PL207905B1

PL207905B1 - Extensiometric pressure dynamometer

Info

Publication number: PL207905B1
Application number: PL377363A
Authority: PL
Inventors: Jan Szymczak
Original assignee: Ct Techniki Okrętowej Społka Akcyjna
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2011-02-28
Also published as: PL377363A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest dynamometr tensometryczny naciskowy, wykorzystujący odkształcenia sprężyste elementu pomiarowego. Dynamometr ten służy do pomiaru siły nacisku, szczególnie do pomiaru bardzo dużej siły, rzędu kilkuset ton. Dynamometr znajduje zastosowanie zwłaszcza w budownictwie okrętowym, maszynowym, drogowym i wszędzie gdzie istnieje konieczność mierzenia bardzo dużych sił nacisku wywołanych różnymi obciążeniami.The subject of the invention is a strain gauge pressure dynamometer that uses elastic deformation of the measuring element. This dynamometer is used to measure the pressure force, especially to measure very high force, in the order of several hundred tons. The dynamometer is used especially in shipbuilding, machinery and road construction and wherever it is necessary to measure very high pressure forces caused by various loads.

W technice pomiarowej sił nacisku znane są dynamometry wykorzystuj ą ce odkształ cenia sprę żyste elementu pomiarowego, a rolę czujników odkształceń pełnią elementy tensometryczne umieszczone na symetrycznie zginanych powierzchniach tego elementu i równolegle do kierunków działania mierzonych sił.In the pressure force measurement technique, dynamometers that use elastic deformation of the measuring element are known, and strain gauges are used as strain gauges placed on symmetrically bent surfaces of this element and parallel to the directions of the measured forces.

Z polskiego opisu patentowego nr PL 91.351 znane jest rozwiązanie pomostu ważącego, przeznaczonego do pomiaru dużych ciężarów, takich jak ciężkie pojazdy. Pomost ten jest podparty belkami sprężystymi w czterech punktach, leżących w wierzchołkach czworoboku. Na belkach sprężystych są umieszczone po dwa elementy tensooporowe w taki sposób, że jeden z nich podlega działaniu naprężeń ściskających, a drugi rozciągających. Elementy tensooporowe są połączone elektrycznie w układ mostkowy, w którym w przeciwległych gałęziach znajdują się pary elementów tansooporowch podlegających jednakowemu charakterowi naprężeń.The Polish patent specification No. PL 91.351 discloses a solution for a weighing platform designed to measure large weights, such as heavy vehicles. This platform is supported by elastic beams at four points, lying at the vertices of the quadrilateral. Two tensile resistance elements are placed on the spring beams in such a way that one of them is subjected to compressive stress and the other to tensile stress. The tenso-resistance elements are electrically connected in a bridge system, in which in opposite branches there are pairs of tanso-resistance elements subject to the same stress pattern.

Inne znane rozwiązanie z polskiego opisu patentowego nr PL 114.689, dotyczy samonastawnego dynamometru tensometrycznego. Ten dynamometr jest złożony z korpusu i elementu pomiarowego z naklejonymi tensometrami oraz z czopa kulistego podpory. Element pomiarowy jest o postaci grubej płyty kołowej, która na płaskiej stronie ma element pośredni osadzony w łożysku. Element pośredni jest wyposażony w gniazdo do umieszczenia czopa kulistego podpory.Another known solution from the Polish patent specification No. PL 114,689 concerns a self-adjusting strain gauge dynamometer. This dynamometer consists of a body and a measuring element with glued strain gauges and a spherical pin of the support. The measuring element is in the form of a thick circular plate which has an intermediate piece on the flat side embedded in the bearing. The intermediate piece is equipped with a seat for the spherical pin of the support.

Znane rozwiązania są przystosowane jedynie do pomiaru sił nacisku rzędu kilku ton, nie nadają się jednak do pomiaru obciążeń znacznie większych.Known solutions are only suitable for measuring pressure forces in the order of a few tons, but are not suitable for measuring much greater loads.

Istotą wynalazku jest dynamometr, zawierający dwie głowice o różnej średnicy, przy czym każda z głowic ma na jednej ze swoich powierzchni wpusty kołowe, a pomiędzy tymi głowicami jest usytuowany przetwornik tarczowy, mający na swojej górnej i dolnej powierzchni wypusty kołowe o różnej średnicy współpracujące z wpustami kołowymi głowic, a ponadto przetwornik tarczowy na poziomych powierzchniach płaskich ma przynajmniej po jednej parze tensometrów i w każdej takiej parze tensometry są usytuowane w kierunkach wzajemnie prostopadłych.The essence of the invention is a dynamometer consisting of two heads of different diameters, each of the heads having circular grooves on one of its surfaces, and between these heads there is a disc transducer, having on its upper and lower surfaces circular projections of different diameter cooperating with the grooves circular heads, and in addition, the disc transducer has at least one pair of strain gauges on horizontal flat surfaces, and in each pair of strain gauges, the strain gauges are arranged in mutually perpendicular directions.

W korzystnym rozwiązaniu wynalazku głowice mają kształt stożków ściętych, a w szczególnie korzystnym rozwiązaniu, głowice o kształcie stożków ściętych mają na swoich górnych i dolnych powierzchniach wycięcia kołowe.In a preferred embodiment of the invention, the heads are frusto-conical, and in a particularly preferred embodiment, the frusto-conical heads have circular cuts on their upper and lower surfaces.

W szczególnym rozwią zaniu wynalazku wypusty i wpusty kołowe są wzajemnie spasowane na wcisk.In a particular embodiment of the invention, the tongues and circular grooves are mutually interference fit.

Innym szczególnym rozwiązaniem wynalazku jest wyposażenie głowic w uszczelnienia na obwodzie ich wpustów.Another special solution of the invention is to provide the heads with seals around the circumference of their grooves.

Działające pionowo siły nacisku na dynamometr powodują odkształcenia gnące kołowo-symetryczne przetwornika tarczowego, a pomiar tych odkształceń jest wykorzystany do określenia i rejestracji w czasie oddziałujących sił nacisku. Występujący w przetworniku tarczowym moment gnący jest proporcjonalny do siły nacisku oraz różnicy średnic zgrubień utworzonych przez jego wypusty, pomiędzy wewnętrzną średnicą zgrubienia dolnego i zewnętrzną średnicą zgrubienia górnego.Vertical pressure forces acting on the dynamometer cause circular-symmetric bending deformations of the disc transducer, and the measurement of these deformations is used to determine and record the acting pressure forces over time. The bending moment occurring in the disk transducer is proportional to the pressure force and the difference in diameter of the beads formed by its tabs, between the inner diameter of the lower bead and the outer diameter of the upper bead.

Dzięki wcięciom kołowym głowic, siły nacisku na przetwornik tarczowy przenoszą się poprzez jego obwodowe wypusty na powierzchnię przetwornika równomiernie i w wyniku, cała środkowa część tarczy przetwornika jest obciążona w każdym kierunku naprężeniami stałymi.Due to the circular indentations of the heads, the pressure forces on the disk transducer are transferred through its peripheral projections to the surface of the transducer evenly and as a result, the entire central part of the transducer disk is loaded with constant stresses in each direction.

Kształt stożka ściętego głowic zapewnia dodatkowo przeniesienie miejscowego, punktowego obciążenia, w równomiernie rozłożone na obwodzie przetwornika tarczowego. Zapobiega to względnym przemieszczeniom stycznym głowic względem tarczy przetwornika. Takie względne styczne przemieszczanie się głowic w stosunku do wypustów przetwornika, mogące wystąpić pod wpływem obciążeń zmiennych w czasie spowodowanych przykładaniem i odejmowaniem siły nacisku, zwiększałoby pętlę histerezy mierzonych wielkości. Efektem tego, przy odciążaniu dynamometru byłoby zawyżanie wartości mierzonych w stosunku do obciążenia rzeczywistego.The truncated cone shape of the heads additionally transfers the local, point load to the evenly distributed disc transducer around the circumference. This prevents relative tangential displacements of the heads with respect to the transducer disk. Such a relative tangential movement of the heads with the splines of the transducer, which may occur under time-varying loads caused by the application and subtraction of pressure force, would increase the hysteresis loop of the measured quantities. The effect of this, while unloading the dynamometer, would be to overstate the measured values in relation to the actual load.

Temu samemu celowi służy spasowanie głowic z tarczą przetwornika na wcisk, które dodatkowo zapobiega ich wzajemnemu przemieszczaniu się pod wpływem zmiennych nacisków, występujących w trakcie przeprowadzania pomiarów.The same purpose is achieved by the interference fit of the heads with the transducer disk, which additionally prevents their mutual displacement under the influence of variable pressures occurring during the measurements.

PL 207 905 B1PL 207 905 B1

Zwiększenie dokładności pomiaru można uzyskać przez zwielokrotnienie liczby par tensometrów, z których otrzymywane mierzone wielkości podlegają uśrednieniu.Increasing the measurement accuracy can be obtained by multiplying the number of strain gauge pairs from which the measured quantities are averaged.

Dzięki zastosowaniu uszczelnień dynamometr może pracować w warunkach podwodnych.Thanks to the use of seals, the dynamometer can work in underwater conditions.

Wynalazek jest wyjaśniony w przykładzie wykonania dynamometru do pomiaru sił nacisku pod wodą i jest uwidoczniony na rysunku, którego fig. 1 przedstawia schematyczny przekrój poprzeczny dynamometru, natomiast fig. 2 przedstawia jego widok z góry.The invention is elucidated in an embodiment of a dynamometer for measuring contact forces under water and is illustrated in the drawing in which Fig. 1 shows a schematic cross-section of the dynamometer and Fig. 2 shows a top view thereof.

Przedstawiony na fig. 1 dynamometr składa się z pierwszej głowicy 1 o kształcie stożka ściętego z wycięciami kołowymi 2 i 2' na górnej i dolnej powierzchni, z drugiej głowicy 3, także o kształcie stożka ściętego z wycięciami kołowymi 4 i 4' na górnej i dolnej powierzchni oraz z umieszczonego pomiędzy tymi głowicami przetwornika tarczowego 5, który na swoim obrzeżu ma wypusty kołowe 6 i 6' o różnej ś rednicy. Głowice mają różne średnice i każda na swoim obrzeżu współpracującym z przetwornikiem tarczowym 5, ma wpusty kołowe 7 i 7', które są dostosowane kształtem do współpracy z odpowiadającymi im wypustami kołowymi 6 i 6' tego przetwornika. Na górnej i dolnej powierzchni przetwornika tarczowego 5 są naklejone tensometry 8 i 8' w kierunkach względem siebie prostopadłych w każdej parze. Na obwodzie wpustów kołowych 7 i 7' głowic dynamometr jest zaopatrzony w uszczelnienia 9 i 9'.The dynamometer shown in Fig. 1 consists of a first frustoconical head 1 with circular cuts 2 and 2 'on the upper and lower surfaces, and a second head 3 also frustoconical with circular cuts 4 and 4' on the upper and lower surfaces. surface and a disc converter 5 arranged between these heads, which on its periphery has circular projections 6 and 6 'of different diameter. The heads have different diameters and each on its periphery cooperating with the disc transducer 5 has circular keys 7 and 7 'which are shaped to cooperate with the corresponding circular projections 6 and 6' of that transducer. Strain gauges 8 and 8 'are glued to the upper and lower surfaces of the disk transducer 5 in directions perpendicular to each other in each pair. On the circumference of the circular keys 7 and 7 'of the heads, the dynamometer is provided with seals 9 and 9'.

Rozwiązanie według wynalazku pozwala na mierzenie bardzo dużych sił nacisku obiektów bardzo dużych i o dużym ciężarze. Szczególnie nadaje się do monitorowania obciążeń występujących na progu pochylni stoczniowej w trakcie wodowania jednostki pływającej, dla zapewnienia kontroli zachowania dopuszczalnych wartości projektowych obciążeń takich pochylni. Podobnie przykładowo wynalazek może znaleźć zastosowanie w pomiarach obciążeń torów przez ciężkie składy trakcyjne, a także wszędzie tam, gdzie występują bardzo duże siły nacisku i konieczność monitorowania i rejestracji w czasie takich obciąże ń .The solution according to the invention makes it possible to measure very high pressure forces of very large and heavy objects. It is particularly suitable for monitoring loads occurring at the threshold of a shipyard's slipway during the launching of a vessel, in order to ensure control of compliance with the permissible design load values for such slipways. Similarly, for example, the invention may find application in the measurement of track loads by heavy traction sets, as well as wherever there are very high pressure forces and the need to monitor and record such loads during such loads.

Claims

1.A strain gage dynamometer comprising a measuring element provided with mutually perpendicular strain gauges, characterized in that it has two heads of different diameter - the first head (1) and the second head (3), preferably of truncated cone shape, and each of the heads has on one of its surfaces circular inlets (7) and (7 '), and between these heads there is a disc transducer (5), which has circular splines (6) on its upper and lower surfaces and (6 ') of different diameters cooperating with circular keys (7) and (7') of the heads, respectively, moreover, the disk transducer (5) on horizontal flat surfaces has at least one pair of strain gauges (8) and (8 ') each other in perpendicular directions.

Dynamometer according to claim 1, characterized in that the circular projections (6) and (6 ') and the circular keys (7) and (7') are mutually interference fit.

Dynamometer according to claim 1 or 2, characterized in that each of the heads, at least on one of its flat surfaces, has circular cutouts (2) and (2 '), (4) and (4').

Dynamometer according to claim 1, 2 or 3, characterized in that each of the heads has seals (9) and (9 ') on the circumference of the circular grooves (7) and (7').