Устройство для измерения силы
Владельцы патента RU 2312318:
Федеральное государственное унитарное предприятие НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ машиностроения (ФГУП НИИмаш) (RU)
Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения боковой составляющей силы тяги жидкостных ракетных двигателей малой тяги. Устройство состоит из четырех труб, лежащих в одной плоскости, закрепленных попарно соосно и параллельно внешними концевыми участками в жестких соединительных элементах, а внутренними: одна соосная пара труб - в основании, а вторая - в площадке. В площадке закреплен одной парой соосных труб аналогичный элемент из четырех труб, лежащих в плоскости, проходящей через ось устройства и перпендикулярной плоскости первого элемента. Внутренние участки второй пары соосных труб закреплены в раме, вывешенной на конусной опоре, вершина которой совпадает с точкой пересечения осей труб площадки. Трубы и каналы, выполненные в основании, жестких соединительных элементах, площадке и раме, являются магистралями подачи энергоносителя к испытываемому объекту, закрепленному соосно устройству на раме. Технический результат заключается в обеспечении возможностей измерения составляющих силы и повышении точности измерения. 3 ил.
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения боковых составляющих силы, возникающих, в частности, при работе жидкостного ракетного двигателя малой тяги (ЖРДМТ) в стендовых условиях.
Известно устройство для измерения крутящего момента, представляющее собой закрепленную трубу, свободный конец которой воспринимает крутящий момент, а на тонкостенной центральной части наклеены датчики, измеряющие деформацию [1]. С помощью такого устройства можно измерять момент силы и силу, но нельзя определить боковые составляющие силы.
Известно устройство для измерения силы, состоящее из четырех труб, лежащих в одной плоскости, закрепленных попарно соосно и параллельно внешними концевыми участками в жестких соединительных элементах, а внутренними: одна соосная пара труб - в основании, а вторая - в площадке, воспринимающей измеряемое усилие [2].
Это устройство позволяет измерять силы, действующие по оси устройства, но не позволяет измерять силы и их направление, действующие в плоскости, перпендикулярной оси устройства.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, расширение возможностей измерения составляющих силы и повышение точности измерения.
Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для измерения силы, состоящем из четырех труб, лежащих в одной плоскости, закрепленных попарно соосно и параллельно внешними концевыми участками в жестких соединительных элементах, а внутренними: одна соосная пара труб - в основании, а вторая - в площадке, воспринимающей усилие, дополнительно согласно изобретению в площадке, в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения труб, установлена симметрично вторая пара труб так, что оси первой и второй пары труб пересекаются, а внешние концевые участки их закреплены в жестких соединительных элементах, в которых также закреплены концевые участки другой пары труб, параллельной первой и лежащей в плоскости оси устройства, а внутренние их участки закреплены в раме, вывешенной на конической опоре, вершина которой совпадает с точкой пересечения осей труб площадки, а трубы и каналы, выполненные в основании, жестких соединительных элементах, площадке и раме, являются магистралями подачи энергоносителя к испытываемому объекту, закрепленному на раме, воспринимающей измеряемое усилие.
Предлагаемое устройство для измерения силы представлено на чертежах.
На фиг.1 показан общий вид устройства, ортогональная проекция.
На фиг.2 показан вид сбоку.
На фиг.3 показано сечение А-А по площадке.
Устройство для измерения силы (фиг.1, 2, 3) состоит из основания 1 с установленными в нем трубопроводами 2 подачи энергоносителя, например горючего и окислителя для ЖРДМТ, и каналами 3, сообщенными с трубами 4, которые закреплены в жестких соединительных элементах 5 с каналами 6. Вторая пара труб 7 соединяет жесткие соединительные элементы 5 и площадку 8. В площадке 8 от мест крепления труб 7 до мест крепления труб 9 выполнены каналы 10 (фиг.3). Трубы 9 через каналы 6 в жестких соединительных элементах 5 сообщены с трубами 11, установленными внутренними концевыми участками в раме 12, воспринимающей усилие от работающего двигателя 13 (ЖРДМТ). Рама 12 вывешена на конической опоре 14 с вершиной 15, установленной на кронштейне 16. Каналы 17 в раме 12 через трубопроводы 18 соединяют магистрали подачи энергоносителя с двигателем 13. Отклонение рамы от нормального положения при работающем двигателе фиксируют датчики 19. Вершина 15 конической опоры 14 лежит в точке пересечения осей труб 7 и 9 площадки 8.
Работает устройство следующим образом.
Энергоноситель (компоненты ракетного топлива окислитель и горючее) поступает по трубопроводам 2, каналам 3, трубам 4, 7, 9, 11, связанным каналами 6 и 17, трубопроводам 18 к двигателю 13. Конструкция трубопроводов устройства для измерения силы позволяет свести к минимуму влияние температуры и давления окислителя и горючего на результаты измерений. В данной конструкции практически отсутствуют изгибающие моменты от сил давления в трубопроводах окислителя и горючего, т.к. нет криволинейных участков трубопроводов, а соединительные элементы 5 с каналами 6 являются жесткими, т.е. в пределах рабочего давления практически не деформируются. Трубопроводы 18 от каналов 17 до двигателя 13 не оказывают существенного влияния на результаты измерений, т.к. рама 12 является жесткой и предусмотрено жесткое крепление двигателя 13 к ней. При высоком входном давлении и рабочей температуре производят настройку нулевых показаний от датчиков 19. Затем включают двигатель 13 и на установившемся режиме работы записывают значения сигналов, поступающих от датчиков 19, которые зависят от скручивания и прогиба труб 4, 7, 9 и 11, а следовательно, от упругих свойств материала этих труб. Величина отклонения рамы 1 от нормального положения при повороте ее вокруг осей труб 7 и 9, проходящих через вершину 15 конической опоры 14, пропорциональна боковому усилию в каждом из взаимно перпендикулярных направлений. Боковые составляющие силы, возникающие в плоскости, перпендикулярной оси двигателя в двух взаимно перпендикулярных направлениях, фиксируют (записывают), а суммарную боковую силу и ее направление вычисляют.
Изобретение позволяет за счет применения взаимно перпендикулярных трубных конструкций с достаточной точностью разделить усилия по направлениям и найти направление результирующего бокового усилия, что в дальнейшем приводит к повышению точности управления космическим летательным аппаратом. Кроме того, такая трубная конструкция существенно повышает точность измерения силы путем минимизации влияния температуры и давления энергоносителя.
Использованные источники:
1. Заявка ФРГ №2625803, МКИ G01L 1/04, публ. 22 декабря 1977 г., №51.
2. Заявка ФРГ №2557868, МКИ G01L 1/04, публ. 30 июня 1977 г., №26.
Устройство для измерения силы, состоящее из четырех труб, лежащих в одной плоскости, закрепленных попарно соосно и параллельно внешними концевыми участками в жестких соединительных элементах, а внутренними одна соосная пара труб в основании, а вторая - в площадке, отличающееся тем, что в площадке перпендикулярно плоскости расположения труб установлена симметрично вторая пара труб так, что оси первой и второй пары труб пересекаются, а внешние концевые участки их закреплены в жестких соединительных элементах, в которых также закреплены концевые участки другой пары труб, параллельной первой и лежащей в плоскости оси устройства, а внутренние их участки закреплены в раме, вывешенной на конусной опоре, вершина которой совпадает с точкой пересечения осей труб площадки, а трубы и каналы, выполненные в основании, жестких соединительных элементах, площадке и раме, являются магистралями подачи энергоносителя к испытываемому объекту, закрепленному на раме.
