RU2516647C1

RU2516647C1 - Device to ensure specified force of tension of paired traction rods

Info

Publication number: RU2516647C1
Application number: RU2012156237/28A
Authority: RU
Inventors: Владимир Павлович Ванюшин; Александр Иванович Маслов; Артемий Владимирович Молоканов; Александр Сергеевич Смирнов
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2014-05-20

Abstract

FIELD: measurement equipment.SUBSTANCE: holes are made in double-arm levers so that centres of holes and axes of rotation lie in one plane. Similarly response holes are made in the base. The system of traction rods in "loose" condition is installed on the base. Process pins are inserted into combined holes on double-arm levers. Afterwards one of traction rods with the help of a turn-buckle is tightened to the necessary condition. Tension of one traction rod results in system warp and pressing of one of process pins in the hole. Then with the help of the turn-buckle they start tightening the second traction rod until full release of the pin from the clamp ("warp"), which was produced with tension of the first traction rod. Release of the other process pin from the hole will mean that the holes in double-arm levers have matched each other fully. Then a previously calibrated detachable element is installed on the fully assembled traction rod with fixed strain gauge sensors, previously fixing it with the help of clamps. Rotating the turn-buckle, they tighten the traction rod to the moment until appearance of signals from strain gauge sensors, the traction rod sagging is selected. After that they fully loosen clamps and again fix the detachable element with a force preventing slippage of the traction rod and the detachable element pressed to each other. From this moment the detachable element and the traction rod operation for tension jointly as a single element of the traction rod. Thus, changing the area of the cross section of the detachable element, not varying the geometric dimensions of the traction rod itself, it is possible to change the extent of deformation and measured force, and also to evenly distribute the control torque on the traction rod.EFFECT: maximum matching of measurement ranges with working range of used strain gauge sensors, which automatically increases accuracy of measurement and reduces labour intensiveness of manufacturing and control.6 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к системам измерения усилий в стержнях, тягах и других протяженных элементах конструкций, нагруженных осевой силой, и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, где они применяются, и, в частности, в ракетной технике.The invention relates to the field of measuring technology, and in particular to systems for measuring forces in rods, rods and other extended structural elements loaded with axial force, and can be used in any industry where they are used, and, in particular, in rocket technology.

Широко известен способ обеспечения заданного усилия затяжки резьбовых изделий (болтов) с помощью фиксированного момента на головке болта или на гайке (см. Г.Б.Иосилевич, Ю.В.Шарловский, «Затяжка и стопорение резьбовых соединений», издательство «Машиностроение», Москва, 1971 г., глава 1, стр.17, формула 23). В регулируемых тягах для обеспечения заданного усилия натяжения наиболее часто используются стяжные втулки (талрепы), включающие в себя концы с правой и с левой резьбой и элемент для вращения талрепа. В этом случае указанный способ натяжения тяг является самым простым и дешевым. Но, как видно из анализа зависимости между усилием затяжки и крутящим моментом, этим способом фактически «измеряется» момент трения при затяжке. Крутящий момент (момент затяжки) при этом зависит от величины сил трения в резьбовых парах, которые, в свою очередь, очень сильно зависят от материалов резьбовых пар, состояния контактных поверхностей и других трудноучитываемых факторов. Кроме того, величина момента затяжки зависит от усилия затяжки (резьбовые пары быстрее деформируются), количества затяжек (момент второй и каждой последующей затяжки на одно и то же усилие затяжки уменьшается за счет выглаживания контактных поверхностей); моменты затяжки при нагружениии и при снятии нагрузки не совпадают по величине. В силу вышеизложенного можно с приемлемой погрешностью оценить усилие затяжки высоконагруженных (максимально деформированных при нагружении) конструкций, но для мало- и средненагруженных конструкций, работающих в зоне упругой деформации материалов, этот способ малопригоден из-за значительного влияния фактического состояния в момент затяжки материалов резьбовых пар и контактных поверхностей, и, как следствие, большого отклонения фактического значения усилия затяжки от измеренного - фактически определяется достаточно широкий диапазон значений усилий, одно из которых будет действительным.There is a well-known method for ensuring a given tightening torque of threaded products (bolts) using a fixed moment on a bolt head or nut (see GB Iosilevich, Yu.V. Sharlovsky, “Tightening and locking of threaded joints”, Machine-Building Publishing House, Moscow, 1971, chapter 1, p. 17, formula 23). In adjustable rods, to ensure a given tension, the most commonly used are coupling sleeves (lanyards), including ends with right and left-hand threads and an element for rotating the lanyard. In this case, the specified method of tensioning rods is the simplest and cheapest. But, as can be seen from the analysis of the relationship between the tightening force and the torque, this method actually "measures" the moment of friction during tightening. The torque (tightening torque) in this case depends on the magnitude of the friction forces in the threaded couples, which, in turn, very much depend on the materials of the threaded couples, the condition of the contact surfaces and other difficult to consider factors. In addition, the magnitude of the tightening torque depends on the tightening force (threaded couples deform faster), the number of tightenings (the moment of the second and each subsequent tightening on the same tightening torque is reduced by smoothing the contact surfaces); the tightening torques during loading and during unloading do not coincide in magnitude. In view of the foregoing, it is possible to estimate with an acceptable error the tightening force of highly loaded (maximally deformed under loading) structures, but for low- and medium-loaded structures working in the zone of elastic deformation of materials, this method is of little use due to the significant influence of the actual state at the time of tightening of materials of threaded pairs and contact surfaces, and, as a result, a large deviation of the actual value of the tightening force from the measured one - a fairly wide range is actually determined n values of effort, one of which will be valid.

Для гибких (нежестких) тяг можно применять способ контроля усилия натяжения по величине прогиба под действием приложенного к тяге перпендикулярного усилия (см. С.Рузга, «Электрические тензометры сопротивления», издательство «Мир», Москва, 1964 г., стр.325, 326, ст.«Силомер для измерения усилий в тросах»). Но, как указывается там же, для достоверности результатов даже для достаточно гибких реальных тросов надо вводить предварительно определенные эмпирические поправки. Для тяг другого вида, например для лент прямоугольного сечения, эти зависимости становятся и вовсе непригодными в силу повышенной жесткости. Даже по полученным эмпирическим путем данным при предварительной тарировке этих тяг нельзя утверждать о достоверности результатов измерений по той причине, что результаты измерений будут очень сильно зависеть от состояния тяги на измеряемом участке (прямолинейности, местной покоробленности, наличия внутренних напряжений в материале тяги и т.д.). Для жестких тяг этот способ и вовсе неприменим.For flexible (non-rigid) rods, a method of controlling the tensile force by the amount of deflection under the action of a perpendicular force applied to the rod can be used (see S. Ruzga, “Electrical resistance tensometers”, Mir Publishing House, Moscow, 1964, p. 325, 326, Art. "Strength meter for measuring forces in cables"). But, as indicated there, for reliable results, even for sufficiently flexible real cables, predefined empirical corrections must be introduced. For rods of a different type, for example, for tapes of rectangular cross section, these dependencies become completely unsuitable due to increased rigidity. Even according to empirical data obtained during preliminary calibration of these rods, it is impossible to confirm the reliability of the measurement results for the reason that the measurement results will very much depend on the state of the traction in the measured section (straightness, local distortion, the presence of internal stresses in the traction material, etc. .). For hard rods, this method is completely inapplicable.

Наиболее достоверным и точным способом контроля усилия при натяжении является способ, основанный на применении электрических тензодатчиков (тензорезисторов) (см. Г.Б.Иосилевич, Ю.В.Шарловский, «Затяжка и стопорение резьбовых соединений», издательство «Машиностроение», Москва, 1971 г., стр.36-38, рис.36), закрепленных на элементе, входящем в состав тяги. Этим способом непосредственно измеряется деформация нагружаемого элемента, которая зависит только от приложенного усилия, и это решение принято авторами в качестве прототипа.The most reliable and accurate way to control the tension force is the method based on the use of electric strain gauges (strain gauges) (see GB Iosilevich, Yu.V. Sharlovsky, “Tightening and locking of threaded joints”, Mashinostroenie publishing house, Moscow, 1971, pp. 36-38, Fig. 36), mounted on the element included in the thrust. This method directly measures the deformation of the loaded element, which depends only on the applied force, and this decision was made by the authors as a prototype.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами на примере натяжения тяг, используемых для управления рулями крылатой ракеты. На фиг.1 представлена конструктивная схема управления рулем крылатой ракеты с помощью тяг приводом, удаленным от руля, и местоположение на тяге съемного блока с тензодатчиками, на фиг.2 и 3 приведен вариант исполнения съемного элемента с тензодатчиками и зажимного устройства, а на фиг.4, 5 и 6 проиллюстрирован способ натяжения спаренных тяг, работающих совместно.The proposed technical solution is illustrated by drawings on the example of the tension rods used to control the rudders of a cruise missile. Figure 1 presents a structural diagram of the steering wheel of a cruise missile using rods with a drive remote from the steering wheel, and the location on the rod of a removable unit with load cells, Figs. 2 and 3 show an embodiment of a removable element with load cells and a clamping device, and in Fig. 4, 5, and 6 illustrate a method for tensioning twin rods working together.

Существуют крылатые ракеты, где в силу различных обстоятельств рулевые агрегаты (приводы) отделены от рулей ракеты и расположены на значительном расстоянии от них. Схематично эти конструкции выглядят следующим образом: закрепленный на корпусе ракеты 1 привод 2 шарнирно соединен с установленным на оси вращения 3 двуплечим рычагом 4, который в свою очередь с помощью двух тяг 5 связан с установленным на оси вращения 6 двуплечим рычагом 7, выполненным заодно с рулем 8. Чаще всего по причине минимизации массы и минимального конструктивного пространства тяги 5 выполняются нежесткими, в силу чего могут работать только на растяжение. Для натяжения тяги снабжены стяжными втулками (талрепами) 9. При этом тяги 5 должны быть натянуты так, чтобы при передаче крутящего рабочего момента на поворот рулей ни одна из тяг не провисала (в противном случае усилие на одной тяге в момент провиса другой скачком возрастает вдвое, что может привести к разрыву тяги). Одним словом, требования к усилиям натяжения тяг достаточно жесткие, - с одной стороны, они не должны быть меньше минимальных (из условий работы), с другой, - не должны быть слишком большие, чтобы не перетяжелять конструкцию ракеты.There are cruise missiles, where due to various circumstances the steering units (drives) are separated from the rudders of the rocket and are located at a considerable distance from them. Schematically, these designs are as follows: the drive 2 mounted on the rocket body 1 is pivotally connected to the two-arm lever 4 mounted on the axis of rotation 3, which, in turn, is connected with the two-arm lever 7 mounted on the axis of rotation 6, 7 made integral with the steering wheel 8. Most often, due to minimization of mass and minimal structural space, traction 5 is made non-rigid, and therefore can only work under tension. For tension, the rods are equipped with coupling sleeves (lanyards) 9. At the same time, the rods 5 must be tensioned so that when transmitting torque to the rudder turning, none of the rods sag (otherwise, the force on one rod at the moment of sagging of the other jumps twice , which can lead to rupture of traction). In a word, the requirements for the pulling forces are quite strict, on the one hand, they should not be less than the minimum (from working conditions), and on the other, they should not be too large so as not to overload the rocket structure.

Для обеспечения равномерной передачи управляющего момента необходимо, чтобы оси А и Д, проходящие через оси вращения и тяги рычагов, были перпендикулярны плоскости симметрии Е. Этого можно достичь следующим образом.To ensure uniform transmission of control torque, it is necessary that the axes A and D passing through the axis of rotation and traction of the levers are perpendicular to the plane of symmetry E. This can be achieved as follows.

Наиболее достоверным и точным является способ контроля усилия натяжения с помощью тензодатчиков, а в случае большого количества тяг - с помощью съемного технологического устройства, оснащенного тензодатчиками. Это устройство включает в себя съемный технологический элемент 10, по величине деформации которого определяется усилие натяжения в тяге 5, закрепленные на элементе 10 тензодатчики 11, автономное устройство декодирования сигналов 12 с тензодатчиков 11 и два зажима для крепления элемента 10 на тяге 5. Простейший зажим состоит из опоры 13, предохранительной прокладки 14 и зажимного клина 15. Измеряемая тяга 5 и съемный элемент 10 укладываются внутрь опоры 13 и поджимаются друг к другу через прокладку 14 клином 15. Усилие поджатия тяги и съемного элемента регулируется положением клина относительно боковых щек опоры.The most reliable and accurate is the method of controlling the tension force using strain gauges, and in the case of a large number of rods - using a removable technological device equipped with strain gauges. This device includes a removable technological element 10, the magnitude of the deformation of which determines the tensile force in the rod 5, the strain gauges 11 mounted on the element 10, a standalone signal decoding device 12 from the strain gauges 11 and two clamps for attaching the element 10 to the rod 5. The simplest clamp consists from the support 13, the safety pad 14 and the clamping wedge 15. The measured rod 5 and the removable element 10 are placed inside the support 13 and are pressed against each other through the gasket 14 by the wedge 15. The force of the compression of the rod and the removable element p controlled as the position of the wedge relative to the lateral support cheeks.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В двуплечих рычагах 4 и 7 делаются отверстия 16 (см. фиг.4) таким образом, чтобы центры отверстий 16 и оси вращения 3 и 6 лежали в одной плоскости и находились на осях С и Д. Аналогично выполняются ответные отверстия в основании 17. Систему тяг 5 в «расслабленном» состоянии устанавливают на основание 17. В совмещенные отверстия 16 на двуплечих рычагах 4 и 7 вставляют технологические штыри 18. После чего одну из тяг при помощи талрепа 9 натягивают до необходимого состояния. Натяжение одной тяги 5 приведет к перекосу системы, и, как следствие, к зажатию технологического штыря 18 в отверстии 16 (см. фиг.5 и 6). Далее при помощи талрепа 9 начинаем натягивать вторую тягу 5 до полного освобождения штыря 12 от зажима («перекоса»), образовавшегося при натяжении первой тяги 5. Освобождение технологического штыря 18 из отверстия 16 будет свидетельствовать о том, что отверстия 16 в двуплечих рычагах 4 и 7 полностью совместились, и, следовательно, оси С и Д перпендикулярны плоскости Е, что будет соответствовать равному натяжению тяг 5. Далее, на полностью собранную тягу 5 устанавливают предварительно оттарированный на полном аналоге натягиваемой тяги (технологической тяге) съемный элемент 10 с закрепленными на нем тензодатчиками 11, предварительно закрепляя его с помощью зажимов. Вращая талреп 9, поднатягивают тягу до момента появления сигналов с тензодатчиков 11, выбирают провис тяги (см. выше), после чего полностью ослабляют зажимы и вновь закрепляют съемный элемент уже с усилием, предотвращающим в заданном диапазоне измерения проскальзывание поджатых друг к другу тяги 5 и съемного элемента 10 (определяется эмпирически при первых измерениях или используют более сложные зажимы). С этого момента съемный элемент 10 и тяга 5 работают на растяжение совместно как единый элемент тяги с увеличенной за счет съемного элемента площадью в поперечной сечении. Сила натяжения на этом участке будет такая же, как на любом другом участке тяги, но за счет увеличенной площади поперечного сечения напряжение будет меньше, а следовательно, и степень деформации также будет меньше. Кроме того, усилия в съемном элементе и работающей вместе с ним части тяги в силу одинаковой деформации будут пропорциональны их площадям в поперечном сечении. Таким образом, изменяя площадь поперечного сечения съемного элемента, не меняя при этом геометрических размеров самой тяги, можно изменить степень деформации и измеряемое усилие, а также равномерно распределить управляющий момент на тяге, и тем самым максимально полно совместить диапазон измерений с рабочим диапазоном используемых тензодатчиков (тензорезисторов), что автоматически повышает точность измерения и снижает трудоемкость изготовления и контроля.In the two-arm levers 4 and 7, holes 16 are made (see Fig. 4) so that the centers of the holes 16 and the axis of rotation 3 and 6 lie in the same plane and are on the C and D axes. The counter holes in the base 17 are similarly made. The system rods 5 in a “relaxed” state are installed on the base 17. In the combined holes 16 on the two-arm levers 4 and 7, the technological pins 18 are inserted. After which one of the rods is pulled with the lanyard 9 to the required state. The tension of one rod 5 will lead to a skew of the system, and, as a result, to the clamping of the technological pin 18 in the hole 16 (see figures 5 and 6). Then, using the turnbuckle 9, we begin to pull the second rod 5 until the pin 12 is completely released from the clamp (“skew”) formed when the first rod 5 is pulled. The release of the technological pin 18 from the hole 16 will indicate that the holes 16 in the two-arm levers 4 and 7 are fully compatible, and therefore, the C and D axes are perpendicular to the plane E, which will correspond to the equal tension of the rods 5. Next, pre-calibrated on a full analog of the tensioned rod is installed on a fully assembled rod 5 (technologists eskoy drawn) detachable member 10 with strain gages fixed on it 11, after securing it with clips. Rotating the lanyard 9, tighten the thrust until the signals from the load cells 11 appear, select the sag of the thrust (see above), after which the clamps are completely loosened and the removable element is again fixed with a force that prevents slipping of the thrust 5 against each other in the specified measurement range removable element 10 (determined empirically in the first measurements or use more complex clamps). From this moment, the removable element 10 and the rod 5 work in tension together as a single element of traction with an increased cross-sectional area due to the removable element. The tension in this section will be the same as in any other section of traction, but due to the increased cross-sectional area, the stress will be less, and therefore the degree of deformation will also be less. In addition, the forces in the removable element and the parts of the thrust working together with it due to the same deformation will be proportional to their cross-sectional areas. Thus, changing the cross-sectional area of the removable element, without changing the geometrical dimensions of the thrust itself, you can change the degree of deformation and the measured force, as well as evenly distribute the control torque on the thrust, and thereby fully combine the measurement range with the operating range of the used load cells ( strain gauges), which automatically increases the accuracy of the measurement and reduces the complexity of manufacturing and control.

ЛитератураLiterature

1. Аналог - Г.Б.Иосилевич, Ю.В.Шарловский, «Затяжка и стопорение резьбовых соединений», издательство «Машиностроение», Москва, 1971 г., глава 1, стр.17, формула 23, стр.36-38, рис.36.1. Analogue - G.B.Iosilevich, Yu.V. Sharlovsky, “Tightening and locking of threaded joints”, Mashinostroenie publishing house, Moscow, 1971, chapter 1, p. 17, formula 23, p. 36-38 Fig. 36.

2. Прототип - С.Рузга, «Электрические тензометры сопротивления», изд-во «Мир», Москва, 1964 г., стр.325, 326, ст. «Силомер для измерения усилий в тросах»,2. The prototype - S. Ruzga, "Electrical resistance tensometers", publishing house "Mir", Moscow, 1964, pp. 325, 326, Art. "A force meter for measuring forces in cables",

Claims

A device for providing a predetermined tension force of paired rods, consisting of strain gauges and a stand-alone device for decoding signals from strain gauges, characterized in that the strain gauges are mounted on a removable technological element with a cross-sectional area that provides the most complete use of the functionality of the strain gauges, and the technological element is fixed on the traction in two points spaced along its length by quick-release clamps, providing compressive forces, without sliding pressed against the ends of the removable element relative to the rod, and the levers to which the rod is connected are fixed with pins.