Динамометрическое буксировочное устройство Советский патент 1989 года по МПК G01M10/00 

Изобретение относится к техническим средствам экспериментальной гидродинамики и может быть использовано для измерения сил сопротивления движению моделей.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых сил.

На фиг.1 изображено устройство; на фиг.2 - узел 1 на фиг.1; на „фиг.З - рабочая характеристика упругого элемента.

Устройство содержит вилку 1, состоящую из вертикальных частей 2 и 3 и горизонтальной части 4. Высота h

вертикальной части определяется выражением

h }

X МИН

где 1

- длина буксировочного но- , а 5; Rv - минимально допустимая

А №п

нагрузка на измерительный элемент 6 (предел чувствительности), определяемая по паспорту или путем тарировки; величина силы сопротивления, определяемая при минимально возможной скоR

мин

-U J

00

О5 00

3 1478063

рости буксировки модели 7, при заданной скорости буксировки и плотности жидкости зависит от мы модели и положения ,ее относительно поверхности жидкости.

В частности для тел вращения сфера, цилиндр, эллипсоид), располоенный на глубине , где D - ди10

н К к в с в э р

аметр тела, значение Rx M вычисляется по формуле

D

АЛИЙ

-Г .с РлУдии ,

2 ;

где С

v

мин

коэффициент сопротивления} определяемый по справочным данным;

площадь миделевого сечения тела;

плотность жидкости; минимально возможная скорость буксировки модели. Размер горизонтальной части 4 вил ки 1 определяется горизонтальным габаритом упругого элемента 6, Вилка 1 шарнирно закреплена на горизонтальной оси 8„ установленной на буксировочной каретке 9. На горизонталь- ной части 4 вилки 1 укреплен шток 10 с установленным на нем с возможность перемещения грузом 11,

Шток 10 имеет цилиндрическую форму и укреплен на горизонтальной части 4 вилки 1 с помощью резьбового соединения, позволяющего менять полжение штока 10. Ось штока 10 расположена горизонтально и пересекает ось вращения двуплечего рычага под углом 90°. Груз 11 соединен со штоком 10 посредством резьбового соединения, обеспечивающего фиксацию груза 11. Причем груз 11 выполнен в виде двух одинаковых цилиндров. Такая форма исполнения позволяет надежно фиксировать его положение на штоке 10, так как один из цилиндров является контргайкой для другого. Кроме того, по положению смежных оснований цилиндров определяется координата центра тяжести груза И .

Шток 10 укреплен на горизонтальной части 4 со стороны вертикальной части 2 (сила сопротивления Rx имеет направление, указанное на фиг,1). В это положение шток уста

0

5 Q

5

0

навливается, когда сила сопротивления, К движения модели 7 создает нагрузку на упругий элемент 6, превышающую значение, соответствующее рабочему участку его характеристики. Если величина силы RK недостаточна для создания нагрузки, тпебуемой в соответствии с характеристикой упругого элемента б, шток 10 ктэепится со стороны вертикальной части 3.

Буксировочный нож 5 расположен вертикально и жестко укреплен на горизонтальной части 4 вилки 1 Нижний конец ножа 5 жестко связан с моделью 7,

Упругий элемент 6Э неподвижно укрепленный на каретке 9 и связанный с вертикальными частями 2 и 3 вилки 1 с помощью гибких связей 12, выполнен в виде параллелограмма, содержащего подвижное 13 и неподвижное 14 основания, соединенные упругими ба- лочками 15, Упругий элемент может быть выполнен в виде упругого стержня или мембраны. Неподвижное основание 4 упругого элемента 6 жестко закреплено на буксировочной каретке 9. Подвижное основание 13 связано с вертикальными частями 2 и 3 вилки 1 гибкими связями 129 что обеспечивает свободу вертикальных перемещений подвижного основания 13 упругого элемента 6 при отклонении вертикальных частей 2 и 3 от первоначального положения В варианте, изображенном на , один из торцов гиб- .кой связи 12, выполненной в виде пластинчатой пружины} запрессован в паз 16 вертикальной части 2(3). Другой ее торец упирается в подвижное основание 13 упругого элемента 6.

Катуики 17 индуктивности электрического датчика 18 укреплены неподвижно на буксировочной каретке 9. Сердечник 19 датчика 18 жестко связан с упругим элементом 6. При выполнении гибкой связи согласно фиг.2 сердечник 19 укреплен на подвижном основании 13 упругого элемента 6. Крепление элементов датчика 18 осуществляется с помощью кронштейнов 20. Обмотки катушек 17 индуктивности подключены к электроизмеритель- ному прибору (не показаны).

Пример Вилка выполнена из дюрали. Высота-вертикальных частей 30 мм, горизонтальная часть имеет

длину 115 мм. Ширина всех частей 65 мм. Толщина вертикальных частей 15 мм, горизонтальной части 35 мм. В центре боковых поверхностей горизонтальной части в отверстиях диаметром 30 мм установлены подшипники. Шток имеет цилиндрическую форму, его диаметр 10 мм, длина 150 мм. Вдоль оси штока нанесена градуиро- вочная шкала с шагом 0,1 мм. Шток и груз выполнены из латуни. Груз выполнен в виде двух одинаковых цилиндров 75 мм высотой 10 мм. Вес каждого цилиндра 300 г.

Буксировочный нож выполнен из нержавеющей стали в виде полого крыла длиной 300 мм. Основания упругого элемента имеют длину 75 мм, ширину 65 мм. Толщина оснований 5 мм. Вертикальный балочки прямоугольного сечения 5-1,5 мм, длиной 50 мм располагаются по углам.оснований. Упругий элемент выполнен из закаленной стали. В качестве электрического датчика используют датчик ускорений ДУ-5С входящий в состав аппаратуры ВИ6-6ТН (ВИ-02-Б8ТУ).

Гибкие связи выполнены в виде . плоских стальных пластин 40-10 мм толщиной 0,2 мм. Свободные торцы пластин закруглены по радиусу 0,1 мм Ось выполнена из латуни. Длина оси 250 мм. Центральная часть длиной 65 мм имеет диаметр 10 мм под уста- новку подшипников. Диаметр концевых частей 7 мм.

Кронштейны для крепления электрического датчика изготовлены из дюра- ли, представляют собой стержни 30 5ж хЗ мм с основаниями 10-10-3 мм.

Буксировочная каретка представляет собой Н-образную конструкцию, выполненную из трех скрепленных между собой стальных пластин толщиной 10 мм. Две боковые пластины имеют форму трапеции с основаниями 300 и 200 мм и высотой 350 мм. Горизонтальная пластина мм установлена на расстоянии 100 мм от верхних кромок боковых пластин. В верхней части каждой боковой пластины укреплены оси двух колес, имеющих диаметр 100 мм. Расстояние между осями 150 мм. Колеса, установленные на одной из пластин, имеют V-образные пазы. Головка рельса имеет соответствующую пазам форму, что предотвраща780636

ет возможность горизонтальных смеще-; ний каретки.

Устройство работает следующим образом.

До начала измерений выполняют тарировку. По результатам тарировки строят график зависимости выходного сигнала 1 электрического датчика .JQ (силы тока) от величины нагрузки R на буксировочный нож

5

0

0

I f (Rx.

Такая зависимость для указанного примера приведена на фиг. 3. На рабочей . характеристике измерительного элемента (R ) выделяют три характерных участка (фиг.З): а - участок малой чувствительности, обусловленной на- личием трения в связях между элементами устройства; $ - рабочий участок; |э - участок перегрузки, соответствующий положению сердечника, при 5 котором один из воздушных зазоров в магнитных системах датчика равен нулю (дальнейшее перемещение сердечника невозможно).

Перед началом измерений производят серию контрольных замеров силы сопротивления для определения величины необходимой начальной.нагрузки на измерительный элемент, создаваемой системой груз - шток. Для этого шток 10 устанавливают со стороны вертикальной части 3 вилки 1. Стрелку электроизмерительного прибора выводят на О. На штоке 10 устанавливают груз 11. При этом момент силы тяжести G груза 11 создает начальную нагрузку на упругий элемент 6. Величина этой нагрузки регистрируется электроизмерительным прибором. Плечо t силы тяжести G груза 11 выбирают

. по начальному показанию 1Д электро- 5«измерительного прибора и тарировочному графику таким образом, чтобы начальная нагрузка на упругий элемент 6 соответствовала рабочему участку У характеристики (Rx) (т. А, фиг.З):

т Rx 1н

1 5

где Rx ддии- величина силы сопротивления, соответствующая нижней границе рабочего участка характеристики (Rx) (фиг.З);

5

0

0

714

1Ц - длина буксировочного ножа 5;

G - вес груза 11. Таким образом, исключают участок а малой чувствительности и обеспечивают работу измерительного элемента на рабочем линейном участке его характеристики.

Если во время контрольного замера сила сопротивления движению модели 7 (показание прибора) превышает значения, соответствующие рабочему участку & характеристики измерительного элемента, шток 10 устанавливают на вилке 1 со стороны вертикальной части 2, После установки на О стрелки электроизмерительного прибора на штоке 10 устанавливают груз 11. В этом случае момент силы тяжести G груза 11 направлен противоположно моменту силы сопротив

ления Ry и частично компенсирует его действие при движении модели.

При этом предварительно устанавливают обратную полярность на клеммах электроизмерительного прибора, так как при изменении положения штока 10 изменяется направление смещения сердечника 19 относительно катушек 17 электрического датчика 18 ,и направление тока в цепи датчика.

Величину плеча 1 силы G определяют по уравнению

1 .€. 5хл1 л111л 1 г

G

5

ем т,А на рабочем участке характеристики (Rx) является крайнее левое положение, при уменьшении величины сопротивления Кх(скорость падает) - крайнее правое.

После подготовительного этапа для проведения измерения силы сопротивления приводят в движение каретку 9. Возникающая при этом сила сопротивления R х движению модели 7 воспринимается буксировочным ножом 5. Под действием момента силы R вилка 1 поворачивается на горизонтальной оси 8, а ее вертикальные части 2 и 3 отклоняются от первоначального положения на угол, пропорциональный величине момента.

Отклонение вертикальных частей 2 и 3 вызывает смещение гибкой связи 12, под действием которой подвижная часть 13 упругого элемента 6 смещается относительно его неподвижной части 14. В результате деформа5 ции упругого элемента 6 изменяются воздушные зазоры в магнитных системах электрического датчика 18. Электрический сигнал с датчика 18 регистрируется электроизмерительным прибором.

0 Значение измеряемой силы сопротивления определяют в соответствии с выражением

0

R., R

,а Ц ,

Изобретение относится к техническим средствам экспериментальной гидродинамики и может быть использовано для измерения сил сопротивления движению моделей. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых сил. Динамометрическое буксировочное устройство содержит буксировочный нож с укрепленной на нем моделью и измерительный элемент, связанный с моделью. Устройство содержит шарнирно закрепленную на горизонтально расположенной оси втулку, включающую горизонтальную и вертикальные части, и шток с грузом, установленным на нем с возможностью перемещения. Шток закреплен на горизонтальной части вилки , которая жестко связана с буксировочным ножом. Измерительный элемент выполнен в виде упругого элемента, связанного с вертикальными частями вилки посредством гибких связей, и электрического датчика, включающего две неподвижно закрепленные катушки индуктивности и сердечник, жестко связанный с упругим элементом. 3 ил.

где R.

К ЛЛСЦКс

величина силы сопротивления, соответствующая верхней границе рабочего участка характеристики (Rx) (фиг.З, тарированный график не изменяется при изменении направления нагружающего усилия на измерительный элемент 6). Контрольный замер повторяют необходимое число раз, пока нагрузка на измерительный элемент не будет соответствовать рабочему участку характеристики (Rx) (т.А, фиг.З). При этом плечо 1 силы G каждый раз увеличивают на величину, определяемую по приведенному выше уравнению. Длину плеча 1 устанавливают на штоке 10 по градукровочной шкале.

При росте величины сопротивления RX от измерения к измерению (скорость движения модели возрастает) наиболее предпочтительным положени-

5

где I

0

- показание электроизмерительного прибора в ходе испытанийj

RX()- соответствующее значение силы сопротивления, определяемое по рабочей характеристике (Rx) (фиг.З) ,

причем в формуле ставят знак -, если шток 10 установлен со стороны вертикальной части 3 вилки 1, и знак +, если шток 10 установлен со стороны вертикальной части 2.

Формула изобретения

Динамометрическое буксировочное устройство, содержащее буксировочный нож с укрепленной на одном из его концов моделью и измерительный элемент, связанный с другим концом буксировочного устройства, отличающееся тем, что, с целью растирания диапазона измеряемых сил, устройство содерижт шарнирно закрепленную на горизонтально расположенной оси вилку, включающую горизонтальную и вертикальные части и шток с грузом, установленным на нем с возможностью перемещения, при этом шток Закреплен на горизонтальной части вилки, которая жестко связана

1В 20 2°/«

с буксировочным ножом, а измерительный элемент выполнен в виде упругого элемента, связанного с вертикальными частями вилки посредством гибких связей, и электрического датчика, включающего две неподвижно закрепленные катушки индуктивности и сердечник, жестко связанный с упругим элементом.

Фи.г. 7

Ю гО 30 40 50 60

Фиг.З

Фиг. 2