Взвешивающее устройство

Полезная модель относится к весоизмерительной технике и предназначена для взвешивания различных объектов, преимущественно транспортных средств, в том числе движущихся. Взвешивающее устройство направлено на повышение точности измерений. Указанный технический результат достигается тем, что взвешивающее устройство содержит размещенные в корпусе основание, грузоприемную платформу и размещенную между ними параллельно им и соединенную с закрепленным на стенке корпуса силоизмерительным датчиком промежуточную плиту, соединенную с основанием наклонными упругими элементами в виде набора размещенных параллельно друг другу пластин с уменьшающейся шириной по мере удаления от места соединения силоизмерительного датчика с промежуточной плитой, при этом между промежуточной плитой и грузоприемной платформой размещена сотовая структура с вертикальным расположением стенок, при этом, толщина стенок и размер ячеек выбраны исходя из диапазона измеряемых нагрузок. 1 н.п.ф., 2 з.п.ф., 3 илл.

Полезная модель относится к весоизмерительной технике и предназначена для взвешивания различных объектов, преимущественно транспортных средств, в том числе движущихся.

Известно устройство для взвешивания, содержащее основание, грузоприемную платформу, связанную с основанием с помощью наклонных пластин с упорами, и силоизмерительный элемент (описание к авт. св. СССР N 1564494, G01G 3/08, 1990 [1]), Недостатком известного устройства являются громоздкость, повышенная материалоемкость и низкая точность, обусловленная наличием трения между пластинами и упорами.

Известно взвешивающее устройство, содержащее основание, связанную с основанием с помощью наклонных пластин грузоприемную платформу и силоизмерительный элемент (описание к патенту Франции N 2433173, G01G 3/08, 1980 [2]). Недостатком известного устройства является низкая точность, обусловленная наличием трения в паре пластина - опора, а также то, что при взвешивании объекта грузоприемная платформа перемещается в горизонтальной плоскости. Последнее обстоятельство вынуждает создавать необходимые зазоры между грузоподъемной платформой и дорожным покрытием (в случае использования для взвешивания транспортных средств), что в свою очередь вызывает возникновение нежелательных ударных боковых нагрузок на грузоподъемную платформу в момент заезда на нее транспортного средства.

Известно взвешивающее устройство, известное из описания к патенту РФ N 2058537, G01G 19/02, 1996 [3]. Известное устройство содержит основание, грузоприемную платформу, соединяющие их упругие наклонные элементы, выполненные в виде пластин, и силоизмерительный датчик. Недостатками известного устройства являются: высокая материалоемкость, низкая чувствительность и относительно малый срок службы, обусловленный эксплуатационными условиями - возникновением значительных ударных нагрузок при заезде транспортного средства на грузоприемную платформу через зазор между платформой и дорожным покрытием, значительная величина которого необходима для обеспечения смещения грузоприемной платформы в горизонтальной плоскости, происходящего в процессе взвешивания из-за деформации наклонных упругих элементов.

Из описания к патенту РФ N 2119647, 1998 [4] известно взвешивающее устройство, которое содержит основание, грузоприемную платформу и силоизмерительный датчик. Основание и платформа соединены упругими элементами через размещенную между ними параллельно основанию промежуточную плиту, упругие элементы выполнены в виде стержней, причем элементы между плитой и основанием наклонены навстречу элементам между плитой и платформой. При этом силоизмерительный датчик установлен с возможностью взаимодействия с промежуточной плитой.

Недостатком известного устройства является относительно невысокая точность измерения. Это связано с тем, что при отсутствии четкой фиксации взаимного расположения колес взвешиваемого транспортного средства относительно грузоприемной платформы (обеспечение которой при больших скоростях взвешиваемых транспортных средств является достаточно сложной технической задачей) и приводит к погрешностям. Это связано с тем, что датчик закреплен на одном конце промежуточной плиты и измеряемая им деформация будет зависеть от точки приложения силы (веса взвешиваемого транспортного средства) к промежуточной плите. Действительно, если сила приложена к удаленному от силоизмерительного датчика концу промежуточной плиты, то деформация распределится по ее длине и будет ослаблена на конце, соединенном с датчиком, что неизбежно вызовет погрешность измерения.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату является взвешивающее устройство, известное из описания к патенту РФ N 104707 U1 [5]. Взвешивающее устройство содержит размещенные в корпусе основание, грузоприемную платформу и размещенную между ними параллельно им промежуточную плиту, которые соединены между собой упругими элементами, а также силоизмерительный датчик, соединенный с промежуточной плитой и стенкой корпуса. Упругие элементы выполнены в виде двух наборов размещенных параллельно друг другу пластин, пластины, расположенные между промежуточной плитой и грузоприемной платформой, выполнены вертикальными, а между промежуточной плитой и основанием - наклонными, при этом ширина пластин уменьшается по мере удаления от места соединения силоизмерительного датчика с промежуточной плитой.

Ширина пластин и расстояние их размещения от места соединения силоизмерительного датчика с промежуточной плитой связаны зависимостью

,

где

B₀ - ширина первого от датчика упругого элемента, м;

B _n - ширина последнего упругого элемента, максимально удаленного от датчика, м;

L₀ - расстояние от датчика до первого упругого элемента, м;

L_n - расстояние от датчика до последнего упругого элемента, максимально удаленного от датчика, м;

- угол между краем промежуточной плиты и условной прямой, соединяющей края пластин.

Недостатком известного устройства является недостаточно высокая точность измерения. Как выяснилось, это связано с тем, что реагирующие на нагрузку узлы устройства обладают недостаточной жесткостью. В результате этого возникали погрешности при калибровке устройства и, как следствие, в измерениях нагрузки.

Заявляемое в качестве полезной модели взвешивающее устройство направлено на повышение точности измерений.

Указанный результат достигается тем, что взвешивающее устройство содержит размещенные в корпусе основание, грузоприемную платформу и размещенную между ними параллельно им и соединенную с закрепленным на стенке корпуса силоизмерительным датчиком промежуточную плиту, соединенную с основанием наклонными упругими элементами в виде набора размещенных параллельно друг другу равноудаленных друг от друга пластин с уменьшающейся шириной по мере удаления от места соединения силоизмерительного датчика с промежуточной плитой, при этом между промежуточной плитой и грузоприемной платформой размещена сотовая структура с вертикальным расположением стенок, при этом, толщина стенок и размер ячеек выбраны, исходя из диапазона измеряемых нагрузок.

Указанный результат достигается также тем, что ширина наклонных пластин и расстояние их размещения от места соединения силоизмерительного датчика с промежуточной плитой связаны зависимостью

,

где

B₀ - ширина первого от датчика упругого элемента, м;

B _n - ширина последнего упругого элемента, максимально удаленного от датчика, м;

L₀ - расстояние от датчика до первого упругого элемента, м;

L_n - расстояние от датчика до последнего упругого элемента, максимально удаленного от датчика, м;

- угол между краем промежуточной плиты и условной прямой, соединяющей края пластин.

Указанный результат достигается также тем, что зазор между грузоприемной платформой и дорожным покрытием перекрыт мембраной.

Соединение грузоприемной платформы с основанием через промежуточную плиту и установка наклонных упругих элементов позволяет в общем случае увеличить смещение соединенной с силоизмерительным датчиком промежуточной плиты в горизонтальной плоскости при осуществлении взвешивания и тем самым повысить чувствительность весов. Выполнение упругих элементов в виде пластин, как показала опытная проверка, позволяет обеспечить устойчивость весов к значительным динамическим нагрузкам, которые возникают, например, при проезде транспортных средств через весы со значительными скоростями. В качестве силоизмерительного датчика может быть использован любой из числа известных и он может быть установлен любым образом, например с обеспечением взаимодействия с основанием и грузоприемной платформой (работа на сжатие). Оптимальным при предлагаемой конструкции взвешивающего устройства является установка силоизмерительного датчика на стенке корпуса с возможностью взаимодействия с промежуточной плитой, которая в процессе взвешивания будет перемещаться в горизонтальной плоскости. При этом, в зависимости от того, с какой стороны плиты датчик будет установлен, он будет подвергаться сжатию или растяжению.

Уменьшение ширины пластин по мере удаления от места соединения силоизмерительного датчика с промежуточной плитой позволяет повысить точность измерений. Это связано с тем, что датчик закреплен на одном конце промежуточной плиты и измеряемая им деформация будет зависеть от точки приложения силы (веса взвешиваемого транспортного средства) к промежуточной плите. Действительно, если сила приложена к удаленному от силоизмерительного датчика концу промежуточной плиты, то деформация распределится по ее длине и будет ослаблена на конце, соединенном с датчиком, что неизбежно вызовет погрешность измерения. Если же ширина пластин будет уменьшаться мере удаления от места соединения силоизмерительного датчика с промежуточной плитой, то влияние ослабления деформации на конце плиты, соединенной с датчиком, на точность измерений будет снижено. Там, где ширина пластин меньше, воздействие силы груза на промежуточную плиту будет больше, а значит и локальная ее деформация больше. Но в результате распределения деформации по плите, деформация, измеренная силоизмерительным датчиком, будет меньше. Там, где пластины шире (ближе к датчику) деформация промежуточной плиты будет меньше, но меньше будет «гашение» деформации по плите на пути от точки воздействия до датчика.

Использование сотовой структуры с вертикальным расположением стенок между промежуточной плитой и грузоприемной платформой позволяет за счет увеличения жесткости обеспечить возможность их точной калибровки из-за отсутствия возможных смещений между грузоприемной платформой и промежуточной плитой.

Толщина стенок и размер ячеек выбираются исходя из диапазона измеряемых нагрузок. Выбор осуществляется либо известными из теоретической механики и сопротивления материалов расчетными методами или экспериментально.

В частных случаях реализации для повышения точности измерения весов целесообразно подбирать изменение размеров пластин расчетными методами или экспериментально. В частности, сочетая эти методы, была установлена целесообразность определения ширины пластин в зависимости от их расположения относительно силоизмерительного датчика по формуле

,

где

B₀ - ширина первого от датчика упругого элемента, м;

B _n - ширина последнего упругого элемента, максимально удаленного от датчика, м;

L₀ - расстояние от датчика до первого упругого элемента, м;

L_n - расстояние от датчика до последнего упругого элемента, максимально удаленного от датчика, м;

- угол между краем промежуточной плиты и условной прямой, соединяющей края пластин.

Величина угла , число и размеры пластин, расстояния между ними определяются известными из теоретической механики и сопротивления материалов расчетными методами исходя из диапазона измеряемых нагрузок и габаритов взвешиваемых объектов.

Перекрытие зазора между грузоприемной платформой и дорожным покрытием мембраной по всему периметру платформы позволяет полностью загерметизировать внутреннее пространство весов и тем самым удлинить срок их службы. Кроме того, мембрана обеспечивает без помех перемещение в вертикальном направлении и в горизонтальной плоскости, что повышает чувствительность, а значит и точность измерения устройства, т.к. предотвращается контакт платформы с краем дорожного покрытия.

Сущность взвешивающего устройства поясняется чертежами. На фиг. 1 схематично представлен разрез общего вида взвешивающего устройства; на фиг. 2 вид А-А на промежуточную плиту сверху; на фиг. 3 вид Б-Б на дно корпуса устройства.

Взвешивающее устройство содержит корпус 1, дно 2 которого является основанием и соединено с помощью упругих наклонных пластин 3 с промежуточной плитой 4. Промежуточная плита 4 в свою очередь соединена с грузоприемной платформой 5 с помощью сотовой структуры 6. Упругие пластины и ячейки сот могут быть закреплены в соединяемых деталях любым известным методом (сваркой, пайкой, с пропусканием через соединяемые детали или без).

Промежуточная плита 4 соединена с силоизмерительным датчиком 7, присоединенным к стене 8 корпуса 1. Силоизмерительный датчик может быть выбран из числа известных и соединен с измерительным устройством, отградуированным соответствующим образом.

Взвешивающее устройство может быть установлено с заглублением в земную поверхность таким образом, что грузоприемная платформа 5 находится на одном уровне с дорожным покрытием, образуя с ним зазор, который перекрыт по всему периметру мембраной 9.

Устройство работает следующим образом.

Транспортное средство наезжает или груз помещается на грузоприемную платформу 5, нагрузка от которой передается на сотовую структуру 6 и через промежуточную плиту 4 на упругие наклонные пластины 3, вызывая их деформацию. В результате возникает перемещение грузоприемной платформы 5 в вертикальном направлении, и перемещение промежуточной плиты 4 относительно основания 2 в горизонтальной плоскости, которое и фиксируется силоизмерительным датчиком 7.

1. Взвешивающее устройство, содержащее размещенные в корпусе основание, грузоприемную платформу и размещенную между ними параллельно им и соединенную с закрепленным на стенке корпуса силоизмерительным датчиком промежуточную плиту, соединенную с основанием наклонными упругими элементами в виде набора размещенных параллельно друг другу пластин с уменьшающейся шириной по мере удаления от места соединения силоизмерительного датчика с промежуточной плитой, отличающееся тем, что между промежуточной плитой и грузоприемной платформой размещена сотовая структура с вертикальным расположением стенок, при этом, толщина стенок и размер ячеек выбраны исходя из диапазона измеряемых нагрузок.

2. Взвешивающее устройство по п. 1, отличающееся тем, что ширина наклонных пластин и расстояние их размещения от места соединения силоизмерительного датчика с промежуточной плитой связаны зависимостью

где В₀ - ширина первого от датчика упругого элемента, м;

В_n - ширина последнего упругого элемента, максимально удаленного от датчика, м;

L₀ - расстояние от датчика до первого упругого элемента, м;

L_n - расстояние от датчика до последнего упругого элемента, максимально удаленного отдатчика, м;

- угол между стенкой корпуса и условной прямой, соединяющей края пластин.

3. Взвешивающее устройство по п. 1, отличающееся тем, что зазор между грузоприемной платформой и дорожным покрытием перекрыт мембраной.