Устройство Байнатова Ж.Б. для измерения максимального усилия Советский патент 1991 года по МПК G01L1/04 G01L7/00 

Изобретение относится к исследованию воздействий ударной волны, например, снежной лавины или селевой массы на различные виды сооружений.

Цель изобретения-повышение эксплуатационной надежности и точности измерения давления селевого потока.

На фиг.1 показано устройство общий вид ; на фиг,2 - то же, со стороны верхнего

бьефа ; на фиг. 3 - разрез А-А; на фиг. 2; на фиг.4 - разрез Б-Б, на фиг.2; на фиг.5 - разрез В-В нафиг.4; на фиг.6 разрез Г-Г на фиг.З; на фиг, 7 - то же поперечный разрез; на фиг.8 -фрагмент устройства со штоками и пружиной ; на фиг.З - фрагмент устройства шарика с пружиной; на фиг. 10 - соединение троса с дном корпуса и подвижной пластинкой; на фиг. 11 - вариант регистрирующего

механизма в виде стрелки и дугообразной шкалы; на фиг.12 и 13 - возможные внешние формы устройства.

Устройство состоит из силовосприни- мающего элемента (СВЭ) в виде стакана 1 с дном 2, насаженного на корпус в виде усеченно-конусообразного сердечника 3 посредством утопающих шариков 4, расположенных в несколько рядов по периметру сердечника 3 в цилиндрическом отверстии 5 с пружиной 6, На усеченном торце сердечника 3 установлены штоки 7 с толкателем 8 и крышкой 9, проходящими через продольные пружины 10 вглубь сердечника 3, а продольная ось сердечника 3 имеет канал 11 для троса 12, один конец которого посредством шарнира 13 соединен с дном 2 корпуса 1, а второй конец троса свободно соединен с круглой пластинкой 14, с отверстием 15, которая помещена в специальном цилиндре 16, снабженный кольцеобразным упорным фиксатором 17. Свободные концы цилиндрического СВЭ 1 соединены с опорной пластинкой 18 посредством упругого гофрированного материала 19 и снабжены внутри кольцеобразным фиксатором 20. Внутренняя поверхность цилиндрического СВЭ 1 строго описывает форму сердечника 3. Опорная пластинка 18 снабжена отверстиями 21 для заанкеровки устройства к инженерным сооружениям.

В другом варианте исполнения в цилиндре 16 сердечника 3 можно в вмонтировать дугообразную шкалу 22 с двойной стрелкой 23. Цилиндр 16 имеет наблюдательное окошко 24, закрытое гофрированным материалом 19.

Устройство работает следующим образом

При воздействии ударной волны (селевого потока, снежной лавины) СВЭ 1 перемещается вдоль сердечника 3, закрепленного на опорной пластинке 18, при этом-штоки 7 и боковые шарики 4 утопаются, оказывая сопротивление движению СВЭ 1, которое вынуждает перемещение троса 12 вдоль канала 11, при этом трос 12 приникает через центральное отверстие 15 в круглой пластинке 14. Глубина проникновения характеризует силы давления. При возврате СВЭ 1 в исходное положение круглая пластинка 14 с тросом 12 свободно перемещается в цилиндре 16 в направлении СВЭ. При повторном сильном ударе селевого потока круглая пластинка 14, перемещаясь, упирается на кольцеобразный фиксатор 17, при этом трос 12 еще дальше проникает в отверстие 15 круглой пластинки 14. Проникновение осуществляется или вращением троса 12, или вращением круглой пластинки 14 за счет спиралеобразной поверхности троса 12, Такой характер проникновения троса 12 в пластинку 14 связан с движением вращения и линейное

перемещение СВЭ 1,

При использовании дугообразной шкалы 22 одна из ее стрелок 23 перемещается только вперед, оставаясь на фиксированном месте при возврате СВЭ 1 в исходное

0 положение, а вторая стрелка 23 возвращается назад с СВЭ 1, так как она соединена с тросом 12. Деление шкалы 22 обрабатывается специальным раствором, фиксирующим и передающим сигнал о прохождении

5 стрелки 23. Сигнал поступает в измерительный прибор для записи. В других вариантах в месте круглой пластинки 14 и дугообразной шкалой 22 (не показаны) ставятся упругая балка с наклеенными

0 тензорезисторами на подобие (2,5) или механический силомер.

Устройство предварительно тарируется на динамическом стенде на расчетные ударные нагрузки в зависимости от скоро5 сти селевого потока. Шарнирное 13 соединение троса 12 с СВЭ 1 связано с тем, что СВЭ 1 при взаимодействии с селевым потоком вращается линейно-поступательно, перемещаясь как в продольном, так и в

0 поперечном направлениях. При таких сложных перемещениях СВЭ 1 шарнир 13 обеспечивает тросу 12 свободное движение.

Использование троса 12 связано с тем,

5 что он как податливый материал более приспособлен на различные виды воздействия и исключает заклинивания при движении его через продольный канал 11 сердечника 3 и как спиралеобразный стержень, враща0 ясь сам или заставляя вращаться круглую пластинку 14, проникает в отверстие 15.

Круглая пластинка 14 устанавливается в упор на кольцеобразный фиксатор 17, с таким расчетом, чтобы при малейшем пе5 ремещении СВЭ 1 трос 12 мог проникнуть в отверстие 15 пластинки 14.

Для регулирования глубины цилиндра 16 переставляется фиксатор 17 в другие желобы.

0 Для периодического наблюдения за перемещением троса 12 в цилиндре 16 на сердечнике 3 предусмотрено боковое окошко 24, прикрытое гофрированным материалом 19, который защищает измери5 тельный механизм 14,22 от проникновения различных примесей и от атмосферных воздействий. Толкатель 8 штока 7 с пружиной 10 перемещается только вглубь сердечника 3, а для устранения перемещения толкателя в обратном направлении установлена крышка 9, Штоки 7 при состоянии покоя слегка прикасаются ко дну 2 СВЭ 1. При сборке устройства сначала устанавливаются все поперечные и продольные пружины 6 и 10 шарики 4, штоки 7 и одевают на сердечник 3 СВЭ 1 и его положение фиксируется кольцеобразным фиксатором 20, который препятствует выскакиванию СВЭ 1 при обратном перемещении его. Фиксатор 20 при первоначальном положении должен прикасаться к крайним рядам шариков 4.

При установке дугообразной шкалы 22 одна стрелка 23 синхронно перемещается с СВЭ 1, так как одна соединена с тросом 12, а другая, не связанная с тросом 12, перемещается за счет стрелки, соединенной с тросом 12 и фиксирует только максимальное показание шкалы 22.

Жесткость устройства зависит от количества пружин 6 и 10 и их диаметров. Устройство приспособлено для измерения давления селевого потока любой мощности.

Установка в цилиндре 16 разновидностей измерительных механизмов зависит от цели постановленных задач, отдаленности от источника питания и продолжительности времени измерения давления.

Внешняя форма устройства может быть сферической, прямоугольной и т.д. (фиг. 12 и 13).

В качестве гофрированного материала можно использовать кольцеобразные податливые материалы, расположенные телескопически, щель между СВЭ 1 и сердечником 3 регулируется диаметром шариков 4 в зависимости от мощности ударов.

Количество рядов шариков 4 по периметру сердечника 3 не должно быть но меньше двух, а количество шариков 4 в каждом ряду должно быть не менее трех. Такое максимальное число шариков и их рядов связано с тем, чтобы цилиндрически корпус при взаимодействии с селевым потоком перемещался параллельно относительно сердечника, не допуская заметных перекосов. Количество штоков 7 должно быть не менее трех. Это связано с тем, чтобы улавливать случайные перекосы корпуса и устанавливать качественный характер распределения давления потока по периметру дна корпуса.

Шарики и штоки должны быть установлены симметрично. Симметричность нужна для сохранения парараллельности движения корпуса относительно сердечника, а также для создания равнопрочности несущих элементов устройства.

Круглая форма подвижной пластинки 14 позволяет свободное вращение и перемещение ее вдоль цилиндра 16.

Для определения давления потока по

высоте и ширине русла к сооружению прикрепляется несколько устройств. В случае занесения устройства селевыми отложениями его извлекают из-под слоя и по глубине проникновения троса 12 в отверстия 15

0 круглой пластинки 14 и по данным тариро- вочной таблицы устанавливают давления на расчетный участок сооружения,

Применение предложенного технического решения повышает эксплу5 атационную надежность устройства за счет обтекаемости и упрощений внешней формы конструкции исключения примесей во внутрь, заклинивания, усталостных напряжений и замедления процесса корро0 зирования деталей устройства; повышает точность измерения за счет улавливания любых незначительных движений корпуса, изоляции чувствительных элементов измерительного механизма от корпуса и от

5 атмосферных воздействий, при этом уменьшается их влияние на показание прибора и за счет многовариантности измерительного механизма.

Формула изобретения

01. Устройство для измерения максимального усилия, содержащее корпус, на котором закреплен датчик максимального перемещения, силовоспринимающий элемент с возвратным механизмом, ус5 тановленный с возможностью продольного перемещения относительно корпуса и связанный с датчиком максимального перемещения, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, в нем силовосп0 ринимающий элемент выполнен в виде ци- линдрического стакана с коническим внутренним отверстием, корпус выполнен в виде размещенного с зазором внутри стакана усеченного конуса сквозным осевым

5 и глухими радиальными отверстиями, расположенными вдоль образующей и равномерно по периметру поверхности конуса, причем малое основание усеченного конуса обращено ко дну стакана, возвратный ме0 ханизм выполнен в виде подпружиненных шариков, установленных в радиальных отверстиях корпуса, при этом свободный торец стакана связан с корпусом через прокладку из упругого материала, а дат5 чик максимального перемещения связан с силовоспринимающим элементом через гибкую связь, размещенную в сквозном осевом отверстии усеченного конуса.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю ще е- с я тем, что в него введены подпружиненные штоки, установленные на малом основании усеченного конуса и обращенные ко дну стакана, и ограничитель перемещения

в виде кольцевой шайбы, установленной на внутренней конической поверхности сило- воспринимающего элемента.

N

Изобретение относится к исследованию воздействий ударной волны, например снежной лавины или селевой массы, на различные виды сооружений. С целью повышения эксплуатационной надежности и точности измерения давления селевого потока устройство состоит из силовоспринимающего элемента (СЭ) в виде стакана 1 с дном 2, насаженного на усеченно-конусообразный корпус-сердечник 3 посредством утопающих шариков, расположенных в несколько рядов по периметру сердечника 3 в отверстии с пружиной. На усеченном торце сердечника 3 установлены штоки 7 с толкателем и крышкой, проходящими через пружины 10 в глубь сердечника 3, а продольная ось сердечника 3 совмещена с каналом 11 для троса 12, один конец которого посредством шарнира 13 соединен с дном 2 СЭ 1, а другой конец троса 12 свободно соединен с круглой пластинкой 14 с отверстием, которая помещена в специальном цилиндре 16, снабженном кольцеобразным упорным фиксатором 17. Свободные концы СЭ 1 соединены с опорной пластинкой 18 посредством упругого гофрированного материала 19 и снабжены внутри кольцеобразным фиксатором 20. Опорная пластинка 18 снабжена отверстиями 21 для заанкеровки устройства к инженероным сооружениям. В другом варианте исполнения в цилиндр 16 сердечника 3 можно вмонтировать дугообразную шкалу с двойной стрелкой и цилиндр имеет наблюдательное окошко, закрытое гофрированным материалом 19. 1 з.п. ф-лы, 13 ил.

2

7

Г

4

Фиг./

Л

i

g-S

a M Jfiutf

Ж У Г///у|р

я-д

Фигл

0/tf.

A-/

Фиг. 6

Фиг. 8

Ъ7/Ж

(pve.ff

23 22

Фиг. 11

Составитель М.Жуков Техред М.Моргентал

Корректор О. Кундрик

Редактор А.Долинич

Заказ 2911Тираж 338Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Фиг. 10

Я3иг. 12

Фиг. 13

Корректор О. Кундрик