Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СТАТИЧЕСКОЙ ПОВЕРКИ ТЯГОВОГО ДИНАМОМЕТРА

Изобретение относится к испытанию и техническому диагностированию машин, в частности к способам статической поверки динамометров для тяговых испытаний мобильных машин, причем таких динамометров, которые оснащены тензометрическими и другими недеформируемыми датчиками. Кроме того, оно может быть использовано в машиностроении при выпуске из производства портативных испытательных приборов, в качестве образцовых динамометров в которых используются пружины сжатия.

Проверка динамометров на работоспособность и погрешность измерений перед тяговыми испытаниями машин и в процессе их испытаний являются основными условиями обеспечения требуемой точности и достоверности испытаний. Известен способ испытания динамометра, при котором его нагружают и при этом измеряют деформацию индикатором часового типа, показания которого в определенном масштабе соответствуют величине приложенной к динамометру нагрузки (Лихачев В.С. Испытания тракторов: учеб. пособие для вузов / В.С. Лихачев. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1974. - 288 с., С. 157-161) [1].

Основным недостатком указанного способа является то, что он мало применим в устройствах для проверки динамометров для тяговых испытаний машин.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ проверки динамометра на погрешность, при котором проверяемый и образцовый динамометры последовательно включают в одну силовую цепь и нагружают их, при этом фиксируют деформацию, пропорциональную величине приложенной к динамометру нагрузки (Лихачев В.С. Испытания тракторов: учеб. пособие для вузов / В.С. Лихачев. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1974. - 288 с., С. 157-161) [2].

Недостатком названного способа является то, что для его реализации требуется сложная и громоздкая установка, применение которой в условиях, приближенных к полевым, не представляется возможным.

Задача изобретения: обеспечение возможности создания и использования простого портативного прибора для поверки тяговых динамометров.

Сущность изобретения заключается в следующем. Нагружение поверяемого и образцового динамометров осуществляют винтовым механизмом, посредством навинчивания гайки на натяжной винт. Диапазон нагрузок, соответствующий диапазону измерений поверяемого динамометра, разбивают на несколько ступеней путем его пересчета в соответствующее целое число оборотов гайки вокруг ее оси вращения по формуле

где n_m - целое число оборотов гайки вокруг ее оси вращения, соответствующее нагрузке одной ступени; F_ВПИ - верхний предел измерений поверяемого динамометра; m - принятое число ступеней, S - шаг резьбы гайки; К - коэффициент жесткости пружины. Затем производят испытания динамометров в режиме «нагрузка-разгрузка» по каждой выбранной ступени, принимая во внимание целое число оборотов гайки вокруг ее оси вращения, соответствующее нагрузке одной ступени, а также число ступеней. При этом учитывают шаг резьбы и жесткость пружины образцового динамометра. После чего фиксируют показания поверяемого динамометра, затем вычисляют силу, приложенную к поверяемому динамометру, по формуле

где F_Зi - заданная силовая нагрузка на поверяемый динамометр по i-ступени; N_i - порядковый номер i-ступени. После чего вычисляют вариации по формулам:

где Δ_ji - абсолютная вариация при j-измерении (опыте) по i-ступени; F_Пji - показания поверяемого динамометра при j-измерении по i-ступени; δ_ji - относительная вариация при j-измерении по i-ступени. В завершение из полученных данных выбирают максимальные значения абсолютной и относительной вариации и принимают их за предельную погрешность однократного измерения силы поверяемым динамометром. В совокупности это обеспечит возможность создания и использования простого портативного прибора для поверки тяговых динамометров.

Покажем правомерность формул, положенных в основу предложенного способа поверки динамометра.

В соответствии с законом Гука [3]

где F - сила, действующая на пружину сжатия в осевом направлении; К - коэффициент упругости (жесткости) пружины; - изменение длины пружины (продольная деформация). Выразим по формуле

где n - число витков резьбы натяжного винта, на которые навинчена гайка, что соответствует числу оборотов гайки вокруг ее оси вращения; S - шаг резьбы.

Подставив (2) в (1), получим

Отсюда - из (3) -

Так как испытания проводят по ступеням, то силовая нагрузка одной ступени F_m при известном числе ступеней m может быть вычислена по формуле

где F_ВПИ - верхний предел измерений поверяемого динамометра.

Теперь подставим (5) в (4) и получим искомую формулу

где n_m - целое число оборотов гайки вокруг ее оси вращения, соответствующее нагрузке одной ступени.

Для нахождения силы, приложенной к поверяемому динамометру, поступим следующим образом. Выразим n в (3) -

где N_i - порядковый номер i-ступени. После подстановки (7) в (3) искомая формула примет вид:

где F_Зi - заданная силовая нагрузка на поверяемый динамометр по i-ступени; N_i - порядковый номер i-ступени.

Практическое применение способа статической поверки тягового динамометра покажем на примере. Пусть имеется портативный прибор для испытания динамометров, оснащенный винтовым механизмом и цилиндрической пружиной сжатия. Его технические характеристики: S=2,5 мм, К=190 Н/мм. Требуется провести поверку тензометрического динамометра с ВПИ - F_ВПИ=25000 Н.

Решение и порядок выполнения поверки.

1. Принимают: m=5 (принято для примера).

2. Вычисляют n_m по формуле (6) -

3. Округляют n_m до целого числа: n_m=11.

4. Вычисляют F_Зi по формуле (8):

для первой ступени -

для второй ступени -

для третьей ступени -

5. Проводят испытания.

5.1. Навинчивая гайку на винт, сначала выбирают зазоры в винтовом механизме, а затем устанавливают ноль по способу «после разгрузки», при котором несколько нагружают поверяемый динамометр, затем плавно разгружают до нуля, что контролируют по показаниям поверяемого динамометра.

5.2. Проводят первый опыт в следующем порядке. Посредством ключа или рукоятки навинчивают гайку на винт. Выполнив 11 оборотов гайки вокруг ее оси вращения, фиксируют показание поверяемого динамометра и заносят в таблицу (результат: 5010 Н). Затем нагрузку снова увеличивают до следующей (второй) ступени - навинчивают гайку еще на 11 оборотов и записывают результат (10870 Н) и так далее до наибольшей нагрузки. Для краткости изложения материала в нашем примере (в таблице) представлено только три первых ступени. При достижении наибольшей нагрузки (14950 Н, что относится к третьей ступени) динамометр несколько перегружают, например, навинчивают гайку на винт еще на 3 оборота. После этого настолько же оборотов гайку свинчивают, фиксируют показания динамометра (результат: 16405 Н). Затем свинчивают гайку на 11 оборотов (результат: 10910 Н), то есть в обратном порядке плавно производят ступенчатую разгрузку и фиксируют показания поверяемого динамометра. Еще свинчивают гайку на 11 оборотов - результат: 5475 Н.

Далее аналогичным образом выполняют второй и третий опыты. Полученные результаты также показаны в таблице. Результаты (порядок цифр): по второму опыту - 5000, 10850, 15000, 16360, 10970, 5525; по третьему опыту-4980, 10880, 14900, 16465, 11030, 5545.

6. Для каждого полученного показания поверяемого динамометра вычисляют абсолютные вариации по формуле (их значения в таблице даны в скобках - в графе «Показания поверяемого динамометра»)

Например, по первому опыту при нагрузке

7. Из всех опытов каждой ступени выбирают абсолютные вариации, имеющие максимальные значения Δ_jimах, как при нагрузке, так и разгрузке (в таблице они помечены курсивом).

8. Принимая во внимание Δ_jimах, вычисляют максимальные относительные вариации по формуле

Например, по первому опыту при нагрузке Δ_jimax=245 Н -

В завершение из полученных данных выбирают максимальные значения абсолютной и относительной вариации и принимают их за предельную погрешность однократного измерения силы поверяемым динамометром.

Таким образом, предложен способ статической поверки тягового динамометра, в основу которого положены сравнительные испытания поверяемого динамометра с образцовым, которым является пружина сжатия с заранее известной жесткостью. При этом нагружение пружины осуществляется винтовым механизмом - посредством гайки, навинчиваемой на винт. В совокупности это позволяет обеспечить возможность создания и использования простого портативного прибора для поверки тяговых динамометров.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, ПРИНЯТЫЕ ВО ВНИМАНИЕ

1. Лихачев В.С. Испытания тракторов: учеб. пособие для вузов / В.С. Лихачев. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1974. - 288 с., С.157-161.

2. Лихачев В.С. Испытания тракторов: учеб. пособие для вузов / В.С. Лихачев. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1974. - 288 с., С.157-161. - прототип.

3. Трофимова Т.И. Курс физики: учеб. пособие для вузов / Т.И. Трофимова. - М.: Высш. шк., 1997. - 542 с., С.43-44.