Устройство для взвешивания грузов на кранах

 

Использование: взвешивание грузов на кранах. Сущность изобретения: устройство для взвешивания грузов на подъемных кранах содержит упругий элемент с размещенными на нем тензорезисторами. Силовоспринимающая часть упругого элемента, выполненная в форме цилиндра, охватывающего хвостовик крюка, сопряжена с кольцевой изгибаемой частью упругого элемента через кольцевую перемычку, срединная плоскость которой проходит через тяжести меридионального сечения кольцевой изгибаемой части, а плоскость сопряжения кольцевой изгибаемой части с опорной цилиндрической оболочкой смещена от срединной плоскости кольцевой перемычки на величину, определяемую приведенной зависимостью. 1 ил.

Изобретение относится к области подъемно-транспортного машиностроения, а именно к устройствам взвешивания грузов на кранах.

Известно устройство для взвешивания грузов на подъемных кранах, принятое в качестве аналога, в котором крюковая подвеска сопрягается с крюком через несколько датчиков растяжения (Патент ФРГ (DE) N 3629158, B 66 C 1/40). К недостаткам аналога относится прежде всего громоздкость конструкции.

Известно устройство для взвешивания грузов на подъемных кранах, принятое в качестве прототипа, содержащее упругий элемент, выполненный в виде размещенной между выполненными с центральными отверстиями верхней и нижней опорными плитами и охватывающей хвостовик крюка кольцевой пластиной, на средней части которой, имеющей толщину, большую толщин верхней и нижней частей, размещены тензорезисторные преобразователи (а.с. СССР N 1301765, B 66 C 13/16, G 01 G 19/14, опубл. 07.04.87 г. Бюл. N 13). К недостаткам прототипа следует отнести многодетальность, сложность сопряжения упругого элемента с силовводящей и опорной частями устройства, сложность получения линейной характеристики датчика.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и повышение линейности датчика.

Эта цель достигается тем, что в устройстве для взвешивания грузов на подъемных кранах, содержащем корпус, грузовой крюк, опорный подшипник, гайку и упругий элемент с размещенными на нем тензорезисторами и выполненный цельным телом вращения силовоспринимающая часть упругого элемента, выполненная в форме цилиндра, охватывающего хвостовик крюка, сопряжена с кольцевой изгибаемой частью упругого элемента через кольцевую перемычку, срединная плоскость которой проходит через центр тяжести меридионального сечения кольцевой изгибаемой части, а плоскость сопряжения кольцевой изгибаемой части с опорной цилиндрической оболочкой смещена от срединной плоскости кольцевой перемычки на величину, определяемую зависимостью где S коэффициент тензочувствительности материала тензорезисторов; К_н заданное значение коэффициента передачи датчика при номинальном значении измеряемой силы тяжести груза; C и ΔC соответственно жесткость упругого элемента и величина ее изменения при номинальной нагрузке; hтi и Rтi соответственно расстояние от осевой плоскости, проходящей через центр тяжести меридионального сечения кольцевой изгибаемой части упругого элемента и радиус подрезисторного выступа под i-тым тензорезистором; Конструкция устройства для взвешивания груза на подъемных кранах представлена на фиг. 1. Устройство содержит крюк 1, который через гайку 2, опорный подшипник 3 и нажимную плиту 4 взаимодействует на силовоспринимающую часть 5 упругого элемента. Кольцевая изгибаемая часть 6 упругого элемента сопряжена с силовоспринимающей частью 5 через кольцевую перемычку 7, срединная плоскость которой проходит через точку О центр тяжести меридионального сечения кольцевой изгибающей части 6. Тензорезисторы 8 и 9 размещены на цилиндрических поверхностях выступов на торцах кольцевой изгибаемой части 6, которая через опорную цилиндрическую оболочку 10 сопряжена с корпусом 11, выполненным в виде траверсы, установленной в щеках 12. От внешней среды рабочая зона тензорезисторов герметизирована мембранами 13 и 14.

Работает устройство для взвешивания следующим образом. Под действием измеряемой силы веса груза F кольцевая часть 6 изгибается так, что ее меридиональное сечение поворачивается вокруг центра тяжести О на угол ϕ. При этом тензорезисторы 8 растягиваются, а тензорезисторы 9 сжимаются, что позволяет реализовать мостовую измерительную схему с четырьмя активными тензорезисторами.

Связь коэффициента передачи тензорезисторного датчика (К) с геометрическими и жесткостными параметрами упругого элемента можно представить в виде (1) где К' константа; R_B и R_A соответственно радиусы опирания и силовведения для кольцевой изгибаемой части 6;
C коэффициент жесткости упругого элемента, приведенный в точке O_c.

Для обеспечения линейности характеристики датчика необходимо, чтобы
(2)
Так как в процессе деформирования упругого элемента величина изменяется, то условие (2) можно представить в виде:
(3)
где ΔR и ΔC соответственно изменение плеча изгибающих кольцо сил и изменение жесткости упругого элемента;
Изменение плеча изгибающих кольцо сил (ΔR) связано с углом поворота его меридионального сечения (ϕ) и смещением (D) торца опорной оболочки 10 относительно срединной плоскости перемычки 7 зависимостью
DR=ϕ·Δ
Угол поворота меридионального сечения кольца 6 связан с задаваемым коэффициентом передачи датчика при номинальной нагрузке (Кн), с радиусом цилиндрической поверхности под i-тым тензорезистором (Rтi), с расстоянием i-того тензорезистора от осевой плоскости, проходящей через точку O_c и коэффициентом тензочувствительности материала тензорезисторов (S) зависимостью:
(5)
На основании зависимостей (3), (4), (5) получим зависимость для искомой величины Δ, обеспечивающей линейность характеристики устройства

Новым в предлагаемой конструкции устройства для взвешивания грузов на подъемных кранах является введение между силовоспринимающей цилиндрической частью упругого элемента и его кольцевой изгибаемой частью кольцевой перемычки, срединная плоскость которой проходит через центр тяжести меридионального сечения кольцевой изгибаемой части и смещение от этой плоскости торца опорной цилиндрической оболочки, что обеспечивает изменение плеча изгибаемых кольцо сил пропорционально изменению жесткости упругого элемента и, как следствие, обеспечивает высокую линейность характеристики датчика.

Формула изобретения

1. Устройство для взвешивания грузов на подъемных кранах, содержащее корпус, грузовой крюк, опорный подшипник, гайку и упругий элемент с размещенными на нем тензорезисторами и выполненный цельным телом вращения, отличающееся тем, что в нем силовоспринимающая часть упругого элемента, выполненная в форме цилиндра, охватывающего хвостовик крюка, сопряжена с кольцевой изгибаемой частью упругого элемента через кольцевую перемычку, срединная плоскость которой проходит через центр тяжести меридионального сечения кольцевой изгибаемой части, а плоскость сопряжения кольцевой изгибаемой части с опорной цилиндрической оболочкой смещена от срединной плоскости кольцевой перемычки на величину, определяемую зависимостью:

где S коэффициент тензочувствительности материала тензорезисторов;
К_н заданное значение коэффициента передачи датчика при номинальном значении измеряемой силы тяжести груза;
C и ΔC- соответственно жесткость упругого элемента и величина ее изменения при номинальной нагрузке;
h_тi и R_тi соответственно расстояние от осевой плоскости, проходящей через центр тяжести меридионального сечения кольцевой изгибаемой части упругого элемента, и радиус подрезисторного выступа под i-тым тензорезистором.

РИСУНКИ

Рисунок 1