Устройство для измерения углового положения каната
В заявке предлагается устройство, содержащее корпус, втулку, соединенную с корпусом посредством шаровой опоры, и датчики угла поворота втулки относительно корпуса, выполненные в виде стержней сигмоидальной формы, размещенные вокруг втулки и жестко закрепленные одним концом на корпусе, а другим - на втулке. При этом на стержнях установлены тензорезисторы.
Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения и строительства и может быть использована в грузоподъемных кранах различного типа, при установке тросовых растяжек и т.п. В настоящее время устройства для измерения углового положения каната, аналогичные предлагаемому, известны. К ним относится, например, описанное в книге «В.И.Литвак. Автоматическая аварийная защита в системах управления. - М.: «Энергия», 1973, стр.47, рис.22, г.» Это устройство содержит изогнутую в форме дуги окружности стеклянную трубку с запаянными концами. Внутри трубки размещен стальной шарик, а снаружи трубки намотана катушка индуктивности, представляющая собой дифференциальный индуктивный датчик. Устройство, будучи закрепленным непосредственно на канате выпуклой стороной дуги вниз, позволяет измерять угловое положение каната относительно вертикали. Если канат расположен строго вертикально, шарик находится посередине трубки в нейтральном положении, и индуктивный датчик выдает нулевой сигнал. Если канат отклоняется от вертикали, то шарик занимает положение, смещенное от нейтрали в ту или иную сторону, и индуктивный датчик выдает плюсовой или минусовой сигнал, уровень которого пропорционален величине угла отклонения каната от вертикали.
Описанное устройство достаточно простое и надежное, однако пригодно для измерения углового положения каната только в одной плоскости. Указанного недостатка лишено другое устройство, описанное в книге «Проектирование датчиков для измерения механических величин / под ред. Е.П.Осадчего. - М.: Машиностроение, 1979, стр.281, рис.11.3» и принятое нами за прототип.
Устройство-прототип содержит корпус, втулку, соединенную с корпусом с возможностью углового перемещения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, и датчики поворота втулки относительно корпуса. Датчики представляют собой два скрепленных друг с другом круговых потенциометра с движками, выходы которых соединены с блоками регистрации выдаваемых ими сигналов. Соединение втулки с корпусом осуществлено с помощью поворотной рамки. Втулка закреплена в рамке на оси в двух подшипниках. На этой же оси установлено первое коническое зубчатое колесо. Оно находится в зацеплении со вторым коническим зубчатым колесом, которое связано с поворотным движком первого из потенциометров. Рамка, в свою очередь, также закреплена на оси в двух подшипниках, но эта ось перпендикулярна первой оси и совпадает с осью второго конического колеса. Потенциометры установлены на рамке (закреплены на ней) соосно с осью второго зубчатого колеса, при этом движок второго потенциометра жестко соединен с корпусом устройства.
В процессе использования устройства канат пропускают через втулку, а корпус закрепляют на некоторой стойке. При отклонении каната в одной плоскости вместе с ним в этой плоскости поворачивается первое зубчатое колесо, второе и поворотный движок первого потенциометра. При отклонении каната в другой плоскости вместе с ним поворачивается рамка и скрепленные с ней потенциометры. Второй потенциометр при этом поворачивается относительно второго движка. С первого и второго движков снимаются сигналы, которые поступают в блок регистрации, и характеризуют угловое положение втулки и проходящего через нее каната в двух плоскостях.
Устройство-прототип позволяет измерять угловое положение каната относительно вертикали, горизонтали или иного его направления. Оно дает возможность измерять отклонение каната в любую сторону. Но оно имеет важный недостаток - высокую конструктивную сложность. Это делает его сложным в изготовлении и в эксплуатации.
Задачей разработки предлагаемой полезной модели является устранение этого недостатка, а именно упрощение конструкции устройства. Достигается решение задачи за счет того, что устройство для измерения углового положения каната, содержащее корпус, втулку, соединенную с корпусом с возможностью углового перемещения, и датчик угла поворота втулки относительно корпуса, соединенные с блоком регистрации сигналов, отличается от прототипа тем, что втулка в нем соединена с корпусом посредством полой шаровой опоры, а датчики угла поворота втулки относительно корпуса выполнены в виде стержней сигмоидальной формы, размещенных вокруг втулки, жестко закрепленных одним концом на корпусе, а другим концом на втулке, при этом на стержнях установлены тензорезисторы.
Схема предлагаемого устройства приведена на рисунке. Оно включает в себя корпус 1, втулку 2, соединенную с корпусом посредством полой шаровой опоры 3, и датчики угла поворота втулки 2 относительно корпуса 1. Датчики выполнены в виде стержней 4, размещенных вокруг втулки 2, жестко закрепленных одним концом на корпусе 1, а другим концом на втулке 2. Стержни имеют сигмоидальную форму (изогнуты в форме сигмоиды - кривой, описанной, например, в книге А.Леоненкова «Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzy ТЕСН. - СПб.: БХВ - Петербург, 2005» на стр.57). Закреплены они на корпусе 1 с помощью хомута 5, а на втулке - с помощью хомута 6. На стержнях установлены (наклеены) тензорезисторы 7 (например, YFLA-2, серия YEF/YF - тензорезистор для измерения больших деформаций), подключенные общеизвестным образом (см. упомянутую выше книгу «Проектирование датчиков
/ Под ред. Е.П.Осадчего) к блоку регистрации сигналов (на рисунке не показан). Все устройство в целом закрыто кожухом 8 с гофрированным уплотнением 9.
При использовании устройства корпус 1 устанавливают неподвижно, а через втулку 2 пропускают канат 10. При отклонении каната от нейтрального положения в любую сторону втулка 2 на опоре 3 соответствующим образом поворачивается относительно корпуса 1, стержни 4, так же соответствующим образом, деформируются, и тензорезисторы 7 формируют сигналы, поступающие в блок регистрации и соответствующие угловому положению каната. Что и требовалось. При этом измерение углового положения каната осуществляется более простыми конструктивными средствами, чем в случае прототипа.
Устройство для измерения углового положения каната, содержащее корпус, втулку, соединенную с корпусом с возможностью углового перемещения, и датчики угла поворота втулки относительно корпуса, соединенные с блоком регистрации сигналов, отличающееся тем, что втулка соединена с корпусом посредством полой шаровой опоры, а датчики угла поворота втулки относительно корпуса выполнены в виде стержней сигмоидальной формы, размещенных вокруг втулки и жестко закрепленных одним концом на корпусе, а другим концом на втулке, при этом на стержнях установлены тензорезисторы.
