Пристрій для зважування (варіанти)

Винахід належить до ваговимірювальної техніки, а саме до тензометричних систем зважування, в яких в якості вимірювального перетворювача деформації твердого тіла використовують тензодатчики. Винахід може бути використаний в тензометричних зважувальних пристроях, таких як вагонні, автомобільні ваги, бункерні та інші. Вузол убудування тензодатчика використовується задля будування систем зважування ємностей, бункерів, контейнерів, автомобілів, вагонів та ін,, розрахованих на великі та середні навантаження. Відомі й широко застосовуються різні пристрої зважування, які вирішують різноманітні задачі з визначення ваги різних рідких та твердих вантажів у стані покою, під час руху, при порціонному дозуванні ї т.і. [див., наприклад, Гроссман Н.Я., Шнырев Г. Д. Автоматизированные системы взвешивания и дозирования. М. Машиностроение, 1988.]. Відома значна кількість технічних рішень на рівні винаходів, захи щених авт. св. СРСР, патентами Росії, України, та ін. країн. Наприклад, згідно [патенту України №55151А, G01G19/14] заявлені кранові ваги; згідно [патенту України №55852А, G01G19/14] заявлений пристрій для фіксації ваги розплаву у металургійних ковшах; [патент України №55815А, G01G11/08] виданий науково-виробничній фірмі "Тензо-ЭВМ" лтд. на ваговий дозатор безперервної дії. Згідно [патента України №52973А, G01G07/00] заявлений ваговий пристрій у вигляді вузлів із тензодатчиками, забезпечений регулювальними вузлами для захисту тензодатчиків від перевантаження. Згідно [патенту України №57536А, G01G19/04] товариство «Українські технології» заявило тензометричну систему зважування залізничних вагонів і локомотивів під час руху та спосіб ідентифікації їх під час руху у процесі зважування. Патенти на технічні вирішення з тієї ж проблеми видані в РФ: [№2039946, G01G19/04 "Весы для поосного взвешивания вагонов в движении"; №2046299, G01G19/02,19/04 "Устройство для взвешивания транспортных средств в движении"]. В значній мірі технічні характеристики пристроїв зважування визначаються досконалістю тензодатчика та його вузла убудування. Із представленого короткого переліку виноходів випливає, що проблема виготовлення точних, швидкодіючих, надійних в експлуатації зважувальних пристроїв становить складну інженерну задачу. По [авт. св. СРСР №1163153, G01G19/02, 1985], відомий пристрій для зважування об'єктів, які містять вантажоприйомну платформу, розміщену на тензодатчиках стиску, розташованих у свою чергу на нерухомих фундаментних опорах. Недоліком цього пристрою є висока складність проведення монтажних робіт з установлювання тензодатчиків й низька точність зважування, яка зумовлена високою чутливістю тензодатчиків до напруги, що виникає внаслідок просторових переміщень як самої вантажоприймальної платформи, так і опор, на яких змонтовані тензодатчики. Відомі ваги для зважування транспортних засобів згідно [авт. св. №1303839, G01G19/02, 1987], які містять фундаментну основу, вантажоприймальну платформу, підвішену на вузлах убудування тензодатчиків та з'єднану із фундаментом вагів тросовими розтяжками. У даному винаході вузли убудування тензодатчиків виконані у вигляді двох П-образних вилок з осями, між якими за допомогою циліндричних шарнірів змонтовано тензодатчик, до того ж верхня вилка закріплена на фундаментній опорі, а нижня на поперечній балці вантажоприймальної платформи. Недоліком даного пристрою є складна конструкція вантажоприймальної платформи та її велика металоємність у зв'язку з виконанням принципу прямого розтягування тензодатчиків та рознесенням міст їх кріплення за габарити вантажоприймальної платформи, а також, необхідність проведення великого об'єму монтажних робіт. У якості найбільш близького рішення - прототипа, який збігається із запропонованим винаходом за призначенням і збігом ряду конструктивних ознак, обрано опис до [патенту РФ №2037789, G01G19/02,19/04 "Устройство для взвешивания"], який становить подальше удосконалення рішення з вказаного вище [авт. св. СРСР №1303839]. Згідно з прототипом вирішувалась задача із спрощення конструкції вантажоприймальної платформи, зменшення металоємності та спрощення монтажу пристрою при збереженні високої точності зважування завдяки розташуванню працюючого у режимі розтягування тензодатчика під вантажоприймальною платформою. При цьому власне тензодатчик працює у режимі розтягування, а вузол убудування - у режимі стиску. Даний пристрій містить плиту кріплення до фундаментної основи, зверху якої розміщують плиту для закріплення вантажоприймальної платформи, вузли убудування тензодатчиків, які розміщують під вантажоприймальною платформою та які становлюють дві П-образні вилки з осями, до того ж нижня вилка змонтована на фундаментній основі, а на верхню вилку спирається плита кріплення до вантажоприймальної платформи. Тензодатчик закріплений за допомогою вузлів зчленування між осями у такий спосіб, що вісь нижньої вилки розташована вище осі верхньої вилки. У даній конструкції для компенсації неспівосності, яка виникає при монтажі пристрою, вузли зчленування виконані у вигляді рим-болтів. Зазвичай конструкція вузлів зчленування обирається у залежності від конструкції тензодатчиків. Крім того, у центрі осі кожної вилки виповнюють сідлообразні проточки для центрування міст розташування вузлів зчленування на осях. З метою зручності монтажу у вилках, які можуть мати різне виконання, отвори під осі виконані у вигляді напівотворів. Стискаюче зусилля, що надається на вузол убудування, передається на тензодатчик, змушуючи його працювати у режимі розтягування. Електричний сигнал, який видає тензодатчик, є пропорційним до зусиль, що передається на вузол убудування, виводиться з пристрою і передається по кабелю до апаратури обробки сигналу з метою одержання оцінки вантажу об'єкта. До недоліків схеми навантаження за прототипом можна віднести наступне: 1) недосконалість системи протидії динамічним навантаженням, що потребує установки дорогих буферних стрижнів і закріплення вантажної платформи до фундаменту спеціальними тросовими розтяжками; 2) складність монтажу, відсутність самоцентрування; 3) відсутній механізм запобігання температурних напруг; 4) тензодатчик працює на розтягування, що не дозволяє домогтися більшої точності й стабільності вимірів; 5) складність виготовлення, складність монтажу і погану ремонтопридатність; 6) більші габарити пристрою, що збільшує вартість монтажних робіт. Загальними ознаками пристрою для зважування за прототипом та заявленому винаходу є такі: 1) нижня плита, зв'язана із фундаментною основою; 2) верхня плита, зв’язана із вантажеприймальною платформою; 3) тензодатчик, зв'язаний вузлом убудування із верхньою та нижньою плитами; 4) кабель виводу електричного сигналу з тензодатчика до апаратури для його обробки. В основу винаходу поставлена задача суттєво го удосконалення пристрою для звантажування, в якому за рахунок запропонованих особливостей принципіальної схеми навантаження та конструктивних особливостей вузла убудування тензодатчика завжди забезпечується стабільне центральне навантаження, перпендикулярне до фундаментної опори; забезпечується автоматичне самоцентрування навантаження й компенсація температурних впливів; досягається підвищення точності зважування за рахунок отримання більш точної лінійної залежності електричного сигналу, який знімається з тензодатчика, а також спрощення конструкції у вигляді модулю, що може бути вбудованим, та зниження її габаритів. Це дозволяє поліпшити такі техніко-економічні характеристики пристрою, як полегшення монтажних робіт, підвищення ремонтопридатності, надійність і стабільність його роботи в умовах тривалої експлуатації. Поставлена задача вирішується у вигляді дво х варіантів виконання пристроїв, пов'язаних єдністю винахідницького задуму. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для звантажування (варіант 1), який містить нижню опорну плиту, зв'язану із фундаментною основою; верхню опорну плиту, зв'язану із вантажоприймальною платформою; тензодатчик, зв'язаний вузлом убудування із верхньою та нижньою плитами; кабель виводу електричного сигналу з тензодатчика до апаратури для його обробки, згідно ВИНАХОДУ, Він виконаний у вигляді автономного модуля, що монтується між фундаментною основою і вантажоприймальною платформою, тензодатчик виконаний у вигляді працюючого на вигин балкового тензодатчика, з центральним навантаженням, повільно розташованого кінцями на двох опорах у центрі нижньої плити, при цьому ось тензодатчика спрямована перпендикулярно поздовжній осі вантажоприймальної платформи, вузол убудування тензодатчика виконаний по типу маятника у вигляді високоміцної серги з отвором у центрі верхньої її частини, верхня крайка якого з можливістю зсуву взаємодіє із поверхнею тензодатчика у якості підвісу маятника, а в нижній частині серга взаємодіє із верхньою плитою, до того ж сполучення в зазначених місцях рухоми. Вказані ознаки складають сутність винаходу, тому що вони є необхідними у будь-яких вариантах реалізації даного варіанту 1 винаходу й достатніми для досягнення поставленої задачі. Конкретна відзнака пристрою полягає у тому, що серга виконана з плечиками в ніжній частині, на яки з можливістю зсуву вільно сперта вертикальними стійками верхня плита, причому сполучення в зазначених місцях рухомих контактів виконані півсферичними з місцевим їх зміцненням. Інша конкретна відзнака полягає у тому, що серга виконана з отвором в ніжній частині, через який проходить опорна балка, яка з можливістю зсуву взаємодіє із верхньою плитою, причому сполучення в зазначених місцях рухомих контактів виконані півсферичними з місцевим їх зміцненням. Ще одна конкретна відзнака полягає у тому, що тензодатчик, серга виконані з високоміцної сталі, місце контакту серги й балки тензодатчика зміцнене спеціальною обробкою, наприклад, термічною. Інша конкретна відзнака полягає у тому, що в місцях контактів плечиків серги з відповідними півсферичними поверхнями вертикальних стійок верхньої плити установлені підшипники ковзання, виконані, наприклад, з зносостійкої сталі - 45X. Наступна відзнака полягає у тому, що підшипники ковзання виконані знімними й закріплені, наприклад, болтами до стійки. Причинно-наслідковий зв'язок відмітних ознак і технічних результатів з будови варіанту 1, які можуть бути досягнені, полягає у наступному. Застосування маятникової підвіски вузла убудування на горизонтально розміщеній балці тензодатчика забезпечує строго вертикальне навантаження на тензодатчик і, таким чином, стабільне центральне його навантаження зі сторони вантажоприймальної платформи, перпендикулярне до фундаментної опори. Причому за рахунок шарнірних з'єднань відбувається самоцентрування навантаження й компенсація температурних впливів, що дозволяє уникнути появи паразитних напруг на тензодатчику, не пов'язаних із процесом звантажування. В першу чергу з напругами, що викликані просторовими переміщеннями вантажоприймальної платформи в горизонтальній площині. За рахунок конструкції пристрою у вигляді автономного модулю вантажоприймальна платформа може вільно, у заданих межах, пересуватися в горизонтальній площині. Саме виключення паразитних напруг на тензодатчику дозволяє підвищити точність вимірів за рахунок отримання більш точної та лінійної залежності електричного сигналу, що знімається з тензодатчика залежно від ваги об'єкта на платформі. Забезпечуються невеликі габарити пристрою по вертикалі й тим самим знижуються розміри ями, а також зручність монтажу та ремонту. Для полегшення монтажу й ремонту діаметр отвору у серги виконаний більше діаметра балки тензодатчика. Оскільки верхня плита пристрою вільно навішується на плечики серги, яка у свою чергу вільно підвішена до центру балки тензодатчика, то для фіксації вузлів модулю використовуються монтажні шпильки у плитах, котрі видаляються після повного монтажу та закріплення плит до фундаментної опори й вантажоприймальної платформи. Поставлена задача у варіанті 2 вирішується тим, що пристрій для зважування містить нижню опорну плиту, зв'язану с фундаментною основою, верхню опорну плиту, зв'язану з вантажоприймальною платформою, тензодатчик, зв'язаний вузлом убудування з верхньою та нижньою плитами, кабель виводу електросигналу з тензодатчика до апаратури для його обробки. Згідно ВИНАХОДУ, він виконаний у вигляді автономного модулю, що монтується між фундаментною основою й вантажоприймальною платформою та забезпечений балковим тензодатчиком, горизонтально встановленим паралельно поздовжньої вантажоприймальної платформи та верхньої плити, з центральним його навантаженням, без його жорсткої фіксації, працюючим на вигин, контактуючим з опорою у центрі нижньої плити, вузол убудування тензодатчика виконаний по типу маятника багатошарнірним у вигляді двох міцних серег, які мають верхній та нижній отвори, причому верхніми отворами серги рухомо з'єднані з кінцями балки тензодатчика, а нижніми отворами серги рухомо з'єднані через отвір в опорі нижньої плити опорною балкою, що проходить паралельно до осі балки тензодатчика, на кінцях котрої вільно установлені стійки верхньої плити, причому всі рухомі елементи в місцях контактів виконані півсферичними та мають місцеві зміцнювання. Вказані ознаки встановлюють сутність винаходу, тому що вони є необхідними в будь-яких варіантах реалізації даного варіанту №2 винаходу й доста тніми для досягнення поставленої задачі. Конкретна відзнака пристрою по варіанту 2 полягає у тому, що серги виконані з плечиками, на котрі спирається верхня плита. Інша конкретна відзнака пристрою по варіанту 2 полягає у тому, що тензодатчик, серги та опорна балка виконані з високоміцної сталі, місця контакту серег й балки тензодатчика зміцнені спеціальною обробкою, наприклад, термічною. Наступна конкретна відзнака полягає у тому, що в місцях контактів кінців опорної балки з відповідними півсферичними поверхнями вертикальних стійок верхньої плити установлені підшипники ковзання, виконані, наприклад, зі зносостійкої сталі - 45X, виконані з'ємно й закріплені, наприклад, болтами до стійки. Ще одна конкретна відзнака полягає у тому, що місця контакту тензодатчика з опорою нижньої плити виконані півсферичними, або з виступаючою півсферичною поверхнею на тензодатчикові, або з виступаючою півсферичною поверхнею на опорі. Інша конкретна відзнака полягає у тому, що опорна балка та нижні отвори в сергах можуть бути виконані еліптичними з розташуванням великої осі в горизонтальній площині. Наведені вище відмітні ознаки винаходу забезпечують досягнення наступних те хнічних переваг. За рахунок багатошарнірної маятникової схеми пристрою забезпечується стабільність центрального навантаження, перпендикулярного до фундаментної опори; за рахунок шарнірних з'єднань відбувається самоцентрування навантаження й компенсація температурних впливів, що дозволяє уникнути появи паразитних напруг на тензодатчику, не пов'язаних з процесом зважування, в першу чергу з напругами, викликаними просторовими переміщеннями вантажоприймальної платформи в горизонтальній площині. За рахунок конструкції пристрою у вигляді автономного модулю вантажоприймальна платформа може вільно, в заданих межах, пересуватися в горизонтальній площині. Саме виключення паразитних напруг на тензодатчику дозволяє підвищити точність вимірів за рахунок отримання більш точної та лінійної залежності електричного сигналу, що знімається з тензодатчика залежно від ваги об'єкта на платформі. Наявність двох паралельних серег забезпечує умови центрального навантаження на тензодатчик. Забезпечуються невеликі габарити пристрою по вертикалі і тим самим знижуються розміри ями, а також зручність монтажу й ремонту. Для полегшення монтажу та ремонту діаметр верхніх отворів в сергах виконаний більшим за діаметр балки тензодатчика, а діаметр нижніх отворів в сергах виконаний більшим за діаметр опорної балки. Оскільки верхня плита пристрою вільно навішується на кінці опорної балки, котра у свою чергу вільно підвішена на сергах до країв балки тензодатчика, то для фіксації вузлів модулю використовуються монтажні шпильки в плитах, котрі видаляються після повного монтажу й закріплення плит до фундаментної опори та вантажоприймальної платформи. Перелік фігур креслення. По пристрою зважування варіант 1. На фіг.1 наведений поздовжній розріз по поздовжній осі тензодатчика; На фіг.2 наведений поперечний розріз по осі тензодатчика; На фіг.3 наведена, як варіант, схема розташування підшипника ковзання, На фіг.4 наведена, як варіант, поздовжній розріз по поздовжній осі тензодатчика при підвісі верхньої плити через отвір серги та опорну балку. По пристрою зважування вариант 2. На фіг.5 наведений поздовжній розріз по поздовжній осі тензодатчика; На фіг.6 наведена схема підвісу верхньої плити і двох серег на тензодатчик та опорну балку; На фіг.7 наведена схема розташування підшипника ковзання. На фіг.8 наведена схема підвісу верхньої плити на серги у варіанті із плечиками; Пристрій зважування за варіантом №1 (фіг.1, 2) у зборі становить автономний модуль, який містить нижню плиту 1 з установленими у центрі двома опорами 2, на котру встановлений тензодатчик 3, у центрі балки тензодатчика на його поверхні отвором навішена серга 4, яка взаємодіє із верхньою плитою 6, або через плечики серги та стоїки верхньої плити 5 де встановлено підшипник ковзання 7 (фіг.3), або у варіанті підвісу через отвір встановлена опорна балка 8 (фіг.4). Працює пристрій як автономний модуль у такий спосіб. Нижня плита 1 закріплена до фундаментної основи. Серга 4 крайкою отвору висить у центрі балки тензодатчика 3, вона несе вагу верхньої плити 6. При навантаженні вантажоприймальної платформи вантаж давить на верхню плиту 6, яка своїми стійками 5 через підшипник 7 з напівсферичним контактом, або через опорну балку 8 давить вниз на сергу 4, внаслідок чого крайка отвору серги натискає на тензодатчик 3. За рахунок маятникової підвіски при будь-якому розташуванні вантажоприймальної платформи і вантажу буде мати місце центральне, строго вертикальне навантаження тензодатчика. Пристрій зважування по варианту №2 (фіг.5, 6) у зборі становить автономний модуль, який містить нижню плиту 9, з установленою у центрі опорою 10, на котрій встановлений тензодатчик 11, по краях балки тензодатчика на його поверхні навішені верхніми отворами серги 12, на нижніх отворах серг висить опорна балка 13, на яку спираються вертикальні стійки 14 верхньої плити 15, через встановлений підшипник ковзання 16 (фіг.7), як вариант верхня плита може спиратися на плечики серги, аналогично до варианту 1 (фіг.8). Працює пристрій як автономний модуль у такий спосіб. Нижня плита 9 з розміщеною у центрі опорою 10 закріплена до фундаментної основи, серги 12 крайкою верхнього отвору висять по краях балки тензодатчика 11, опорна балка 13 висить на крайці нижнього отвору серг 12, вона несе вагу верхньої плити 15. При навантаженні вантажоприймальної платформи вантаж давить на верхню плиту 15, яка своїми стійками 14 через підшипник 16 давить вниз на опорну балку 13, внаслідок чого крайки верхніх отворів серг 12 натискають на тензодатчик 11. За рахунок маятникової підвіски при будь-якому розташуванні вантажоприймальної платформи та вантажу буде мати місце центральне, строго вертикальне навантаження тензодатчика. Запропоновані пристрої пройшли експериментальну перевірку та можуть бути успішно застосовані в тензометричних системах зважування вантажопідйомністю від 1 до 200 тонн. Таким чином, застосування запропонованих пристроїв у вигляді автономних модулів дозволить забезпечити маятникову підвіску вузла убудування, виключити несприятливий вплив коливань об'єкта, що зважується, дозволить підвищити точність вимірів ваги, виключити тросові кріплення, збільшити термін служби системи зважування, зменшити габарити модуля, його металоємність. При такому виконанні суттєво знижуються витрати праці на монтаж системи зважування, спрощується обслуговування системи, підвищується стабільність й довговічність роботи.