專利名稱:載荷測量裝置的制作方法
本發(fā)明涉及測量力的裝置，特別適用于稱重裝置。雖然本發(fā)明主要是為稱量大而難處理的載荷(如牲畜和大的工業(yè)載荷)，但也能應(yīng)用于其他領(lǐng)域，的確，本發(fā)明的一個(gè)特征就是能應(yīng)用于各種載荷測量。
本發(fā)明特別涉及向可彎曲桿施力以通過采用應(yīng)變測量裝置測力的技術(shù)。
美國2899191號(hào)專利公開了一種稱重天平，其中，稱重平臺(tái)支承在一對桿上。桿在其外緣附近支承在刀口支承上，平臺(tái)通過軸頸支承在桿上，軸頸包括安裝在凸板上的銷子，從刀口支承起，銷子向內(nèi)構(gòu)成等間距。應(yīng)變儀安裝在每個(gè)桿中心處。
從原理上講，上述結(jié)構(gòu)布局的優(yōu)越性在于桿中心的彎矩與施加到軸頸銷上的力的總和成正比，使得通過測量每個(gè)桿中心的應(yīng)變就能測量出平臺(tái)上的總載荷。
如在享特申請的美國專利中描述的那種結(jié)構(gòu)布局，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)具有嚴(yán)重缺陷。其缺陷在于支承方式和對安裝應(yīng)變儀的桿的施加載荷的方式。這樣，例如在支承表面產(chǎn)生任何安裝誤差，傾斜或不平就會(huì)對桿轉(zhuǎn)變成扭力或彎矩，以致產(chǎn)生極大的測量誤差。
在美國書4287958號(hào)中公開了另一種使用類似的施力結(jié)構(gòu)和應(yīng)變儀以解決總載荷測量的方法，在此情況下，結(jié)構(gòu)取測量載荷的車輛吊架形狀。在該說明書中，承受載荷的軸頸位于能使其軸線與桿軸相交的地方并由彈性測定軸套套在短軸上構(gòu)成，且在每一施加載荷點(diǎn)上從桿的兩邊延伸出來。當(dāng)軸頸位于桿的外面時(shí)，該結(jié)構(gòu)就很容易產(chǎn)生扭力，而扭力會(huì)影響精確測量。而且，該公開中所述的桿端的安裝方式不管在哪產(chǎn)生安裝誤差都有助于將扭力及附加彎矩傳遞到桿上。
雖然上面討論的先有技術(shù)裝置觸及到了載荷測量問題，并具有精美的數(shù)字根據(jù)，且該數(shù)學(xué)根據(jù)在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中被采用，但實(shí)現(xiàn)先有技術(shù)裝置的解決方法就會(huì)涉及這樣的結(jié)構(gòu)，即裝置的安裝誤差會(huì)產(chǎn)生很大測量誤差。這樣，如上討論的美國專利中公開的結(jié)構(gòu)會(huì)在以上述方式將載荷施加到桿上的地方產(chǎn)生扭力作用或在桿支承的地方產(chǎn)生扭力或施加載荷不準(zhǔn)確進(jìn)而造成相當(dāng)大的測量誤差。
先有技術(shù)的手段著重強(qiáng)調(diào)保持通過數(shù)學(xué)方法求出的操作裝置應(yīng)具有的幾何尺寸。如力作用點(diǎn)之間的距離，而本發(fā)明的基點(diǎn)在于這樣一種認(rèn)識(shí)，即在采用應(yīng)變測定法測量載荷時(shí)，由裝置安裝誤差或傾斜載荷力產(chǎn)生的誤差引起的測量誤差會(huì)比尺寸誤差或尺寸變化產(chǎn)生的誤差大得多，因此，在實(shí)際使用條件下，以犧牲尺寸精度為代價(jià)而減小附加應(yīng)變會(huì)產(chǎn)生更精確的載荷測量。
就某一方面來說，本發(fā)明大致屬于載荷測量裝置的，其中，施加到桿上的載荷力與一對反作用力平衡且桿上的應(yīng)變測量是在選定區(qū)域進(jìn)行的，載荷力與反作用力分別施加到各自的力承受裝置上，而力承受裝置在桿的縱長方向上互相隔開一定距離，其特征在于桿和至少一個(gè)上述力承受裝置之間的連接件包括一彈性體，其中至少一部分可起到從相連的力承受裝置上將力傳遞到桿上的作用，且位于桿的橫向邊界內(nèi)。
一般，桿上設(shè)置四個(gè)施力點(diǎn)，兩個(gè)用于施加待測的載荷，另兩個(gè)用來支承桿，不過，我們將要描述三個(gè)施力點(diǎn)的情況。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，彈性體包括一可撓曲的襯套且每一載荷承受裝置都包括一在襯套中的銷子。
在本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例中，彈性體包括位于桿和每一載荷支承裝置之間的彈性材料件。
在上述兩種情況下，如果需要用在對桿傳遞力以外的其他目的，彈性體都可伸出桿的橫向邊界，但彈性體上用來對桿施力的部分應(yīng)在桿的橫向邊界。在貫穿本說明書全文中，桿的“橫向邊界”是指延伸到桿本身之外平行于其縱向軸線并在載荷和反作用力的總方向上的平面，這樣，在某些實(shí)施例中，彈性件不在桿內(nèi)，但在按照如上定義延伸的橫向邊界內(nèi)。
圖1是一受力圖;
圖2是一按照本發(fā)明第一實(shí)施例構(gòu)制的載荷測量桿側(cè)視圖;
圖3是圖2中桿的平面圖;
圖4是圖3中沿4-4線的橫截面圖;
圖5是采用按照圖2至圖4構(gòu)制的桿的稱重平臺(tái)裝置的平面圖;
圖6是圖5中稱重平臺(tái)裝置的側(cè)輕圖;
圖7是圖5中沿7-7線的部分截面圖;
圖8是圖5中沿8-8線的部分截面圖;
圖9是按照本發(fā)明第二實(shí)施例構(gòu)制的載荷測量桿的平面圖;
圖10是圖9中桿的側(cè)視圖;
圖11是適用于圖9和圖10實(shí)施例中的載荷承受裝置的放大橫截面圖;
圖12是圖9和圖10中所示桿裝上傳遞和承受載荷的凹形件的端視圖;
圖13是按照本發(fā)明第三實(shí)施例的桿的側(cè)視圖;
圖14是圖13中桿的平面圖;
圖15是按照本發(fā)明第四實(shí)施例的桿的側(cè)視圖;
圖16是圖15中桿的平面圖;
圖17是按照本發(fā)明第五實(shí)施例的桿的側(cè)視圖。
圖1的受力圖中表明了由某種材料制的桿20，該材料受的彎矩和應(yīng)變之間為線性關(guān)系，在桿上施加一對力F1和F2，它們和反作用力F3和F4保持平衡，上述諸力分別施加于A、B、C、D四點(diǎn)上。容易表明桿20在與力F3和F4等距的c點(diǎn)產(chǎn)生的應(yīng)變與F1X1的乘積及F2X2的乘積之和成正比，其中，X1和X2分別為F1和F3作作用線之間及F2和F4作用線之間距離。在特殊情況下X1等于X2，這時(shí)可見，c點(diǎn)的應(yīng)變代表了力F1與F2之和，若施加的作用力為F3和F4則c點(diǎn)應(yīng)變將代表力F3與F4之和并可在c點(diǎn)用應(yīng)變儀測出。
圖2到圖8表示了圖1所示的示意性結(jié)構(gòu)的具體構(gòu)造。圖2到圖4表明了在其中點(diǎn)裝有應(yīng)變儀33(或其他適用的應(yīng)變測量裝置)的矩形桿20。兩對銷子30和31借助下面將討論的可撓性襯套安裝在桿20的孔中，銷子30和31最好位于桿20中心軸上，在這種情況下，銷子的位置與桿的上、下表面等距。如果桿的幾何形狀更復(fù)雜，最好這樣確定中心平面，即，使銷30和31位于其上或接近于該平面。
支承桿的每個(gè)銷子30和承受待測載荷的銷子31之間的距離精確地設(shè)置成等間距，在優(yōu)選的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)變儀33位于銷子31之間距的中點(diǎn)。
襯套32可粘接到桿20上或簡單地靠磨擦力及下面將描述的外部墊圈保持在桿內(nèi)部。
孔35可設(shè)置在銷子30和31的外端部以接受開口銷或類似零件。
軸套可用聚氨脂材料做，其硬度范圍應(yīng)在丟洛-A90～95之間。雖然，更軟和更硬的材料也能使用，硬度的大小應(yīng)根據(jù)以其為依據(jù)進(jìn)行裝置設(shè)計(jì)的載荷大小而定。當(dāng)然，可供選擇的彈性測力材料可選用來向桿傳遞力并且這些材料的彈性可能大于或小于本文中描述的材料。無彈性的軸承對某些施力點(diǎn)可能有用，但最好總是選用能提供足夠的彈性以減少由裝置安裝誤差產(chǎn)生的彎矩和應(yīng)力傳遞到桿上，這是在以下情況中使用的。即當(dāng)看到由上述應(yīng)力產(chǎn)生的誤差會(huì)大于由于用了彈性力承受結(jié)構(gòu)而帶來的有影響的銷子距離的小變化產(chǎn)生的誤差時(shí)。
圖5至圖8表明了采用圖2至圖4中桿的稱重平臺(tái)裝置。桿20安裝有一凹形上部載荷承受件21，該件支承在銷子31上，銷子穿入凹形件側(cè)壁22的孔中。桿20靠銷30與凹形下支承件23側(cè)壁24配合支承。圖中側(cè)壁24剖掉以清楚表明銷31。彈性墊圈34安裝在銷子30和31的暴露部分，有助于使桿不受由裝在銷上的另件產(chǎn)生的附加應(yīng)力或彎矩傳至桿上的影響，并有助于在軸套沒有用粘接或以其他方式固定在桿上時(shí)將軸套32保持在桿上。
稱重平臺(tái)25支承在兩個(gè)上述桿裝置的件21上，并用已知方法把每個(gè)桿20的應(yīng)變儀33連接到測量裝置上以獲得施加到兩桿20上的力的總和。
通過利用安裝在桿的孔內(nèi)的聚氨酯軸套內(nèi)的銷子將載荷加到桿上，可以發(fā)現(xiàn)，可獲得自準(zhǔn)直特性，借此，件23的安裝可超出水平線，即力是沿該線方向傳遞到桿上，該線是靠軸套的畸變確定中心的，并且，此類安裝對該領(lǐng)域裝置工作精度作出了有價(jià)值的貢獻(xiàn)。如上所述，將聚氨酯外其他適用材料均可用來做軸套。
圖9至圖12的稱重桿顯示了對桿20進(jìn)行支承和施加載荷的不同方法。該方法不是將銷子和軸套穿過桿，而是在每一施力點(diǎn)裝上彈性載荷承受件36，該件由圖11的剖面圖表示，它包括最好是用聚氨酯材料做的彈性體37，利用嵌入板39將一對螺紋銷38裝到彈性體上。在桿20上每一載荷和支承力施加點(diǎn)鉆上孔以容納銷38，以與前述實(shí)施力相同的方法，桿20可如圖12所示方式裝配，其上，下凹形件21和23通過各自的銷子38分別安裝到載荷承受和支承架上。最好，彈性體37用銷子38上的隔圈40與桿20隔開。
還是在這種情況下，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)裝置安裝誤差或載荷力誤差都由彈性載荷承受件36接受，在存在誤差的條件下，該結(jié)構(gòu)比先有技術(shù)中采用剛性載荷承受結(jié)構(gòu)能獲得更大的精度。
上述最后的實(shí)施例中的載荷承受件可以和上面第一個(gè)實(shí)施例中為銷子和軸套形式的載荷承受件結(jié)合起來使用，這種結(jié)合的一個(gè)例子見圖13和14，在中心，支承見包括銷子31和彈性軸套32，在外邊載荷承受件36按圖11構(gòu)成。這樣，就會(huì)看到載荷承受件36安裝在桿的一下降部分使件36位于更接近桿20的中間平面及銷子31的平面處。
為了獲得對裝置施加的力和測量點(diǎn)最佳應(yīng)變值之間最希望的關(guān)系式在需要的地方，桿的幾何形狀可以調(diào)整。例如，桿上靠內(nèi)部的一對力之間的中心部分的橫截面可以減小，不管這對力是反作用力還是載荷力。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，桿的中心部分的材料可不用于桿靠外部分的材料，從有利于應(yīng)變測量出發(fā)選擇適用的材料和布局。
圖15和圖16顯示了一種實(shí)用的結(jié)構(gòu)形式，其中，一中心傳感桿26帶有應(yīng)變傳感裝置33，它連到工作桿件27上，工作桿裝有支承裝置和載荷承受裝置，如銷30和31。通過采用上述結(jié)構(gòu)，可制造出標(biāo)準(zhǔn)工作桿件27與尺寸和材料都最適合特殊應(yīng)用的傳感桿件26配合使用。
參見圖1及對圖1的討論就會(huì)看到，由于那種早已描述的裝置精確地提供了所施加的力的總和，該裝置就能在其他力為零時(shí)測量其中一個(gè)力，使得能在需要的地方僅測量單一施力點(diǎn)的載荷，可使用同前述一樣的裝置測量，如果需要的話，多余的銷子和軸承裝置可去掉。這類調(diào)整的裝置如圖17所示。
圖17中桿20通過如圖7和8中所示的裝置支承，待測力可通過任何適應(yīng)裝置施加到件36上。當(dāng)然，件36可用前述的那類銷30替換，換，在這兩種情況下銷31均可用彈性件36替換。
應(yīng)該注意的是，在圖示的實(shí)施例中僅采用了一個(gè)應(yīng)變測量位置33，該點(diǎn)位于桿20的上面。然而，可采用一對裝置，一個(gè)在桿上表面，一個(gè)在桿的下表面，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，采用單個(gè)測量位置可獲得滿意的結(jié)果并且可避免帶來不必要的復(fù)雜性及為桿兩邊提供線路增加的成本。
同時(shí)在通常情況下，如上述實(shí)施例中，應(yīng)變測量裝置可由普通型號(hào)的應(yīng)變儀組成，應(yīng)該懂得，測量桿中應(yīng)變的裝置不是本發(fā)明的必要特征，也可采用其他應(yīng)變測量技術(shù)。
在本文描述的本發(fā)明的不同實(shí)施例中，用做桿或桿組件的材料應(yīng)從那些具有適當(dāng)?shù)奈锢硇再|(zhì)并在彎矩和應(yīng)變之間表現(xiàn)出滿意的線性關(guān)系的材料中選取?？蛇x用具有滿意性質(zhì)的熱處理鋼材。
勘誤表
勘誤表
權(quán)利要求
1.載荷測量裝置，其中，載荷力施加到桿上并與一對反作用力相平衡，桿中產(chǎn)生的應(yīng)變在桿的選擇區(qū)域測量。載荷力和反作用力分別施加到各自的力承受裝置上，這些裝置沿桿的縱向相互隔開。該裝置特征在于桿和至少一個(gè)上述力承受裝置之間的連接件包括一彈性體，其中至少一部分位于桿的橫向邊界內(nèi)，能用來把力從相連的力承受裝置傳遞到桿上。
2.按照權(quán)利要求
1的載荷測量裝置，其中，每一載荷承受裝置和桿之間的連接件包括一上述彈性體。
3.按照權(quán)利要求
1的載荷測量裝置，其中，每一反作用力承受裝置和桿之間的連接包括一上述彈性體。
4.按照權(quán)利要求
1的載荷測量裝置，其中，一個(gè)或至少一個(gè)上述彈性體包括一裝于上述桿之內(nèi)的彈性材料軸套。
5.按照權(quán)利要求
4的載荷測量裝置，其中，與上述軸套連接的力承受裝置為裝在軸套內(nèi)的剛性材料銷子。
6.按照權(quán)利要求
1的載荷測量裝置，其中，一個(gè)或至少一個(gè)上述彈性體包括一位于桿和每個(gè)載荷力承受裝置之間的彈性材料體。
7.按照權(quán)利要求
1的裝置，其中，每一所述反作用力承受裝置包括一通過帶有上述彈性體的彈性材料軸套而安裝在桿上的銷子。
8.按照權(quán)利要求
7的裝置還包括桿支承裝置，每個(gè)反作用力承受裝置的銷子自桿的橫向伸出以與上述支承裝置接合。
9.按照權(quán)利要求
8的裝置，其中，支承裝置包括一大致沿桿長度方向伸出的凹形件并包括一基座和一對豎立的側(cè)向凸緣，銷子靠該凸緣支承。
10.按照權(quán)利要求
1的裝置包括兩個(gè)載荷力承受裝置以通過測量桿應(yīng)變來獲得兩載荷力之和。
11.按照權(quán)利要求
10的裝置，其中，每一載荷力承受裝置包括一通過帶有彈性體的彈性材料軸套安裝在桿內(nèi)的銷子。
12.按照權(quán)利要求
11的裝置還包括載荷傳遞裝置，反作用力承受裝置的每一銷子沿桿橫向沿伸以與傳遞裝置接合。
13.按照權(quán)利要求
12的裝置，其中，傳遞裝置包括一大致遍布整個(gè)桿長度方向的凹形件并包括一腹板和一對側(cè)向凸緣，銷子與凸緣配合以使施加到傳遞裝置上的載荷可傳至銷子上。
14.按照權(quán)利要求
7和11的裝置。
15.按照權(quán)利要求
1的裝置包括兩個(gè)載荷力承受裝置以通過測量桿應(yīng)變獲得兩載荷力之和，每一載荷力承受裝置包括一位于桿和每個(gè)載荷承受件之間的彈性材料體。
16.按照權(quán)利要求
15的裝置還包括沿桿縱向延伸的載荷傳遞裝置以與載荷力承受裝置接合。
17.按照權(quán)利要求
16的裝置，其中，載荷傳遞裝置包括大致遍布桿長度方向的凹形件并包括一腹板和一對從腹板伸向桿的側(cè)向凸緣，腹板與載荷力承受裝置接合。
18.按照權(quán)利要求
7和15的裝置。
19.按照權(quán)利要求
1的裝置，其中，每一反作用力承受裝置包括一位于桿和每個(gè)載荷承受件之間的彈性材料體。
20.按照權(quán)利要求
11和19的裝置。
21.按照權(quán)利要求
15和19的裝置。
22.按照權(quán)利要求
1的裝置包括帶有位于桿和載荷力承受裝置之間的彈性材料體的單個(gè)載荷承受裝置。
23.按照權(quán)利要求
22和7的裝置。
24.按照權(quán)利要求
22和19的裝置。
25.按照權(quán)利要求
1的裝置包括帶有通過彈性材料軸套安裝在桿內(nèi)的銷子的單個(gè)載荷承受裝置，彈性材料軸套包括上述彈性體。
26.按照權(quán)利要求
25和7的裝置。
27.按照權(quán)利要求
25和19的裝置。
28.按照權(quán)利要求
1的裝置，其中，桿包括帶有選擇區(qū)域的第一桿部份，第一部分位于連接第一部分的第二和第三部分之間并帶有力承受裝置。
專利摘要
載荷測量裝置，其中，一力或諸力的總和施加到桿上并通過測量桿中支承點(diǎn)(31)之間的應(yīng)變來獲得力的值。為將安裝誤差和附加彎曲力的影響減到最小，將力通過帶有彈性材料(32、36)的裝置(30、31、38)施加到桿上。
文檔編號(hào)G01G21/08GK85105681SQ85105681
公開日1987年1月28日 申請日期1985年7月26日
發(fā)明者阿瑟·凱倫巴赫 申請人:阿瑟·凱倫巴赫導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan