Устройство для измерения сил и моментов Советский патент 1991 года по МПК G01L1/22 

i-

Изобретение относится к технике для измерения сил и моментов и может быть использовано для динамометрирования почвообрабатывающих и посевных машин, а тякже их рабочих органов.

Цель изобретения - повышение чувствительности и расширение диапазона измерений.

На чертеже изображена кинематическая схема устройства.

Устройство содержит жесткие элементы 1 и 2 крепления и шесть торсионов 3-8, на которых установлены тензодатчики 9 по схеме, обеспечивающей измерение деформации кручения. Торсионы 3 и 4 распсложе- ны в продольно-вертикзльной координатной плоскости ZOX. торсионы 5 и 6 - в поперечно-вертикальной координатной плоскости ZOY, торсионы 7 и 8 - в гори зонтальной координатной плоскости XOY. Торсионы 3-8 закреплены в стаканах 10 и опираются на два подшипника 11, установленных в стакане 10. На элементе 1 крепления закреплен динамометрический рабочий орган 12, а посредством элемента 2 крепления устройство устанавливается на трактор (не показано).

Устройство работает следующим образом.

Нагрузка, приложенная к рабочему органу 12, через элемент 1 крепления и стаканы Юпередается на торсионы 3-8. При этом торсионы 3 и 4 не воспринимают составляющую RZ нагрузки, торсионы 5 и 6 - состав- ляющую RY нагрузки, а торсионы 7 и 8 - составляющую RX нагрузки. Это обусловлено тем, что упомянутые составляющие параллельны осям соответствующих торсионов и поэтому не создают крутящие моменты, закручивающие торсионы. Скручивание торсионов 3 и 4 обусловлено составляющими RX и RY, торсионов 5 и 6 - составляющими RX и RZ, торсионов 7 и 8 - составляющими Ry и RZ. Кроме того, поскольку каждый торсион опирается на подшипники 11, то изгибающий момент воспринимается этими подшипниками, а торсион воспринимает только крутящий момент, который фиксируется преобразователями деформации (тензодатчиками) 9.

Расчетными являются следующие уравнения:

Rx liY + RYhx Mi;(1)

Rx I2Y J- Rvlax Мг;(2)

Rx laz + Rzbx M3;(3)

Rx Uz + RzUx Мл;(4)

Rv isz + RzlsY Ms;(5)

RY lez + RzleY M6;(6)

где IIY и Их - плечи составляющих Rx и RY относительно торсиона 3;

10

15

20

25

30

3540

45

50

I2V и I2X плечи составляющих RX и RY относительно торсиона А;

132 и 1зх - плечи составляющих Rx и RZ относительно торсиона 5;

Uz и Цх - плечи составляющих RX и RZ относительно торсиона 6;

Isz и ISY - плечи составляющих RY и RZ относительно торсиона 7;

lez и lev - плечи составляющих RY и RZ относительно торсиона 8;

Mi - Me - показания измерительных звеньев (торсионов) 3-8, характеризующие соответствующие моменты кручения.

После вычитания уравнений (1), (3) и (5) из уравнений (2), (4) и (6) получается

RxOav - MY) + Rv(l2x - hx) М2 - Mi: (7) Rx(Uz - laz) + Rzllix - 1зх) M4 - Мз; (8) Rv(l6Z - Isz) + RzOeY - ISY) Me - Ms . (9) Поскольку -.срсисны З и 4 расположены в координатной плоскости XOZ, то

l2Y lw.(10)

Аналогично расположение торсионов 5 и 6 в плоскости YOZ, торсионов 7 и 8 - в плоскости XOY позволяет записать

Ux-bx:(11)

lez-Isz.(12)

С учетом выражений (10) - (12) уравнения (7) - (9) приводятся к виду

Rv(l2X-hx)-M2-Mi;(13)

Rx(Uz - laz) М4 - М3 :(1.4)

RzOeY - ISY) Me - М5.(15)

Выражения, стоящие в скобках левых частей выражений (13) - (15), являются константами, так как определяют расстояние между осями торсионов 3 и 4, торсионов 5 и 6,торсионов 7 и 8.

l2x-hx a;(16)

Uz-l3Z b;(17)

lev - ISY с.(18)

Из равенств (13) - (15) с учетом (16) - (18} определяют значения составляющих главного вектора:

Rv (M2-Mi)/a; Рх (М4-Мз)/Ь; Rz - (Мб - М5)/с. Для определения ного момента необходимо учесть, что составляющая главного момента MX определяется векторами RY и Rz, MY - векторами RX и Rz, a MZ - векторами R и Ry .

(19) (20)

(21) составляющих главRY VRY + Rz2;

5 Rx /Rx2 + Rzz;

Rx Можно записать, что Rxv hz Mi; Rxz hv Мз; Ryz hx Ms;

(22) (23) (24)

(25) (26) (27)

где hz, hv и hx - плечи усилий Rxv. Rxz и RYZ соответственно относительно осей торсио- нов 3, 5 и 7.

Отсюда следует, что

hz-Mi/Pxv;(28)

hv-M3/Pxz;(29)

hx - Ms/Pvz.(30)

Если выразить усилия RXY, Rxz и RYZ через показания (Mi - Me), то получим

RXY - /(M4-M3)2/b2 + (M2-Mi)2/a2 (М4 - Мз)2 + Ь2(М2 - Mi)2 /ab. ( 31) Аналогично для RXZ и RYZ получим

Rxz - С2(М4 - Мз)2 + Ь2(М6 - М5)2/Ьс; (32)

RYZ - /с2(М2 - Mi)2 + а2(Мб - М5)2/эс. (33) После подстановки (31) - (33) в (28) - (30) получим

hz abMi/Va2(M4 - Мз)2 + Ь2(М2 - Mi)2; (34) hy ЬсМз//с2(М - Ь2(М6 - Msj2; (35)

hx acMs//c2(M2 - Mi)2 + а2(Мб - (36) Таким образом, выражения (19) - (21) определяют составляющие главного вектора как функции показаний измерительных звеньев (торсионов) и констант устройства

(s, b, с), а совместно с уравнениями (34) - (36) определяют составляющие главного момента.

Из шести торсионов в одной плоскости

должно быть расположено не более трех, а все шесть должны быть расположены не менее чем в трех непараллельных плоскостях.

Формула изобретения

1,Устройство для измерения сил и моментов, включающее два жестких элемента крепления, соединенных шестью измерительными звеньями, снабженными преобразователями деформации, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения диапазона измерений, измерительные звенья выполнены в виде последовательно соединенных

торсионов, при этом связи элементов крепления с торсионами и торсионов между собой выполнены жесткими, причем не более трех измерительных звеньев расположены в одной плоскости, а все шесть - не менее

чем в трех непараллельных плоскостях.

2.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что, с целью уменьшения влияния побочных силовых факторов на результаты измерения, каждый торсион снабжен стакэном, связанным с ним при помощи подшипниковых опор.

Изобретение относится к технике для измерения сил и моментов и может быть использовано для динамометрирования почвообрабатывающих и посевных машин, а также их рабочих органов. Цель изобретения - повышение чувствительности и расширение диапазона измерений. Нагрузка, приложенная к рабочему органу 12, через элемент 1 крепления и стаканы 10 передается на торсионы 3-8, содержащие преобразователи дефорормации (тензодатчики) 9. При этом не более трех измерительных звеньев расположены в одной плоскости, а все шесть - не менее чем в трех непараллельных плоскостях. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. Ю ё Os $ СЬ 00