Urzadzenie do pomiaru sil statycznych, zwlaszcza do pomiaru sil reakcji podpór w taborze kolejowym Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do po¬ miaru sil statycznych, w szczególnosci sil reakcji podpór w taborze kolejowymi, zawierajace rucho¬ my tlok pomiarowy, unieruchamiany pomiedzy gra¬ nicami zakresu pomiarowego, oraz elemenit kon¬ strukcyjny wywolujacy zmiany cisnienia i objetosci oraz Wskaznik mierzonego cisnienia.Szybki rozwój techniki przynosi ze soba rosnace znaczenie pomiaru sil. Stosowane w eksploatacji znane urzadzenia do pomiaru sil nie spelniaja za¬ dan, które stawia przed nimi rozwój techniki, a mianowicie w praktycznych pomiarach technicz¬ nych wymagane jest, azeby urzadzenia pomiarowe mierzyly zawsze dokladnie, bez wplywu zmian zja¬ wisk towarzyszacych. Poza itym pomiary musza byc odtwarzalne i powinny byc dokonywane w sposób szybki i bezpieczny. Od urzadzen pomiarowych wy¬ maga sie ponadto, aby byly nieduze, tanie, trwale i wygodne do transportowania. Glówna wada zna¬ nych urzadzen do pomiaru sil statycznych jest ich niedokladny pomiar.Dokladnosc znanych urzadzen pomiarowych i pu¬ szek pomiarowych jest bowiem uzalezniona od wielu czynników. Wsród czynników wplywajacych na dokladnosc pomiaru wystepuje prawie zawsze uchyb ilinioWosci, uchyb hisiterezy, odtwarzalnosci, pelzanie punktu zerowego w zaleznosci od tempe¬ ratury, pelzanie podczas obciazenia, pelzanie polo¬ zenia zerowego, jak równiez uchyby wskutek roz¬ mieszczenia obciazenia, a w pierwszym rzedzie 10 25 30 wskutek bocznych obciazen, wzglednie momentów zginajacych, pojawiajacych sie w przypadku mi- mosrodowego zainstalowania urzadzenia pomiaro¬ wego.Uchyb powstaje najczesciej z powodu niedosta¬ tecznej dokladnosci wykonania urzadzen, z powodu róznych linii dzialania obciazenia podczas poszcze¬ gólnych pomiarów, nastepnie z powodu zewnetrz¬ nych warunków, panujacych podczas praktycznych pomiarów, ijiak np. temperatura, obciazenie, dlugo¬ trwalosc obciazenia itd., które Odbiegaja od zew¬ netrznych warunków istniejacych podczas cecho¬ wania urzadzenia pomiarowego.Ogólnie biorac odchylenia warunków zewnertirz- nych podczas pomiaru sa nieznane,, podobnie jak ich wplyw na dane urzadzenie pomiarowe, dlatego tez podczas pomiaru nie moga byc wyciagniete wnioski dotyczace dokladnosci wyników piomiaru.W praktyce nie mozna dac zapewnienia, ze do¬ kladnosc pomiaru wzrosnie, gdy warunki zewneftrz- ne panujace w czasie pomiaru beda -równe warun¬ kom panujacym podczas cechowania.W znanych urzadzeniach pomiarowych podejmo¬ wano niejednokrotnie próbe uwzglednienia wplywu zewnetrznych warunków fizycznych. W dotychczas znanych urzadzeniach zwracano najwieksza uwage na osiagniecie absolutnie centralnego i jednoosio¬ wego obciazenia puszki pomiarowej, jednak pod tym wzgledem równiez nie znaleziono praktyczne¬ go rozwiazania odpowiadajacego Wszystkim wyima- 80 4443 ganiom. Glówna przyczyna jest to, ze nie jest mozliwa taka dokladna obróbka, kitóra by umozli¬ wiala zupelnie bezluzowe dopasowanie poruszaja¬ cych sie jedna w drugiej czesci puszki pomiaro¬ wej. Z tego powodu podczas mimosrodowego obcia¬ zenia wystepuje moment zginajacy, który powodu¬ je tarcie i inne 'nieuniknione niedokladnosci po¬ miaru.W celu umozliwienia obciazenia puszek pomia¬ rowych w przyblizeniu centralnie i jednoosijowo byly doswiadczalnie stosowane podstawy z prze¬ gubem kulowym, kule stalowe, prosto prowadzone plaszczyzny slizgowe, drazki slizgowe iitd. Jednak puszki pomiarowe * z tymi srodkami byly drogie, skomplikowane, mialy wieksze mozliwosci uiszko- - dzenia i Wieksze wymiary. W przypadku rozwiaza¬ nia z przegubem kulowym albo z kula stalowa moze latwo nastajpic wyboczenie, które moze spo¬ wodowac nieszczesliwy wypadek. Wtedy gdy po¬ wierzchnia podstawy i powierzchnia obciazenia obracane moga byc w plaszczyznie pionowej jedna w stosunku do drugiej, to wówiczas puszka pomia¬ rowa., w jednym punkcie obciazenia nie moze byc zainstalowana, poniewaz w takich przypadkach puszka pomiarowa moze sie wysuwac miedzy po¬ wierzchnia podstawy i powierzchnia obciazenia.Znane puszki pomiarowe z elektromechanicznym przeksztaltnikiem wairitosci mierzonej, mierza do¬ kladniej, niz puszki z przeksztaltnikiem mechanicz¬ nym, jednak ich dokladnosc obniza sie przy ml- mosrodowym obciazeniu, sa one skomplikowane, bardziej podatne na uszkodzenia, wieksze, kosz¬ towniejsze i potrzebuja specjalnego zródla energii.Chociaz miejrza one troche dokladniej, jednak nie odpowiadaja wymaganiom stawianym im dzisiaj w technicznej praktyce.Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji urzadzenia ido pomiaru sil statycznych, które rów¬ niez w przypadku obciazenia mimosrodowego, a wiec wywolujacego wewnatrz puszki pomiarowej moment zginajacy i sily tacla, ma nieosiagalna do¬ tychczas dokladnosc i jest praktycznie niewrazliwa na towarzyszace uboczne warunki pomiaru, jak np. róznice .temperatury podczas cechowania i podczas roboczego pomiaru, czas trwania obciazenia, wiel¬ kosc sily obciazenia itd.Celem wynalazku jest równiez skonstruowanie takiej puszki pomiarowej, która ma nieznaczna wy¬ sokosc, riie jest podatna na uszkodzenia, nie wy¬ maga dokladnej obróbki podczas jej wykonania i kitóra ma tak maly uchylb pomiarowy, ze prak¬ tycznie moze on byc przyjmowany za równy zeru.Istota wynalazku jest to, ze -tlok pomiarowy jest otoczony nie tylko ciecza znajdujaca sie w zamknie¬ tej komorze lecz równiez czynnikiem gazowym, a element konstrukcyjny wywolujacy zmiane cis¬ nienia i objetosci zamknietej komory sklada sie z cylindra i z wkrecanego w niego;'trzpienia, przy czym zamknieta komora podtlokowa urzadzenia ma komore do przyjmowania czynnika gazowego o objetosci 0,05^5,0% objeltosci komór cisnienio¬ wych w stanie wypelnienia plynem.Przedmiot wynalazku jest objasniony na przy¬ kladzie wyklonania przedstawionym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urzadzenie w przekroju, 1444 4 fig. 2 urzadzenie wedlug fig. 1 w rzucie poziomym.Na obudowie 1 puszki pomiarowej wedlug wyna¬ lazku jest umocowana za pomoca srub 3 czesc 2 górna. Gazoszczelne zamkniecie miedzy obudowa 1 5 i górna czescia 2 zapewnia pierscien uszczelniaja¬ cy 4. W centralnym otworze górnej czesci 2 jest umieszczony przeksztalcajacy wartosc mierzona tlok 5, którego dolne przedluzenie 6 jest ruchome w otworze 7 wykonanym w obudowie 1. Otwór 7 io jest zamkniety od dolu za pomoca sruby 9 z na¬ lozonym pierscieniem uszczelniajajcym 8, przy czym zarówno w otworze 7 powyzej srulby 9, jak i w otworze 10 (przedluzenia 6 znajduje sie po¬ wietrze, wzglednie srodowisko gazowe. is Pierscien uszczelniajacy 13 zamyka od góry przestrzen 11 w ksztalcie pierscienia, utworzona w górnej czesci obudowy 1 i przylegajaca do niej przestrzen 12 utworzona w dolnej czesci górnej obudowy 2. Pierscien uszczelniajacy 13 moze byc 20 ze skóry, z gumy lub podobnego materialu i jest szczelnie przymocowany za pomoca pierscienia ko¬ lowego 14, wykonanego z metalu, do górnej po¬ wierzchni ograniczajiacej przestrzen 12 w górnej czesci obudowy 2, wzglednie za pomoca pierscienia 25 kolowego 15 do dolnej powierzchni tloka 5 prze¬ ksztalcajacego wartosc mierzona. W wyniku objas¬ nionego przymocowania pierscienia uszczelniajace¬ go 13 do górnej czesci obudowy 2 i do tloka 5 przeksztalcajacego wartosc mierzona, tlok ten moze 30 wykonywac poosiowy ruch w otworze górnej czesci obudowy 2, bez powodowania polaczenia przestrze¬ ni 11 i 12 z zewnetrznym powietrzem.Otwór 16 umieszczony w górnej obudowie 2 la¬ czy przestrzenie 11 i 12 ze wskaznikiem danych 35 lub z przyrzadem przetwarzajacym dane 18, przy¬ mocowanym do górnej obudowy 2 poprzez lacz¬ nik 17. Przyrzad 18 wskazuje cisnienie panujace w przestrzeniach 11 i 12.Otwór 19 w górnej czesci obudowy 2 jest pola- 40 czony z otworem wewnetrznym lacznika 20 umo¬ cowanego na górnej czesci obudowy 2.W lacznik 20 jest wkrecona glowica mocujaca 22 polaczona trwale z cydindrem 21, z gwintem we¬ wnetrznym. Otwory 23 i 24 w glowicy mocujacej 22 45 tworza polaczenie miedzy wewnetrzna przestrzenia lacznika 20 i znajdujaca sie we wnetrzu cylindra 21 przestrzenia 25. Do przestrzeni 25 wystaje sruba 26, która moze byc wkrecana w przestrzen 25, lub wy¬ krecana z niej, za pomoca galki obrotowej 27 lub 50 podobnej. Zewnetrzny koniec cylindra 21 jest zamkniety gazoszczelnie za pomoca ksztaltki uszczelniaj aceg 28 i gwintowanego kolpaka 29.Puszka pomiarowa wedlug wynalazku funkcjo¬ nuje w nastepujacy sposób. 55 Powyzej otworu 10 znajduje sie komora 10" slu¬ zaca do napelniania powietrzem Mb innym gazem, a przestrzenie 11 i 12 jak równiez przylegajace, do nich otwory 16 i 19 oraz wlskazniik danych 18 i przestrzen 25^ sa napelnione Ciecza. Podlegajacy 60 pomiarom przedmiot zostaje oparty w oltlwiorze 30 tloka 5 przeksztalcajaceglo wartosc mierzona, albo na - jakimkolwiek elemencie wsporczyim wsunietym w otwór 30.Przed rozpoczeciem pomiaru puszka pomiarowa w zostaje polozona nav jakis przedmiot wisporczy, a na80 444 5 jej cylinder zostaje polozony przedmiot, podlegaja¬ cy pomiarom. Trzpien sruby 26 Wkreca sie powoli.Podczas Wkrecania trzpienia sruby 26 wzrasta stop¬ niowo cisnienie w przestrzeniach 11 i 12. Kiedy cisnienie plynu osiagnie wartosc potrzebna do prze¬ zwyciezenia mierzonego ciezaru i sily tarcia dzia¬ lajacej w tym samym kierunku, zostaje podniesio¬ ny tlok 5 razem z ulozonym na nim cialem.W przypadku dalszego wkrecenia itrzpienia sruby 26 nie podnosi sie wiecej cisnienie w przestrzeniach 11 i 12, dlatego tez dalsze wkrecanie rtsrzfrienia 26 nie jest potrzebne. Podczas podnoszenia tloka 5 o kilka setnych czesci milimetra, górna wartosc graniczna wyznacza wielkosc Ciezaru podlegajacego pomiarom przedmiotu i sily 'tarcia dzialajacej w tym samym kierunku.W objasnionym przykladzie dokonywania pomia¬ ru cisnienie plynu w przestrzeniach 11 i 12 musi przezwyciezyc ciezar podlegajacego pomiarom przedmiotu i sily tarcia wysitepujace wewnatrz puszki pomiarowej w stanie spoczynku.Podczas podnoszenia tloka 5 zwrot wystepujacej w stanie spoczynku sily tarcia i jej kierunek dzia¬ lania isa zgodne z kierunkiem i zwrotem sily ciez¬ kosci, a zaJtem dodaja sie.W drugiej fazie mierzenia trzpien sruby 26 wy¬ kreca sie z przestrzeni 25, a wiec Cisnienie Cieczy w przestrzeniach 11 i 12 spada. Podczas poczatko¬ wej fazy wykrecania trzpienia sruby 26 tlok 5 po¬ zostaje w niezmienionym polozeniu, a to dlatego, ze zwirot sil tarcia wystepujacych w stanie spo¬ czynku wewnatrz puszki pomiarowej, podczas opuszczania tloka 5 zmienia Sie na odwrotny, w porównaniu ze zwrotem podczas podnoszenia tloka. Zatem, sila powstajaca w wyniku obciaze¬ nia puszki pomiarowej ciezarem, jest zwrócona w dól, a sila bedaca wynikiem tarcia spoczynko¬ wego jest zwrócona do góry. Tak wiec manewr cieczy w przestrzeniach 11 i 12 podczas wykrecania trzpienia sruby 26 musi tylko utrzymywac równo¬ wage z sila ciezaru zmniejszona o Sile tarcia. Tlok 5 przeksztalcajacy Wartosc mierzona zaczyna sie poruszac na dól dopiero wtedy, gdy cisnienie cie¬ czy istniejace w przestrzeniach 11 i 12 stanie sie równe sile ciezaru zmniejszonej o sile tarcia w sta¬ nie spoczynku. Po poczatkowym opadnieciu tloka 5 cisnienie cieczy w przestrzeniach 11 i 12 nie opada, pomimo dalszego wykrecania trzpienia sruby 26, poniewaz podlegajacy pomiarom przedmiot podaza za ruchem tloka 5 i Utrzymuje cisnienie pfynu na stalej wartosci. Ta dolna waritosc graniczna okresla róznice miedzy ciezarem podlegajacego pomiarom przedmiotu i sila tarcia spoczynkowego dzialajaca na tym samym kierunku, ale z przeciwnym zwro¬ tem.Niezbedne do pomiaru przesuniecie tloka, pod¬ czas pomiaru z tlokiem 5 poruszajacym sie z góry na dól, równiez wynosi co najmniej kilka setnych czesci milimetra.Ciezar podlegajacego pomilarom przedmiotu, wzglednie Wielkosc statycznej sily obciazenia otrzy- jmiije sie z nastepujajcej równosci: (P+(S) + (lF—S) . _ .' , F = ¦- ' ' 2 - * -. 6 przy czym P+S —wynik pomiaru podczas podnoszenia tloka 5.P—S — wynik pomiaru podczas opuszczania tloka 5.Wielkosc sily tarcia S, na podstawie teoretycz- 5 nych rozwazan i praktycznych doswiadczen pomia¬ rowych, jest dla jednakowych puszek pomiarowych taka sama podczas podnoszenia, jak i podczas opuszczania tloka 5, poniewaz charakterystyczne cechy konstrukcyjne urzadzenia (tolerancje wymia¬ rów, stosunki wymiarów, wspólczynnik tarcia itd.) sa jednakowe, jak równiez pomiary przeprowadza¬ ne podczas podnoszenia i opuszczania tloka naste¬ puja po sobie w krótkich odstepach czasu, przeto zewnetrzne czynniki oddzialywujace, jak np. tem¬ peratura, obciazenie itd. sa równiez jednakowe.Puszka pomiarowa wedlug wynalazku ma naste¬ pujace glówne zalety.Puszka pomiarowa moze byc obciazona równiez iriimosrodowo, a jej elementy konstrukcyjne moga byc wykonane bez specjalnej dokladnosci, ponieWaz sila wystepujaca wewnatrz puszki pomiarowej nie ma wplywu na dokladnosc pomiaru.Ten fakt zostaje osiagniety przez to, ze; zamiast obnizania sil tarcia, jak to robiono w znanych pusz¬ kach pomiarowych, ,tu Sily tarcia zostaja wyelimi¬ nowane. Wynik pomiaru puSzka pomiarowa wedlug wynalazku zostaje uwolniony od wplywu sil tarcia, gdyz zwrot sil tarcia wystepujacych podczas. ruchu tloka w góre i w dól zostaje odwrócony.Uchyb nieliniowosci puszki pomiarowej wedlug wynalazku jest bliski zeru. Podczas stosowania ta¬ kiej puszki pomiarowej nie zauwazono wystepowa¬ nia histerezy. Urzadzenie wedlug wynalazku umoz¬ liwia pomiary calkowicie odtwarzalne, poniewaz w dowolnych warunkach zewnetrznych i po dowol¬ nym okresie czasu miedzy dwoma pomiarami sa uzyskiwane jednakowe wyniki pomiaru. W urza¬ dzeniu wedlug wynalazku nie wystepuje pelzanie w zaleznosci od temperatury, poniewaz dwie tazy pomiaru sa realizowane w krótkim odstepie czasu, w którym temperatura praktycznie pozostaje nie¬ zmieniona. Polozenie zerowe równiez nie zalezy od temperatury, poniewaz nastawienie punktu zerowe¬ go na poczatku pomiaru nastepuje przy tempera¬ turze charakterystycznej dla calego czasu trwania pomiaru. Pelzanie podczas oooiazenia i pelzanie punktu zerowego równiez nie moga wystepowac, poniewaz obydwie fazy pomiaru moga byc wyko¬ nane w krótkim czasie. Nie moze równiez nastapic przemieszczenie, poniewaz pomiar zositaje przepro¬ wadzony w oparciu o sumowanie dwóch przesu¬ niec w przeciwnych kierunkach, które z góry wy¬ kluczaja przemieszczenie.Puszka pomiarowa wedlug wynalazku ma prosta budowe, jest tania, ma mala podatnosc na uszko¬ dzenie, a jej oktres uzytkowania jest szczególnie dlugi, ponadlto jest ona dekka- i moze byc transpor¬ towana bez obawy uszkodzenia.Wynalazek nie jest ograniczony do postaci wy¬ konania elementów, konstoikcyjnyich wedlug pusz¬ ki pomiarowej objasnionej przykladowo. ZaSltorzeze- nia ochronne wynalazku nie zmieniaja sie przy zmianie elementów w innym wykonaniu przedmio¬ tu wynalazku na elementy o podobnej funkcji i dzialaniu. Moze byc np. wymieniony przyrzad 15 20 25 30 35 40 45 eo 55 6080 444 8 Wskazujacy dane lub przetwarzajacy dane 18 na dowolny inny przyrzad, zaleznie od tego, jak do¬ kladnie jest przeprowadzony pomiar, poniewaz uchyto pomiaru puszki pomiarowej wedlug wyna¬ lazku jest zalezny prawie wylacznie od uchybu przyrzadu wskazujacego lub przetwarzajacego dane i ma w przyblizeniu taka sama wielkosc. Elementy przeksztalcajace wartosc mierzona, nalezace do elektromechanicznych przyrzadów wskazujacych dane, moga byc umieszczone nawet w przestrzeni, w której znajduje sie plyn w puszce pomiarowej.Czesc tloka 5 przeksztalcajacego wairtosc mierzona, przyjmujaca przedmiot podlegajacy pomiarom rów¬ niez m!oze byc inaczej (wykonana, ksztalty przestrze¬ ni 11 i 12 moga odbiegac dd tych, które objasniono, wykonanie trzpienia srubowego sylstemu troczacego moze byc zastapione innym wykonaniem. PL