменении внешних воздействий, надежен в эксплуатации и прост в обслуживании.

Задача решается за счет того, что в счетчике ресурса, содержащем корпус, предназначенный для закрепления на элементе конструкции, установленный в корпусе с возможностью поворота относительно своей оси диск, опору, предназначенную для закрепления на элементе конструкции, и установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в плоскости поворота диска толкатель, один конец которого размещен в опоре, на другой конец толкателя жестко установлено коромысло, концы которого поводками соединены с двуплечими рычагами, одним из которых является диск, а другой рычаг, установленный на оси диска, заканчивается храповиком, причем длина плеча рычагов от оси вращения до поводков -A и длина от оси вращения до точки контактов храповика с храповыми колесами - B выбрана из соотношения A/B <1, на диске по окружности через определенные промежутки установлены храповые колеса со счетчиками оборотов храпового колеса, которые входят в контакт с храповиком, толкатель выполнен регулируемым по длине, внутри толкателя закреплена пружина, соединяющая телескопическую часть толкателя, укрепленную на опоре, с другой частью толкателя, все детали счетчика выполнены из того же материала, что и испытуемая конструкция, корпус герметичен и выполнен с окном для визуального контроля счетчиков оборотов храповых колес, у каждого храпового колеса установлен электрический контакт, а второй электрический контакт установлен на рычаге с храповиком, а электрические контакты, соответствующие крайнему храповому колесу, являются электрическими контактами аварийного состояния конструкции.

В качестве электрических контактов можно установить светодиод и фоторезисторы или же магнит и герконовые реле, что намного надежнее электрических щеточных контактов. Полная герметизация корпуса и подвижных соединений толкателя позволит эксплуатировать счетчик ресурса в любых условиях (высокой запыленности, влажности и т.д.). Окно, установленное в корпусе для визуального контроля счетчиков уровней деформации, а также подключение системы аварийного состояния для предельно допустимой деформации конструкции повышает эксплуатационные качества счетчика ресурса. Для исключения температурных погрешностей измерения необходимо все детали счетчика выполнить из того же материала, что и испытуемая конструкция. Для повышения точности измерения деформации конструкции, работающей на изгиб, счетчиком ресурса нужно на конструкцию устанавливать два датчика, реагирующих лишь только на сжатие, что существенно упрощает расчеты и их установку на конструкцию. Например, для регистрации изгибающего момента крыла самолета нужно на лонжерон, ближе к противоположным полкам, установить два датчика, один из которых (у нижней полки) будет регистрировать уровни деформации от массовых сил крыла (в основном, наземные режимы движения), а второй - от аэродинамических сил (в основном, воздушные режимы). При работе конструкции один из датчиков будет находиться в зоне растяжения и не будет реагировать на деформацию, при этом пружина, установленная в толкателе, будет растягиваться, предотвращая разрушение датчика. Жесткость пружины должна быть такой, чтобы она возвращала рычаг с храповиком в соответствующее положение согласно перемещению толкателя при работе датчика. Дискретность уровней деформации (разрешающая способность) зависит от длины толкателя, коэффициента усиления, расстояния между соседними счетчиками уровней, а также места установки счетчика ресурса на конструкции. Для регулировки длины толкателя предусмотрен телескопический разъем. Счетчиком регистрируется интегральная повторяемость пиковых значений деформации конструкции, т.е. при получении конструкцией определенного уровня деформации счетчик ресурса установит показания счетчиков уровней на единицу больше ранее зарегистрированного числа всех тех, уровень регистрации которых меньше измеряемого. Чтобы по счетчику ресурса контролировать выработанный конструкцией ресурс, необходимо его протарировать, т.е. определить, какой из счетчиков уровня дает показания, адекватные эквивалентным пульсирующим циклам, к которым приводится спектр нагружения конструкции с помощью теории линейного суммирования повреждений. Если подключить к счетчику ресурса соответствующую аппаратуру, то можно в реальном времени получить эквивалентные циклы нагружения или повреждаемость конструкции. Установка электрических контактов аварийного состояния конструкции расширяет область применения счетчика ресурса.

На чертеже приведена схема счетчика ресурса.

Внутри корпуса 1, который крепится осью 2 на испытуемую конструкцию, установлен диск 3 с возможностью поворота относительно оси 2. На опору 4, закрепленную на элементе конструкции, одним концом опирается толкатель 5, на второй конец толкателя 5, находящегося в корпусе 1, жестко установлено коромысло 6, концы которого поводками 7 связаны с двуплечими рычагами. Одним двуплечим рычагом является диск 3, а другой двуплечий рычаг 8, установленный на сои 2, заканчивается храповиком 9. Длина плеча рычагов 3,8 от оси вращения 2 до точки крепления поводков 7 равна A, а другого плеча - от оси 2 до точки контактов храповика 9 с храповыми колесами 10 равна B, выбраны из соотношения A/B <1. На диске 3 по окружности через определенные промежутки установлены храповые колеса 10 со счетчиками оборотов храпового колеса 11. У каждого храпового колеса 10 установлен электрический контакт 12, а второй электрический контакт 12 установлен на рычаге с храповиком 8. В герметичном корпусе 1 выполнено окно для визуального контроля счетчиков 1. Крайнее храповое колесо 10 и соответствующие электрические контакты 12 по прямому ходу рычага с храповиком 8 (прямой ход соответствует переключению счетчиков уровня 11 рычагов с храповиком 8) должно регистрировать предельно возможную деформацию испытуемой конструкции, электрические контакты 12 сигнализировать аварийное состояние. В толкателе 5 установлена пружина 13, соединяющая его телескопические части и предназначенная для предотвращения разрушения датчика при растягивающих усилиях. Также толкатель 5 имеет регулируемый телескопический разъем для изменения его длины.

При установке счетчиков ресурса на испытуемую конструкцию необходимо произвести расчеты ожидаемой предельной деформации в конкретном месте установки и соответственно настроить счетчики, изменяя их чувствительность путем подбора длины L толкателя 5, с помощью регулируемого телескопического разъема, и длиной плеча A рычагов 3 и 8, для чего на диске 3, рычаге 8 и коромысле 6 должны быть предусмотрены соответствующие отверстия для перестановки. Счетчик ресурса закрепляется на конструкции с помощью опор 2 и 4, причем корпус 1 и толкатель 5 должны иметь возможность поворота вокруг соответствующих опор. При деформации конструкции толкатель 5 перемещается на величину, равную приращению расстояния ΔL между опорами 2 и 4. Это перемещение поводками 7 передается диску 3 и двуплечему рычагу 8, которые поворачиваются относительно опоры 2 в разные стороны относительно друг друга, при этом храповик 9 последовательно поворачивает храповые колеса 10 на один зуб. Количество храповых колес 10, входящих в контакт с храповиком 9, соответствует отношению ΔL/Δ, где Δ - шаг дискретности фиксируемой деформации. При снятии нагрузки и возвращении конструкции в исходное состояние диск 3 и двуплечий рычаг 8 также возвращаются в начальное положения, но при этом храповик 9 не поворачивает храповые колеса 10, отжимаясь зубьями колес 10, которые удерживаются от поворота собачками.

Для уменьшения шага дискретности Δ можно храповые колеса 10 со счетчиками 11 установить по разные стороны диска 3 в вертикальной или горизонтальной плоскостях, но при этом нужно ввести в конструкцию счетчика ресурса еще один двуплечий рычаг 8 с храповиком 9, поворачивающийся синхронно с первым, либо на рычаг 8 установить дополнительный храповик 9 для взаимодействия с промежуточными храповыми колесами 10. Для той же цели - повышения чувствительности нужно на конструкцию устанавливать два счетчика (если конструкция работает на изгиб) в зоне максимальных деформаций, которые реагируют лишь только на сжатие, при этом диапазон измеряемой деформации как бы разбивается на две части. Кроме того, можно на диске 9 установить электрические контакты 12 с меньшим шагом, чем храповые колеса 10 со счетчиками уровней 11, при этом шаг дискретности храповых колес 10 должен быть кратен шагу установки электрических контактов 12. Это позволит при подключении соответствующей аппаратуры еще больше увеличить разрешающую способность счетчика ресурса. Аппаратура может быть выполнена с различной логикой, например, если подать на один конец контактов 12 напряжения, пропорциональные уровням деформации, а другой к регистратору, то мы получим при временной развертке реализацию ступенчатого изменения деформации конструкции. Габариты счетчика ресурса, в основном, определяются конструкцией и габаритами счетчиков 11. Можно счетчик ресурса выполнить без счетчиков 11, тогда его габариты существенно уменьшатся.

Счетчик ресурса относится к датчикам линейных размеров, снабженным счетным механизмом, и может применяться для контроля выработанного ресурса строительных конструкций, мостов и т.д. Счетчик ресурса содержит корпус, предназначенный для закрепления на элементе конструкции, установленный в корпусе с возможностью поворота относительно своей оси диск, опору, предназначенную для закрепления на элементе конструкции, и установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в плоскости поворота диска толкатель, один конец которого размещен в опоре, на другом конце толкателя жестко установлено коромысло, концы которого поводками соединены с двуплечими рычагами, одним из которых является диск, а другой рычаг, установленный на оси диска, заканчивается храповиком, причем длина плеча рычагов от оси вращения до поводков - А и длина от оси вращения до точки контактов храповика с храповыми колесами - В выбрана из соотношения А/В<1, на диске по окружности через определенные промежутки установлены храповые колеса со счетчиками оборотов храпового колеса, которые входят в контакт с храповиком, толкатель выполнен регулируемым по длине, внутри толкателя закреплена пружина, соединяющая телескопическую часть толкателя, укрепленную на опоре, с другой частью толкателя, все детали счетчика выполнены из того же материала, что и испытуемая конструкция, корпус герметичен и выполнен с окном для визуального контроля счетчиков оборотов храповых колес, у каждого храпового колеса установлен электрический контакт, а второй электрический контакт установлен на рычаге с храповиком. 1 ил.

Счетчик ресурса, содержащий корпус, предназначенный для закрепления на элементе конструкции, установленный в корпусе с возможностью поворота относительно своей оси диск, опору, предназначенную для закрепления на элементе конструкции, и установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в плоскости поворота диска толкатель, один конец которого размещен в опоре, отличающийся тем, что в нем на другой конец толкателя жестко установлено коромысло, концы которого поводками соединены с двуплечими рычагами, концы которого поводками соединены с двуплечими рычагами, одним из которых является диск, а другой рычаг, установленный на оси диска, заканчивается храповиком, причем длина плеча рычагов, от оси вращения до поводков - А и длина от оси вращения до точки контактов храповика с храповыми колесами - В, выбрана из соотношения А/В < 1, на диске по окружности через определенные промежутки установлены храповые колеса со счетчиками оборотов храпового колеса, которые входят в контакт с храповиком, толкатель выполнен регулируемым по длине, внутри толкателя закреплена пружина, соединяющая телескопическую часть толкателя, укрепленную на опоре, с другой частью толкателя, все детали счетчика выполнены из того же материала, что и испытуемая конструкция, корпус герметичен и выполнен с окном для визуального контроля счетчиков оборотов храповых колес, у каждого храпового колеса установлен электрический контакт, а второй электрический контакт установлен на рычаге с храповиком, а электрические контакты, соответствующие крайнему храповому колесу, являются электрическими контактами аварийного состояния конструкции.