Гидравлическое устройство для измерения усилий Советский патент 1984 года по МПК G01L1/02 

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения гидродинамических сил в золотниковых парах, аэродинамических и других диссипативных сил. Известны устройства для экспериментального определения осевой гидродинамической силы на золотнике, содержащие корпус, исследуемый золо ник, камеру, разделенную на две части упругой мембраной 1. Однако эти устройства не дают возможности измерения гидродинамических сил на движущемся золотнике и обладают невысокой точностью измерения из-за гистерезиса мембраны, На иболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство, содержащее корпус золотника, сило1 измерительный элемент с тензорезисторами, связанный кривошипно-цатунным механизмом с приводами 2 . Недостатками известного устройст ра являются невысокая надежность ввиду наличия электромеханических элементов при схемной реализации устройства, а также невозможность проведения на его основе аэродинами ческих измерений при испытаниях летательных аппаратов. Целью изобретения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей устройства. Указанная цель достигается тем, что в гидравлическом устройстведля измерения усилий, содержащем задающий механизм с приводом, силоизмери тельный механизм с умножителем, интегратором и регистратором, задающийи силоизмерительный механизмы выполнены в виде гидромеханического следящего привода, шток которого связан с силочувствительным элементом, выполненным в виде месдозы с : силоприемным штоком, подводяш.ие магистрали которой снабжены регулируе мыми дросселями и обратными клапана ми, умножитель выполнен в виде четы рехщелевого проточного золотника с отрицательным перекрытием, который через, эксцентриковые механизмы и редуктор соединен с задающим механизмом, при этом вход золотника чер обратные клапаны соединен с месдозо а выход - с интегратором,выполненны в виде гидроцилиндра двойного дейст вия, шток которого снабжен дополнительной массой и связан с регистратором. На чертеже представлена схема гидравлического устройства для измерения усилий. Устройство состоит из месдозы 1 с дросселями 2 и обратными клапанам 3, которая через трубопровод 4 соединена с четырехщелевым проточным золотником 5 с отрицательным перекрытием, имеющим пружину б и являющимся гидравлическим мостом. Золотник 5 трубопроводами 7 соединен с интегратором 8, выполненным в виде гидроцилиндра с двухсторонним штоком 9, поршнем 10 со щелевым уплотнением и дросселем 11. Гидроцилиндр 8 имеет две пружины 12, а шток 9 дополнительную массу 13 и указатель 14 с лимбом 15. Устройство снабжено приводом, состоящим из задающего эксцентрикового механизма 16, вращаемого с помощью вала 17, гидромеханического следящего привода 18 (гидроусилителя) с роликом 19. Задающий механизм 16 через редуктор 20 соединен с датчиком 21 частоты и эксцентриковым механизмом 22. Насосная.станция устройства состоит из гидробака (не показан) , насоса 23 переменной производительности, гидравлического редуктора 24, манометра 25. В системе установлен гидроаккумулятор 26, который уменьшает влияние работы гидромеханического следящего привода на работу месдозы 1. Дросселями 2 и редуктором 24 устанавливается максимальная составляющая переменного давления, которая имеет максимальное значение при условии, когда гидравлическая проводимость дросселей 2 равна или несколько больше суммарной максимальной проводимости дроссельных окон золотника 5 и дросселя 11, который служит для автоматической установки поршня 10 с указателем 14 в нулевое положение после прекращения подвода жидкости к месдозе 1. Проводимость дросселя подбирается таким образом, чтобы она была примерно на порядок меньше максимальной проводимости через рабочие окна золотника 5 (Г,В,К.Л). В этом случае давление в полостях гидроцилиндра не будет успевать выравниваться. Устройство работает следующим образом. Набегающий поток V создает на объекте 27 испыта ния подъемную силу и силу лобового сопротивления. Эти силы при произвольном положении объекта испытания при отсутствии давления жидкости, воздействуя на шток месдозы 1, стремятся изменить в пределах упругого конструктивного люфта объем жидкости полостей А или Б, вытеснив ее через выходные обратные клапаны 3, трубопровод 4, золотник 5 и дроссель 11 в бак. При включении насоса 23 жидкость под давлением поступает к месдозе 1 и следящему приводу 18. В этом случае ролик 19, связанный со следящим золотником, под действием упругого элемента переметается до соприкосновения с эксцентриковым механизмом 16. Угол поворота последнего определяет угол атаки объекта испытания. Одновремен но жидкость через входные обратные клапаны, дроссели 2, месдозу 1, выходные обратные клапаны 3 и трубопровод 4 поступает к перемножагощему и интегрирующему устройствам. Дросс ли 2 для компенсации усилия от веса объекта 27 и разности пгощадей в гатоковой А и йоршневой Б полостях месдозы 1 должны иметь различную йастройку. При задании эксцентрику 16 от вала 17 вращательного движения объе испытания приводится в колебательно движение. Одновременно через механи ческий редуктор 20приводится во вращательное движение эксцентрик 22 а золотник 6 - в колебательное. Усилие от штока следящего привода 18 через цилиндр месдозы 1, Объемы жидкости А и Б, через шток месдозы передается на объект 27. Таким образом, в звене передачи усилий имеется чувствительный элемент, реагирующий на их изменение - это объемы жидкости в полостях А и Б. При вклю ченном насосе 23 через эти объемы постоянно протекает жидкость, однако ее расход ограничен пропускной способностью, золотника 5. Соотношение между расходом насос и расходом через умножитель подбира ется таким, чтобы в полостях А и Б имелся подпор, обеспечивающий воспр ятие усилий от объекта 27. При кол бательном движении объекта на по.стоянную составлякшую от давления насоса накладываются гармонические составляющие давления от объекта. Их величина прямо пропорциональна аэродинамическим нагрузкам и обратно пропорциональна /площади поршня месдозы 1. Обратные клапаны 3 месдозы работ ют следующим образом. При движении штока месдоэы вниз давление в полости Б увеличивается по сравнению с существующим давле:нием в полости А. В этом случае нижний входной клапан закрывается, а верхний входной - открывается, впуская порцию жидкости, равную величине упругого люфта по поршню месдозы. Верхний выходной клапан под действием некоторого падения давления жидкости в полости А закры вается, а через нижний открытый клапан жидкость поступает к золотнику 5. Аналогичная работа клапанов происходит при движении штока месдо зы вверх. При передаточном числе редуктора 20, равном 1:1, колебание золотника 5 происходит в одной фазе Для совпадения колебаний золотника 5 и месдоаы 1, жестко связанной со iiiiuKOM следяиего привода 18, производится поворот эксцентрика 16 относительно вала 17. Передаточное число редуктора 20 изменяется от единицы до заданной гармоники в зависиуюсти от необходимой точности измерения усилий на объекте.Если собственная частота системы большечастоты возмуиающег& давления от месдозы 1, то интегратор 8 работает как гидрои.илиндр, переключаемый золотником 5. Чтобы система выполняла функции интегрирования необходимо понизить эту частоту, что делается экспериментально при отладке установки, увеличивая массу М или уменьшая диаметр гидроцилиндра 8. Для нормальной работы устройства необходимо, чтобы сопротивление в линии слива (кромки В и к) было больше, чем в линии подвода жидкости к цилиндру. Так как на объекте 27 преобладающая сила действует вверх, то и величина давления в полости А, как правило, больше, чем в полости Б. Следова тельно, шток 9 вместе с указателем 14 от нейтрального положения перемещается вниз. Получение сил или моментов, действующих от объекта испытания, основано на умножении исследуемой силы, получаемой в виде Функции давления P(.t) на синус или косинус аргумента времени, и интегрировании этого произведения. Так, если соотношение, представленное рядом Фурье.( Р, (t) и Р2 (t) для первой гармоники практически одинаковы) PgW -24-Т. ( nut -ЪпСОЗnu-l), где а , an,t - коэффициенты ряда Фурье; W - частота вращения эксцентрика 16; время, умножить на girl ifioot и проинтегрировать, то будут выделены коэффициенты Яр, Придавс1Я ц значения 1,2,3..., получаем коэффициенты а, а, а , . . . . Аналогично умножая соотношение на co5tiu)t после интегрирования получаем коэффициенты %,. Величина этих коэффициентов пропорциональна силам, действующим на объекте 27. Переход от коэффициентов к силам производится путем тарировки системы. Величина коэффициента а зависит от положения точки m. Если точка rti расположена в центре тяжести исследуемого объекта, при включенном насосе 23 при скорости потока и неподвижном эксцентриковом механизме 16 давление в полостях А и Б месдозы 1 одинаково и, следовательно, а,|, 0. При включении аэродинамической трубы под действием потока воздуха на объекте 27 возникает составляюща аэродинамической силы, величина которой пропорциональна коэффициенту ряда Фурье а . При отсутствии нагрузки на колеб лющийся шток месдозы(например, при отсоединении объекта 27 от месдозы) давления в полостях А и Б одинаковы, величина нагрузки зависит от сопротивления дросселей 2 и сопротивления шели на кромках В,Д, К и Г золотника 5 и дросселя 11. В этом случае указатель 14 показыва ет нулевую нагрузку, так как давления в обеих полостях гидроцилиндра одинаковы. При перемещении золотника 5 по гармоническому закону давление на его рабочих кромках В,Д, К и Г также изменяется по гармоническому закону и зависит от гидравлического сопротивления щели, то есть от перемещения золотника, которое зави сит, от угла поворота эксцентрика 22. Усилие на поршне 10 равно R-4pl-CX, где АР - перейад давления на поршне; i - площадь поршня интегратора;С - суммарная жесткость пружин 12; X - перемещение поршня (указа теля 14) . {Перемещение поршня тем больше, чем больше перепад давления на нем, который в свою очередь зависит от усилия, действующего на шток месдозы. . Перемещение поршня и сила на штоке месдозы 1 связаны между собой однозначно. Давления в полостях А и Б как по величине так и по частоте колебания однозначно связаны с усилиями на объекте 27. Таким образом, зная усилия, воспринимаемые месдозой 1, можно получить аэродинамические силы и моменты. При этом благодаря гидравлическим элементам предлагаемое устройство обладает по сравнению с известным большей надежностью и ббльшими функциональными возможностями.

ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ, содержащее задающий механизм с приводом, силоизмерительный механизм с умножителем, интегратором и регистратором, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и pacumpeния функциональных возможностей, задающий и силоизмерительный механизмы выполнены в виде гидромеханическо-, го следящего привода, шток которого связан с силочувствительным элементом, выполненным в виде месдозы с силоприемным штоком, подводящие магистрали которой снабжены регулируемыми дросселями и обратными клапанами, умножитель выполнен в виде четырехщелевого проточного золотника с отрицательным перекрытием, который через эксцентриковые механизмы и редуктор соединен с задающим механизмом, при этом вход золотника через обратные клапаны 9 соединен с месдозой, а выход - с интегратором, выполненным в виде гидроцилиндра двойного действия,шток которого снабжен дополнительной .массой и связан с регистратором. СО оо со