RU2789013C1

RU2789013C1 - Force-measuring device

Info

Publication number: RU2789013C1
Application number: RU2022102964A
Authority: RU
Inventors: Виталий Алексеевич Цепляев; Анатолий Андреевич Карсаков; Алексей Фруминович Рогачев
Filing date: 2022-02-07
Publication date: 2023-01-26

Abstract

FIELD: force-measuring technology.

SUBSTANCE: invention relates to the field of force-measuring technology and can be used to measure forces, in particular, transmitted from mounted agricultural machines and tillage implements. A device for measuring force transmitted from a mounted agricultural machine or a mounted soil-cultivating implement comprises a two-arm lever pivotally mounted on a fixed support and strain gauges. The leading arm of the two-arm lever is placed perpendicular to the direction of the force to be determined. The axis of attachment of the lever on the hinge, made with one rotational degree of freedom, is set perpendicular to the determined force. The free end of the driven lever is fixed to the base by means of a hinged support with the possibility of longitudinal movement. The strain gauges are fixed on the driven arm of said lever.

EFFECT: simplification of the design of the force-measuring device.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области силоизмерительной техники и может быть использовано для измерения усилий, в частности, передаваемых от навесных сельскохозяйственных машин и почвообрабатывающих орудий.The invention relates to the field of force-measuring technology and can be used to measure forces, in particular, transmitted from mounted agricultural machines and tillage implements.

Известно устройство для измерения усилий растяжения, содержащее диски, параллельные друг другу, имеющие центральные соосные отверстия для установки силовводных элементов, шарнир и датчики силы, расположенные между дисками, причем диски и датчики соединены между собой с помощью крепежных элементов, установленных в сквозных соосных отверстиях дисков, расположенных равномерно по их периметру, а датчики установлены параллельно, отличающееся тем, что оно снабжено элементом сферической формы, боковая поверхность дисков выполнена конической и диски обращены друг к другу меньшими поверхностями, в центре которых выполнены конические выемки, взаимодействующие с элементом сферической формы, а сквозные соосные отверстия сообщаются с пазами, выполненными на конической поверхности каждого диска, в которых размещены датчики, причем контактирующие поверхности крепежных элементов и сквозных соосных отверстий выполнены сферическими (патент RU 2 331 051, МПК G01L 1/22, опубл. 10.08.2008).A device for measuring tensile forces is known, containing disks parallel to each other, having central coaxial holes for installing power input elements, a hinge and force sensors located between the disks, and the disks and sensors are interconnected by means of fasteners installed in the through coaxial holes of the disks , located evenly along their perimeter, and the sensors are installed in parallel, characterized in that it is equipped with a spherical element, the side surface of the disks is made conical and the disks face each other with smaller surfaces, in the center of which there are conical recesses that interact with the spherical element, and through coaxial holes communicate with grooves made on the conical surface of each disk, in which sensors are placed, and the contact surfaces of the fasteners and through coaxial holes are made spherical (patent RU 2 331 051, IPC G01L 1/22, publ. 10.08.2008).

Недостатком известного устройства является односторонняя направленность и невозможность измерения усилий сжатия.A disadvantage of the known device is the one-way orientation and the impossibility of measuring the compression forces.

Наиболее близким аналогом является устройство для определения горизонтального усилия от орудия, навешенного на трактор, содержащее тензометрическую плиту с силоизмерительным элементом, отличающееся тем, что оно снабжено шарнирно закрепленными на тензометрической плите левым, правым и верхним двуплечими рычагами, к наружным концам которых прикреплены тяги гидронавесной системы трактора, и закрепленной на вилке внутреннего конца верхнего рычага шарнирно соединенной с силоизмерительным элементом суммирующей осью, с которой, посредством промежуточных звеньев с шаровыми наконечниками, соединены внутренние концы левого и правого двуплечих рычагов, при этом оси качания левого и правого рычагов расположены вертикально, а ось качания верхнего рычага расположена горизонтально перпендикулярно продольной оси трактора, принятое за прототип (Патент RU 2749578, МПК МПК G01L 5/13 (2006.01), А01В 59/06 (2006.01)).The closest analogue is a device for determining the horizontal force from a tool mounted on a tractor, containing a strain gauge plate with a force-measuring element, characterized in that it is equipped with left, right and upper two-arm levers hinged on the strain gauge plate, to the outer ends of which the rods of the hydraulic hitch system are attached of the tractor, and fixed on the fork of the inner end of the upper lever, pivotally connected to the force-measuring element, the summing axis, to which, by means of intermediate links with ball tips, the inner ends of the left and right two-arm levers are connected, while the swing axes of the left and right levers are located vertically, and the axis swing of the upper arm is located horizontally perpendicular to the longitudinal axis of the tractor, taken as a prototype (Patent RU 2749578, IPC IPC G01L 5/13 (2006.01), A01B 59/06 (2006.01)).

Недостатком известного устройства является сложность конструкции, выполненной в виде шарнирно-рычажного механизма, суммирующего несколько разнонаправленных усилий. и требующего отдельного силоизмерительного средства.The disadvantage of the known device is the complexity of the design, made in the form of a hinged-lever mechanism that sums up several multidirectional efforts. and requiring a separate force-measuring means.

Задача, решаемая изобретением - совмещение рычажного и силоизмерительного средств в едином элементе.The problem solved by the invention is the combination of lever and force-measuring means in a single element.

Технический результат - упрощение конструкции силоизмерительного устройства.EFFECT: simplification of the design of the force-measuring device.

Указанный технический результат достигается устройством для измерения усилия, содержащем двуплечий рычаг, закрепленный шарнирно на неподвижной опоре, и тензодатчики, отличающееся тем, что ведущее плечо двуплечего рычага размещено перпендикулярно направлению определяемого усилия, ось крепления рычага на шарнире, выполненном с одной вращательной степенью свободы, установлена перпендикулярно определяемому усилию, свободный конец ведомого рычага закреплен на основании посредством шарнирной опоры с возможностью продольного перемещения, а тензодатчики закреплены на ведомом плече упомянутого рычага.The specified technical result is achieved by a device for measuring force, containing a two-arm lever pivotally mounted on a fixed support, and strain gauges, characterized in that the leading arm of the two-arm lever is placed perpendicular to the direction of the force being determined, the axis of attachment of the lever on the hinge, made with one rotational degree of freedom, is installed perpendicular to the determined force, the free end of the driven lever is fixed to the base by means of a hinged support with the possibility of longitudinal movement, and the strain gauges are fixed on the driven arm of the mentioned lever.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображен общий вид устройства, на фиг. 2 - сечение по оси 4 крепления рычага, на фиг. 3 - эпюра сил и моментов, действующих на двуплечий рычаг.The invention is illustrated by drawings, where in Fig. 1 schematically shows a general view of the device, in Fig. 2 - section along the axis 4 of the lever attachment, in Fig. 3 - diagram of forces and moments acting on a two-arm lever.

Устройство для измерения усилий содержит неподвижную опору 1, на которой с помощью шарнирного узла 2 (фиг. 2) посредством оси 4 установлен двуплечий рычаг 10 (фиг. 1). К ведущему плечу 5 рычага 10 прикреплена тяга 3 от внешнего устройства, задающего усилие Р_т, например, гидронавесной системы трактора (на чертеже не показано), в общем случае расположенное под углом α к ведущему плечу 5 рычага 10. Ведущее плечо рычага 10 расположено перпендикулярно определяемому компоненту суммарного усилия Р_т, например горизонтальному Р_г. Рычаг 10 закреплен с возможностью качания на оси 4 посредством подшипника 7, обеспечивающего внешней обойме 6, связанной с ведущим плечом 5 рычага 10 только одну вращательную степень свободы. Ось 4 расположена перпендикулярно направлению определяемого усилия. Свободный конец рычага 10 закреплен на основании 1 посредством дополнительной шарнирной опоры 9 с возможностью продольного перемещения относительно опоры 1. Тензодатчики 8 закреплены на ведомом плече рычага 10 с учетом требуемого соотношения плеч до усилия Р_т и тензодатчиков 8 на рычаге 10, которое позволяет менять величину деформации на тензодатчиках 8, , вызываемую измеряемым усилием Р_т.The force measurement device comprises a fixed support 1, on which a two-arm lever 10 (Fig. 1) is mounted by means of a hinge assembly 2 (Fig. 2) via an axis 4. To the leading arm 5 of the lever 10 is attached a rod 3 from an external device that sets the force P _t , for example, the hydraulic system of the tractor (not shown), generally located at an angle α to the leading arm 5 of the lever 10. The leading arm of the lever 10 is located perpendicular determined component of the total effort P _t , for example, horizontal R _g . The lever 10 is fixed with the possibility of swing on the axis 4 by means of a bearing 7, which provides the outer cage 6 connected with the leading arm 5 of the lever 10 with only one rotational degree of freedom. Axis 4 is located perpendicular to the direction of the force being determined. The free end of the lever 10 is fixed on the base 1 by means of an additional hinged support 9 with the possibility of longitudinal movement relative to the support 1. The strain gauges 8 are fixed on the driven arm of the lever 10, taking into account the required ratio of the arms to the force P _t and the strain gauges 8 on the lever 10, which allows you to change the amount of deformation on strain gauges 8, caused by the measured force P _t .

Работа устройства осуществляется следующим образом. Основание 1, несущее опору 2 закрепляют неподвижно, а внешнее усилия Р_т прикладывают к ведущему плечу двуплечего рычага 10, в общем случае под произвольным углом α к нему. Внешнее усилия раскладывается на вертикальное Р_в, сжимающее ведущее плечо двуплечего рычага 10, и измеряемое горизонтальное Р_г, создающее вращающий момент относительно оси 4. Вращающий момент от усилия Р_т уравновешивается реакцией R в дополнительной шарнирной опоре 9, продольные (малые) смещения которой, возникающие вследствие ее изгиба, обеспечиваются посредством, например, подшипника, скользящего в направляющих 1.The operation of the device is carried out as follows. The base 1, which carries the support 2, is fixed motionless, and the external force P _t is applied to the leading arm of the two-arm lever 10, in the general case, at an arbitrary angle α to it. The external force is decomposed into a vertical R _in that compresses the leading arm of the two-arm lever 10, and a measured horizontal R _g that creates a torque about the axis 4. The torque from the force P _t is balanced by the reaction R in the additional hinged support 9, the longitudinal (small) displacements of which, arising as a result of its bending are provided by, for example, a bearing sliding in the guides 1.

Эпюра (фиг. 3) иллюстрирует схему усилий и моментов, действующих на двуплечий рычаг 10. Продольные силы N на эпюре, вызываемые силой Р_в, передаваемой тягой 3, замыкаются на оси 4 и не передаются на нижнее плечо рычага 10 и тензодатчики 8. Поперечные силы Q не влияют на деформацию датчиков 8. Таким образом, тензодатчики 8 воспринимают только деформации нижнего плеча рычага 10, возникающие от воздействия изгибающего момента М (фиг. 3) с учетом упомянутого выше соотношения плеч до Р_г и тензодатчиков на рычаге 10 (фиг. 1).The diagram (Fig. 3) illustrates the scheme of forces and moments acting on the two-arm lever 10. The longitudinal forces N on the diagram, caused by the force P _in transmitted by the thrust 3, are closed on the axis 4 and are not transmitted to the lower arm of the lever 10 and strain gauges 8. Transverse forces Q do not affect the deformation of the sensors 8. Thus, the strain gauges 8 perceive only the deformations of the lower arm of the lever 10 arising from the impact of the bending moment M (Fig. 3) taking into account the above-mentioned ratio of the arms to Р _g and strain gauges on the lever 10 (Fig. 1).

За счет того, что все компоненты действующего усилия Р_т, кроме его измеряемого компонента Р_г, замыкаются на шарнире с единственной степенью свободы, а свободный конец ведомого рычага закреплен на основании посредством шарнирной опоры с возможностью продольного перемещения, достигается заявленный технический результат.Due to the fact that all components of the acting force R _t , except for its measured component R _g , are closed on the hinge with a single degree of freedom, and the free end of the driven lever is fixed to the base by means of a hinged support with the possibility of longitudinal movement, the claimed technical result is achieved.

Claims

A device for measuring the force transmitted from a mounted agricultural machine or a mounted tillage implement, containing a two-arm lever hinged on a fixed support, and strain gauges, characterized in that the leading arm of the two-arm lever is placed perpendicular to the direction of the force being determined, the axis of attachment of the lever on a hinge made with one rotational degree of freedom, is installed perpendicular to the determined force, the free end of the driven lever is fixed to the base by means of a hinged support with the possibility of longitudinal movement, and the strain gauges are fixed on the driven arm of the mentioned lever.