RU1795373C - Инерционный регистратор предельных ускорений - Google Patents

Abstract

Использование: Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть применено при регистрации ускорений вертикального и горизонтального направлений. Сущность изобретени : инерционный регистратор предельных ускорений,содержащий основание 6. корпус 1 с направл ющей 4, защитный кожух 27, ма тник в виде инерционной массы на стержне 20, закрепленном в корпусе с упругим сопротивлением качанию, регистрирующую пластину 25 и стопор 30, снабжен дополнительной инерционной массой в виде втулки 7, подвешенной на вертикально установленных пружинах 9, размещенных в выполненных в В-Б

Description

у/////;;/)(/////;цЈс§

/л а. -4. -t /

ней отверсти х 8 вокруг центрального отверсти  втулки 7, на верхнем и нижнем торцах 12 которой вертикально закреплены разновысокие оснащенные резьбой иглы, двум  дополнительными регистрирующими пластинами, выполненными из фольги и установленными на корпусе перпендикул рно иглам,закрепленной в основании 6 резьбовой пробкой 23 с ввернутым в нее пальцем 24, при этом корпус, выполнен в виде цилиндра 2 с верхним и нижним 1 фланцами, выполненными соосными иглам с отверсти ми , на которых закреплены дополнительные регистрирующие пластины, ма тник размещен внутри цилиндра 2 корпуса, стержень 20 ма тника выполнен упругим и закреплен одним концом в верхнем фланце 3 с возможностью регулировани  его длины, инерционна  масса ма тника снабжена иглой 22, установленной соосно стержню 20 с возможностью изменени  ее высоты, а регистрирующа  пластина 25 размещена под ма тником и выполнена из фольги в виде ленты , намотанной на палец 24 пробки 23 совместно с раздел ющей прокладкой 26. Иглы дополнительной инерционной массы выполнены с двум  параллельными лыска- ми, при этом высота каждой иглы над торцом 12 втулки 7 определена из соотношени  HI S/n.(n-i), где S - амплитуда перемещени  дополнительной инерционной массы, п - количество игл, 1 - пор дковый номер иглы. Палец 24, ввернутый в пробку 23, установлен соосно со стержнем 20 ма тника. Превышение витков ленты регистрирующей пластины 25 над острием иглы 22 ма тника составл ет 2-3 мм в пределах амплитуды его перемещени , а над витками раздел ющей прокладки 3 5 мм, при этом толщина раздел ющей прокладки 26 составл ет не более одного диаметра иглы 22 ма тника, 3 з.п.ф- лы, 3 ил.

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть применено при регистрации ускорений вертикального и горизонтального направлений,, действующих на фундаменты сооружений, а также сами сооружени  и на стационарные агрегаты и оборудование.

Известны датчики ускорени  (акселерометры ) с твердой инерционной массой, крепление которой в корпусе прибора осуществл етс  при помощи торсионов, плоских пружин и т.п.

В качестве измерительных преобразователей перемещени  инерционной массы относительно корпуса примен ютс  емкостные , индуктивные и другие датчики.

Недостатком известных датчиков ускорени   вл етс  то, что при действии линей- ных ускорений, не параллельно оси чувствительности датчика, происходит деформаци  подвеса инерционной массы и соответственно измен етс  его осева  чувствительность , что вносит значительную погрешность при измерении ускорений. Это обсто тельство заставл ет устанавливать датчики ускорёний строго по направлению вектора ускорени  (если он известен) и исключает возможность фиксировать величину ускорени , когда направление его не известно ..

Однако практика испытаний зданий, сооружений и их фундаментов насто тельно ставит необходимость измерени  не только величины ускорени , но и фактическое направление его действи . Кроме того, существующие датчики ускорени  требуют, как правило, наличи  электрической системы измерений с усилител ми, токопроводами,

выпр мител ми, регистраторами и посто нного дежурства оператора. В случае, когда необходимо регистрировать ускорени  перемещений фундаментов (изделий) в течение продолжительного отрезка времени и

произвольного направлени , испытани  превращаютс  в дорогосто щий процесс с задействованием большого количества средств и испытателей.

В то же врем  известные механические

датчики модул  вектора ускорени , хот  и не требуют электрически зависимой системы измерений, но не дают регистрации направлений действи  ускорени  без участи  наблюдател  и не обладают достаточной дл 

исследований чувствительность. В указанном датчике модул  вектора ускорени  при действии перегрузки происходит разрушение перегородки между полост ми сферической емкости и смешивание химических

реактивов, результатом чего  вл етс  изменение их цвета, которое можно наблюдать сквозь прозрачные стенки емкости. Кроме того, известный датчик не обеспечивает ре- .гистрацию ускорений одновременно в двух

взаимно перпендикул рных направлени х, что необходимо, так как горизонтально направленна  волна деформаций грунта всегда сопровождаетс  вертикальными его перемещени ми с определенными ускорени ми .

Знание фактически действующих ускорений по величине и по направлению обеспечивает обоснованный расчет фундаментов зданий и сооружений, размещаемых в зоне естественно или искусственно вы- званных ускорений несущего грунта, что в свою очередь повышает надежность возводимых строительных конструкций и удешевл ет их строительство и эксплуатацию,

Наиболее близким по технической сущ- ности к предлагаемому изобретению  вл етс  инерционный регистратор предельных ускорений, обеспечивающий визуальную регистрацию действи  определенного предельного ускорени  на объект, к которому прикреплен регистратор.

Регистратор содержит основание, корпус с направл ющей, защитный кожух, ма тник .в виде инерционной массы, закрепленной на подпружиненном относи- тельно корпуса стержне, регистрирующую пластину и стопор инерционной массы. Пружина оказывает сопротивление колебательному движению ма тника при действии на регистратор ускорений ниже заданной ве- личины. На регистрирующей пластине имеетс  упор, наход щийс  в зацеплении со стопором инерционной массы и удерживающий пластину в верхнем положении при вертикальном расположении ма тника.

При воздействии на регистратор перегрузки , несмотр  на действие пружины, стопор выходит из зацеплени  с упором при отклонении ма тника, в результате чего регистрирующа  пластина освобождаетс  и падает в нижнее положение, регистриру  факт воздействи  чрезмерного (предельного ) ускорени .

Однако известное устройство - инерционный регистратор предельных ускорений обладает следующими недостатками: регистрирует только одну предельную величину ускорени , на которую рассчитан регистратор; не обеспечивает регистрацию направлений действи  ускорений (векторов ускорений); не обеспечивает регистрацию ускорений при установке устройства не по направлению действи  ускорени  (не по оси чувствительности регистратора); не обеспечивает регистрацию действующих одновре- менно (или последовательно) в двух взаимно перпендикул рных направлени х ускорений; не обладает возможностью регулировани  пределов измерени  ускорений. Отмеченные недостатки снижают техноло- гические возможности известного устройства ..

Целью предлагаемого изобретени   вл етс  устранение указанных недостатков, а именно, расширение технологических возможностей путем одновременной регистрации модул  и вектора ускорений в вертикальной и горизонтальной плоскост х,

Это достигаетс  тем, что инерционный регистратор предельных ускорений, содержащий основание, корпус с направл ющей, защитный кожух, ма тник в виде инерционной массы на стержне, закрепленном в корпусе с упругим сопротивлением качанию, регистрирующую пластины и стопор, снабжен дополнительной инерционной массой в виде втулки, охватывающей корпус, подвешенной на вертикально установленных пружинах , размещенных в выполненных в ней отверсти х вокруг центрального отверсти  втулки, на верхнем и нижнем торцах которой вертикально закреплены разновысокие, оснащенные резьбой иглы. Кроме того, регистратор снабжен двум  дополнительными .регистрирующими пластинами, выполненными из фольги и установленными на корпусе перпендикул рно иглам, и закрепленной в основании резьбовой пробкой с ввернутым в нее пальцем. При этом корпус выполнен в виде цилиндра с верхним и нижним фланцами, выполненными с соосными иглам отверсти ми, а на фланцах закреплены дополнительные регистрирующие пластины .

Кроме того, ма тник размещен внутри цилиндра корпуса, стержень ма тника выполнен упругим и закреплен одним концом в верхнем фланце с возможностью регулировани  его длины, инерционна  масса ма тника снабжена иглой, установленной соосно стержню с возможностью изменени  ее высоты, а регистрирующа  пластина размещена под ма тником и выполнена из фольги в виде ленты, намотанной на палец пробки совместно с раздел ющей прокладкой . Вместе с тем в инерционном регистраторе предельных ускорений, с целью повышени  точности измерени , иглы дополнительной инерционной массы выполнены с двум  параллельными лысками, при

этом высота каждой иглы над торцом втулки

с определена из соотношени  HI - (n-i), где

S - амплитуда перемещени  дополнительной инерционной массы, л - количество игл, i - пор дковый номер иглы. Одновременно с этим, с целью повышени  чувствительности регистратора, в нем превышение витков ленты регистрирующей пластины над острием иглы ма тника составл ет 2-3 мм в пределах амплитуды его перемещени , а над витками раздел ющей прокладки 3-5 мм, при этом толщина раздел ющей прокладки составл ет не более одного диаметра иглы ма тника и палец, ввернутый в

пробку, установлен соосно со стержнем ма тника ,

Расширение технологических возмож- ностей инерционного регистратора предельных ускорений, достигаемое при реализации предлагаемого технического решени , обеспечивает получение фактической картины динамических процессов, действовавших на месте установки регистратора , путем одновременной регистрации модул  и вектора ускорений в вертикальной и горизонтальной плоскост х. При этом регистрируетс  не одна предельна  ускорени  (как в прототипе), а целый р д,предельных величин. Это достигаетс  за счет получени  остаточных устойчивых следов (проколов) дополнительных регистрирующих пластин в виде фольги, закрепленных на корпусе перпендикул рно направлению перемещени  игл, закрепленных на подпружиненной до полнительной инерционной массе, или за счет нанесени  остаточных деформаций (например , разрывов) на регистрирующей пластине , размещенной под ма тником и выполненной в виде спирали из фольги.

На фиг. 1 изображен регистратор, вид сверху; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг, 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1.

Инерционный регистратор предельных ускорений содержит.корпус, выполненный из нижнего фланца 1, закрепленного на нем сваркой цилиндра 2 и закрепленного на цилиндре 2 верхнего фланца Зс помощью шпилек 4 с гайками 5. Корпус закреплен на основании 6. Между нижним.фланцем 1 и верхним фланцем 3 размещена дополнительна  инерционна  масса, выполненна  в виде втулки 7, охватывающей цилиндр 2 корпуса. Втулка 7 выполнена с отверсти ми 8 и подвешена относительно корпуса на вертикально установленных пружинах 9, размещенных в отверсти х 8 втулки 7, с возможностью перемещени  вдоль шпилек 4, установленных также внутри отверстий 8 и выполн ющих к тому же функции направ- л ющих. С втулкой 7 пружины 9 соединены с помощью пальцев 10, а с фланцами 1 иЗ с помощью винтов 11. На верхнем и нижнем торцах 12 втулки 7 закреплены вертикально разновысокие, оснащенные резьбой иглы 13 (ввинчены во втулку). Фланцы 1 и 3 корпуса выполнены с отверсти ми 14, соосны- ми с иглами 13. На фланцах 1 иЗ закреплены дополнительные регистрирующие пластины 15 из фольги с помощью плоских колец 16 и винтов 17.

Так как фланцы 1 и 3 корпуса и торцы 12 втулки 7 дополнительной инерционной массы параллельны, то дополнительные регистрирующие пластины 15 и иглы 13

расположены взаимно перпендикул рно, что необходимо дл  нормальной работы регистратора .

Плоские кольца 16выполнены с отверсти ми 18, соосными с отверсти ми. 14 фланцев 1 и 3. При вращении игл 13 регулируютс  высоты расположени  их остри  над торцом 12 втулки 7, От точности установки остри  иглы по высоте зависит точность измерени  модул  ускорени , так как кажда  игла должна прокалывать дополнительную регистрирующую пластину при определенной величине перемещени  инерционной массы. Дл  удобства вращени  иглы 13 и дл  обеспечени  необходимой точности выставки остри  игл на острие выполнены две параллельные лыски 19. Все иглы 13 имеют маркировку цифрами (не показана), возрастающими от нул . В исходном положении втулки 7 относительно фланцев 1 и 3 корпуса одна из игл 13с каждой стороны втулки 7 установлена с касанием дополнительной регистрирующей пластины 15 и маркирована цифрой О. Высота каждой последующей иглы 1.3 над торцом 12 втулки 7

с определ етс  из соотношени  HI - (n-l),

где S - рабочий ход дополнительной инерционной массы вверх или вниз; п - количество игл; I - пор дковый номер иглы, начина  с нулевого.

Рабочий ход дополнительной инерционной массы определ етс  конструктивно в зависимости от геометрических размеров регистратора в целом и в частности от параметров дополнительной инерционной массы и пружин 8. Измен   количество пружин и (или) их характеристики можно измен ть пределы измерений ускорений, действующих в вертикальном направлении,

Внутри цилиндра 2 корпуса размещен стержень 20 ма тника, выполненный из упругого материала, одним концом неподвижно закрепленный во фланце 3 корпуса, а на другом конце стержн  20 закреплена инерционна  масса 21 соосно со стержнем 20. В инерционной массе 21 закреплена игла 22 соосно со стержнем 20, с возможностью изменени  ее высоты (на чертежах не показано ),

Неподвижное закрепление стержн  20 во фланце 3 корпуса однако обеспечивает возможность регулировани  длины стержн  20, что совместно с выполнением его из упругого материала придает регистратору свойство измен ть пределы измерений регистратора в горизонтальной плоскости, В центре основани  6 ввернута резьбова  пробка 23 с ввернутым в нее пальцем 24, выступающим над торцом пробки 23, Между

иглой 22 ма тника и торцом пальца 24 обеспечен зазор, например, равный 1-2 мм, что обеспечиваетс  регулировкой высоты иглы 22 и торца пальца 24 при их вращении. На шайбе 23 установлена регистрирующа  пластина 25, выполненна  из фольги в виде ленты, намотанной на палец 24 совместно с раздел ющей прокладкой 26 в виде ленты толщиной не более поперечного размера иглы 22 ма тника, то есть не более одного диаметра иглы.

Раздел юща  прокладка 26 и размеры ее толщины введены в предлагаемое техническое решение с целью повышени  чувствительности инерционного регистратора ускорений. Если в качестве регистрирующей пластины прин ть ленту из фольги толщиной 0,005 мм (фольга дл  технических целей по ГОСТ 618-73), то дл  снижени  усили  разрыва иглой 22 витка фольги необходимо , чтобы каждый из витков намотанной на палец 24 ленты деформировалс  иглой 22 отдельно и последовательно друг за другом по мере по.ворота ма тника. Это. и достигаетс  разделением витков фольги прокладкой, наматываемой на палец 24 совместно с лентой из фольги регистрирующей пластины 25. При этом необходима  чувствительность регистратора будет соблюдатьс  при использовании раздел ющей прокладки толщиной не более поперечного размера иглы ма тника, то есть не более его диаметра. Действительно, при выполнении этого услови  каждый следующий виток ленты фольги регистрирующей пластины 25 будет деформироватьс  иглой 22 при ее поперечном перемещении только при уже  вно деформированном предыдущем витке ленты фольги. Чем больше зазор между витками ленты фольги, то есть, чем больше толщина раздел ющей прокладки, тем больше перемещение иглы 22 не вызовет деформацию последующего витка фольги после деформации предыдущего витка фольги и тем больша  величина ускорени , действующего в горизонтальном направлении, не будет зафиксирована.

Необходима  чувствительность регистрации направлени  действи  (азимута) ускорени  достигаетс  также за счет выполнени  ленты из фольги с превышением над острием иглы 22 ма тника на 2-3 мм. В этом случае при качании ма тника вокруг точки его подвеса (вокруг заделки стержн  20 во фланце 3 корпуса) и перемещении инерционной массы 21 с иглой 22 относительно корпуса и основани  по некоторой дуге остриё иглы 22 не выйдет за пределы высоты витков ленты из фольги и прочертит

в них след (прорвет или замнет витки ленты), не встреча  значительного сопротивлени , которое нарастает с увеличением высоты витков над острием иглы 22. При конструк- 5 тивном зазоре 1-2 мм между острием иглы 22 и торцом пальца 24 превышение верхней кромки ленты из фольги регистрирующей пластины над витками раздел ющей прокладки будет составл ть 3-5 мм. Такое усло0 вие выполнени  регистрирующей пластины 25 во взаимосв зи с раздел ющей прокладкой 26 обеспечивает свойство регистратора сохран ть посто нство контакта иглы 22 с регистрирующей пластиной 25 при обеспе5 чении минимального сопротивлени  перемещению инерционной массы 21 относительно основани  6 с корпусом .1.

С целью уменьшени  размеров и веса регистратора, пружины 9 и направл ющие 4

0 размещены в отверсти х втулки 7. За счет такого технического решени  размеры регистратора по высоте и его вес сокращены практически вдвое.

Дл  защиты от внешних воздействий

5 регистратор снабжен кожухом 27, закрепленным на корпусе с помощью винтов 28.

Равнозначность измерений ускорений в горизонтальной плоскости и достаточность размеров регистрирующей пластины в лю0 бом азимутальном направлении обеспечиваетс  тем, что палец 24, ввернутый в пробку 23, установлен соосно со стержнем 20 ма тника.

Закрепление регистратора на месте

5 монтажа осуществл етс  с помощью винтов (на чертеже не показаны), вставл емых в отверсти  29 основани .

Инерционна  масса 21 зафиксирована в корпусе 1 стопорами 30 при навинчивании

0 корпуса на основание 6. Этим исключаетс 

колебание ма тника и деформации витков

- ленты регистрирующей пластины 25. При

этом центрирование корпуса 1 по резьбе

основани  6 осуществл етс  еще до того,

5 как острие иглы 22 войдет в центр спирали регистрирующей пластины 25, что исключает ее деформации до начала измерений.

Дополнительна  инерционна  масса 0 также зафиксирована от колебаний до начала измерений стопорами 31, что исключает .деформации дополнительных регистрирующих пластин 15.

Дл  ориентации регистратора по азиму- 5 ту на основании 6 может быть выбита радиальна  риска в любом его месте.

Дл  упрощени  установки (сн ти ) дополнительных регистрирующих пластин последние могут быть выполнены в виде полуколец.

Работает инерционный регистратор предельных ускорений следующим образом ..

Перед началом измерений выворачиваютс  стопоры 30 и 31 до метки на их резьбе и контр тс  гайками 32, Регистратор подготовлен к работе.

При возникновении колебательного движени  грунта (фундамента, агрегата) от землетр сени , взрыва и т.п. основание 6 совместно с корпусом 1 совершают те же горизонтальные и вертикальные перемещени  (по амплитуде, частоте, по направлению ), что и грунт, на котором закреплен регистратор. При перемещении основани  6 в горизонтальном направлении (а вместе с ним и корпуса 1) инерционна  масса 21 ма тника, остава сь в исходном положении , в первое мгновение вызывает упругую деформацию, стержн  20 ма тника. Вместе с основанием б совершает горизонтальное перемещение и регистрирующа  пластина 25 относительно ма тника. При этом игла 22 прорвет или .замнет витки ленты из фольги регистрирующей пластины 25 в направлении действи  ускорени . По длине такого следа можно судить о. величине действовавшего ускорени , сравнива  экспериментальные данные с тарировочными.

Одновременно основание б совместно с корпусом 1 совершает перемещение в вертикальном направлении (вверх или вниз), в то врем  как дополнительна  инерционна  масса в виде втулки 7, подвешена относительно корпуса 1 на пружинах 9,в первое .мгновение останетс  неподвижной.-Чем .большее по величине действовало ускорение в вертикальном направлении, тем большее относительное перемещение совершит корпус 1 относительно дополнительной инерционной массы. При этом дополнительные регистрирующие пластины 15, соверша  вертикальные перемещени  совместно с плоскими кольцами 16, фланцами 1 и 3 корпуса будут прокалыватьс  иглами 13, закрепленными на инерционной массе(втулке 7).,

Чем большее действовало ускорение в вертикальном направлении, тем большей деформации подвергнутс  пружины 9 и тем более коротка  из всех иглы 13 проколет дополнительную регистрирующую пластины 15. По пор дковому номеру иглы 13, сравнива  результаты измерений с тарировочными , можно определить величину ускорени , действовавшего в вертикальном направлении .

Анализ результатов измерений может быть осуществлен пр мо на месте установки регистратора после сн ти  защитного кожуха 27 с корпуса 1 и корпуса с основани  б, предварительно зафиксировав инерционные массы стопорами 30 и 31.

Так как основание 6 ориентировано по

азимуту, то направление действи  ускорени  в горизонтальном направлении легко определить по следам иглы 22 на витках ленты из фольги регистрирующей пластины 25. А по длине такого следа можно определить величину действовавшего ускорени  при сравнении полученных следов с тариро.- вечными данными.

Таким образом предлагаемый инерционный регистратор предельных ускорений

фактически обеспечивает определение модул  и вектора одновременно или последовательно действовавших ускорений в двух взаимно перпендикул рных направлени х (вертикальном и горизонтальном), то есть

фактическую картину динамических процессов , происход щих на месте установки регистратора .

Предлагаемый регистратор обладает свойством регулировани  пределов измереим , что возможно за счет замены пружин 9

на пружины с требуемой характеристикой, а

также за счет изменени  количества пружин

9.

. Кроме того, конструкци  регистратора

допускает замену стержн  20 ма тника на другой, с иной жесткостной характеристикой , что вместе с изменением длины стержн  при его установке позвол ет варьировать параметрами движени  инерционной массы 21 и,следовательно,измен ть характеристику регистратора в горизонтальном направлении.

Реализаци  изобретени  позволит осуществить систематические наблюдени  колебательных процессов грунтов, несущих конструкций различных изделий без использовани  радиоэлектронной аппаратуры , без силового электропитани  и без присутстви  людей в месте и во врем  проведени  измерений.

Полученна  информаци  позволит осуществить обоснованные расчеты фундаментов и агрегатов (систем), что обеспечит их .высокую надежность и безопасную эксплуатацию .

Claims (4)

1. Инерционный регистратор предельных ускорений, содержащий основание, цилиндрический инерционный элемент на направл ющих, подвешенный на вертикально установленных пружинах в цилиндрическом корпусе, и регистрирующий элемент, отличающийс  тем, что, с целью расширени  технологических возможностей за счет обеспечени  одновременной регистрации модул  и вектора ускорений в горизонтальной и вертикальной плоскост х, в него введены стопоры, фиксирующие инерционные элементы, дополнительный инерционный элемент, выполненный в виде ма тника, подвешенного относительно корпуса на упругом .стержне, с возможностью регулировани  его длины, дополнительный регистрирующий элемент, выполненный в виде ленты из фольги и размещенный под м тником, снабженным иглой, установленной соосно стержню с возможностью изменени  ее длины, резьбова  пробка, закрепленна  в основании с ввернутым в нее пальцем, и раздел юща  прокладка, котора  вместе с лентой из фольги намотана на палец, при этом цилиндрический корпус состоит из полой оси, верхнего и нижнего фланцев, а на верхнем и нижнем торцах цилиндрического инерционного элемента, выполненного в виде втулки, охватывающей ось корпуса, вертикально закреплены разновысокие , оснащенные резьбой иглы основного регистрирующего элемента, выполненного в виде пластин из фольги, закрепленных перпендикул рно иглам в верхнем и нижнем фланцах корпуса, в которых выполнены отверсти  соосно иглам, причем вокруг центрального отверсти  втулки выполнены отверсти , в которых размещены вертикальные пружины.

2, Регистратор по п. 1, отличающийс  тем, что иглы цилиндрического инерционного элемента выполнены с двум  параллельными лысками, при этом высота каждой иглы над торцом цилиндрического инерционного элемента определена из соотношени 

H, |(n-l).

где S - амплитуда перемещени  инерционного элемента;

п - количество игл; i - пор дковый номер иглы.

3. Регистратор поп, 1,отличающий- с   тем, что палец.ввернутый в пробку, установлен соосно со стержнем ма тника.

4. Регистратор по п. 1, отл ича ю щий- с   тем, что превышение витков ленты из фольги над острием иглы дополнительного инерционного элемента составл ет 2-3 мм в пределах амплитуды его перемещени , а над витками раздел ющей прокладки 3-5 мм, при этом толщина раздел ющей прокладки составл ет не более одного диаметра иглы инерционного элемента.

фиг1