автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Преобразователь поперечной изгибом нагрузки с навесными элементами

ГОСУДАРСТВЕН!;;:! КС! ЖТ РССШгШ СЕдЕРАЦ!!И

па ШВУ оеразсбан;« курскк! полнтехничесюъч институт

Для служебного паяьзззгния 25/1-2, гкз. N25 Иг фазах рукописи

ШТНСШЗ А-кальд Патрззнч

Ш ¿81.536,326

ПРЕОЕРАЗОЕАТЕЛЬ ПОПЕРЕЧ.'И НЗГИЕНО-1 ИГРУШ! С КАВЕСК:Н ЭЛЕМЕНТАМИ

Сгзциздьнзсть 05.13.05 - З/зюты и устройства

бычясяггелкй техники и систем упрзд-гжя

Азторазергт диссертации из соисканнэ ученой пепа-а кгнсиззта технические наук

Курск 1993

Работа выполнена в Курской политехническая институте.

Научный руководитель: доктор технических наук.профессор

Официальные оппонент»: действительный член академии

3едущая организация- Санкт-ПатерОургскаа академия аэро-

За*ита диссертации состоится 29 декабря 1993 г. б 15-00 часов на заседании специализированного. Совета К 064.50.01 при Кцрскок политехническом институте по адресу: 305039, г, Курск, дл. 50 лет Октября, 94, к.

С «агериалами работы мокно ознакомиться в библиотека института.

автореферат разослан "¿5" Ко^ря 1993 г. •

Отзквы на диссертациоиинс работу просии. направлять со адресд; 303039, г. Кдрск, ул. 30 лет Октября, 94. Специализированная совет К 064.50.01.

заслдааншА деятель науки и техники России ЙЛЙБУ1ЕВ П.К.

Высшей «койи России, доктор техни ческах наук, профессор Титов B.C. кандидат технических наук йтакщйЕ в.И.

космического приборостроения

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент В.И, Довгаль

- 3 -

ОБИйЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Повнвении безопасности полетов летательных аппаратов способствует разработка бортовых комплексов вычисления стояночных веса и положения центра масс с первичными преобразователями поперечной изгибной нагрузки с навесными элементами (ППИ), удовлетворявшими повывенным требованиям к преобразовании и обработке информации о силовых факторах, действуючих на элементы конструкции опор »асси.

Ряд важных для практики задач теории ППН не реиен, но имеются элементы математической модели первичной обработки информации. Зто вынуждает использовать неолпшальные конструктивные схемы ППН, выполнять больвой объем зкспериыенталь-мых натурных исследований для получения нулевой чувствительности к неизмеряемнм силовым факторам.

В рамках общей проблемы исследования эффективных средств преобразования силовых факторов.с цвльп создания новых ППН и преобразователей весовой стояночной нагрузки на опоры агдсси (ПВН), в частности для вычисления нагрузки на ричавнув, по-лурычажнув, телескопическую безтелемечнуи опоры аасси. является актуальными.

, Дисссертационная работа выполнена в соответствии с межвузовской научно-технической программой КВ8 РФ "Перспективные приборные комплексы и системы подвижных объектов".

Цель работы заклдчается в разработке математической модели процесса преобразования силовых факторов в элементах конструкций во входные информационные сигналы системы управления подвижными ойьектдыи и в исследовании первичных преобразователей для создания, пространственного ориентирования и расчета оптимальных навесных элементов.

Методы исследований. В теоретических построениях использовались методы математического моделирования, теоретической механики, сопротивления материалов, теории упругости, теории проектирования элементов и устройств вычислительной техники и автоматики. В экспериментальных исследования* ис-польэорэлись методы физического моделирования и теории информационно-измерительной техники.

Научная новизна. Разработана математическая модель процесса преобразования силовых факторов в элементах кокструк-

ций во чходные информационные сигналы системы управления подвижными объектами.

Проведена оценка адекватности разработанной математической модели, с помощью которой выявлены оптимальные характеристики преобразователей поперечной силы и преобразователей изгибавшего момента.

Использован многокритериальный выбор характеристик ППН. Определены первичный критерий - точность, вторичные - конструктивные факторы, соответствующие различным вариантам физической реализации ППН. Обоснованы варианты ППН с нулевой чувствительностью к нерегистрируемым силовых факторам и условиям закрепления силового элемента. Показана неэффективность применение методов технической теории поперечного изгиба при соразмерности длины регистрационного участка силового элемента с его высотой.

Обосновано действие влиянцих факторов на точность преобразования силовых фактор'ов. В качестве типовых предлояены варианты ППН с продольной (вдоль силового элемента) и поперечной ориентацией навесного элемента и спор. Для типовых вариантов ППН разработана методика расчета его оптимальной конструктивной схемы по заданному уровне погрешности преобразования. исследовано действие влиявших факторав на точность ЛВН. Созданы преобразователи для рычажной и полурычак-ной-впор вассх. - •

На защиту вииоедтев: результаты теоретических и экспе-рвиентальнкх исследований точности и чувствительности к силовым факторам ППН, иыенцих навесные элементы на силовом элементе; механизма, рекомендации по проектировании ППН, а также способы -и устройства преобразования поперечной силы^ изгибавдего иомента, стояночной весовой -нагрузки на опоры васси дла бортовых .коцплексов, вычислявших вес и положение центра касс летательных аппаратов.

Практическая ценность. Предложенные в работе математическая модель, критерии оптимального выбора характеристик БПН, методика расчета конструктивных схем .ППН позволяет с необходимой точностье осдвествлять выбор значений ларакте-ристи.. ППН с целы) обеспечения требуемой нулевой чувствительности к нерегистрируемым силовым факторам. ~На основании проведении* исследований созданы ППН для силовых элементов и

П9Н для опор жасси как функционально законченные элементы вычислительного комплекса.

Реализация результатов работы. На основании результатов работы, полученных в диссертации, спроектированы и внедрены в производство Карского ПО "Прибор" преобразователи поперечной нагрузки на силовые элементы и преобразователи весовой нагрузки на опоры васси.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались. обсуждались и подучили одобрение на конференциях КурПИ (1987-1992 гг. ); на региональной научно-технической конференции "Методы и средства для измерения и воспроизведения силы и момента в приборостроении", г. Пенза,19В1 ri; на постоянно-действующем' научно-техническом семинаре "Задачи теории и практики информационной и измерительной техники", СПГТУ. 1991 г.

Пчйлчк.эции. По резуи>татам выполненных исследований лпубликовано 18 печатных работ, в той числе 8 статей, 10 авторских свидетельств на изобретения.

Обгеы диссертации. Содержание диссертации изложено на 185 страницах, включающих 66 рисунков, 20 таблиц, список литературы из 128 наименований, приложений на 30 страницах.

СОДЕРШИЕ РАБОТЫ

Во введении излагается предистория вопроса по исследованиям ППН, обосновывается актуальность исследований, приводятся основные цели к задачи работы, иетодк исследований, содержание диссертации, научная новизна, существо эадицаеиах положений и практическая ценность, сведения об апробации к реализации работы.

В первой главе дается кратки* обзор применяемых типов преобразователей поперечной изгибной нагрузки, методов исследования их точности^) моделирование. Определяет «г задачи, решаемые в диссерта-ионной работе.

В последние годы при статических испытаниях конструкций, при преобразовании весовых нагрузок из опоры жасси са' полетов и вертолетов получапт применение ППН. альтернативны* традиционному тензоиетрированив* Они обеспечиваат повыиеиие безопасности полетов, ускорении обслуииванил. определяет- пре-

- Б -

дельные взлетно-посадочные нагрузки на опоры «асси, фиксируют грубые посадки.

Вневнке силовые факторы, воздействувцие на силовой эль-_ мент с регистрационным участком, свободны* от вневней нагрузки, создаст внутренние силовые факторы, деформации, перенесения в опорных поперечных сечениях на концах регистрационного участка. Линейные и угловые перемещения опор (хомутов, цанг, дисков, скйб, приливов), установленных в опорных поле-речных сечегиях. передастся координатному преобразователи, кронштейны которого через упор или иарнир воздействует на промежуточный чувствительный элемент (Балочный, столбиковый), чаче всего электротензоиетрический, злектроаяементы которого образувт передавший преобразователь. Преобразователь поперечной нагрузки выдает информации об одном из силовых факторов (поперечной силе или изгибавшем моменте) при поперечном изгибе силового элемента конструкции (колесной оси, рычага, траверсы опоры васси) в присутствии ^регистрируемых силовых факторов.

Преобразователи поперечной нагрузки изучали Н.Й.Ариго-рсвский, Й.К.Прейсс, В.Н.Еейнин, Б.й. Годзиковский,!..Р.Ferrante, F.R.J.Waünt, T.C.Hukle и-другие. Ими определены некоторые силовые и геометрические факторы, влиаицие на точность и чувствительность ППН.

В настоящем исследовании« устанавливается, что имевцие-ся работы носат предварительный и частный характер. Утверждается, что единой теории ППН не разработано, а в некоторых конкретных задачах делались допущения, правомерность которых не очевидна. К настоящему времени не разработано обоснованных методических подходов к выбору основных характеристик конструктивной схемы ППН. Существующая научная информация не позволяет производить расчета и проектирование конструкций ППН с рациональными эксплуатационной свойствами для работы в различных изменявшихся условиях, в составе ПВН. Для рычак-них и полурычажных опор васси, для безтелеЕечной балочной опори при плотной компоновке пневматиков ИБН и ППН ранее отсутствовали.

Формулируется задачи исследований:

- разработать математическую модель и обобзеннув струк-тдриув схему ППН, дчитызавкие функции преобразования силовых

- 7 -

элементов, опор, навесных элементов;

- расчетным экспериментом провести сопоставительный анализ применения методов технической теории изгиба, лрибли-«енной теории изгиба и методов теории дпругости при проектировании ППН;

- использовать методы многокритериального выбора характеристик ППН для сопоставления их вариантов;

- исследовать с помоцьс математической модели закономерности преобразования регистрируемого силозого фактора при воздействии условий среды;

' ,- исследовать свойства преобразователей поперечной силы, изгибалаего момента и ЛВН;

- провести анализ параметрической чувствительности ППН к влиявяим факторам; .

- разработать методику и алгоритм расчета оптимальных конструктивных схем ППН, пространственного ориентирования навесного элемента и опор;

- провесТи экспериментальные исследования дли оценки адекватности математических моделей ППН и П8Н.

Вторая глава посвяяена разработке математической модели процесса преобразования силовых факторов в элементах конструкций во входные информационные сигналы системы управления гсодвихныки объектами.

3 данной главе приводится классификация ППН по трем основным признакам: преобразуемому силовому фактору, количеству опорных сечений в силовом элементе, количеству промвху-точных чувствительных элементов. По прео5раэу?мому силовому фактору выделяется преобразователи поперечной ::илы и преобразователи изгибалцего момента. По числу опорных сечений в силовом элементе выделяется ПЛЙ с 1. 2. 3 и 4 сечениями. Для дальнейвнго исследования в выделенной классификация по количеству проыехуточных чувствительных элементов из четырех классов выбирается ППН первого и второго классов, конструктивно простыв, но требущив создания новых методов их расчета и проектирования.

Для ППН первого класса предлагается его обобщенная конструктивная схема (рис.1), где обозначены: 1.2 - опора, ориентированные под углами 3 - силовой элемент, н:.-грухеннкй поперечной силой Р и изгибавщим моментом И; 4 -

регистрационный участок силового эленента, включаюций поперечные сечения с .опорами 1,2; 5 - навесной элемент длиной I., ориентированный под угломуО ; 6 - промегуточный чувствительный элемент с передавшим преобразователем, 7 - опорный крон-втейн высотой 8 - измерительный кронштейн длиной а и высотой Ьи; 9 - упругий иарнир. Опора 1 на силовом элементе 3 размечена на расстоянии у от нейтральной плоскости, I. от сечения приловения силы Р и Ь и от исследумого сечения с моментом Ми. Опора 2 размечена на расстоянии 10 от опоры 1 и \со от опорного сечения силового элемента 3. Нронвтейны 7 и 8 совместно образуит координатный преобразователь. В ППН-второго класса на том *е регистрационном участке добавляется второй навесной элемент.

Синтезируется структурная схема ППН. В схеме ППК с одним навесным элементом (рис.2) обозначены: 1 - силовой элемент, 2 - первичный преобразователь - регистрационный участок силового элемента, 3 - навесной элемент, 4 - опоры, 5 -координатный преобразователь, б - промежуточная чувствительный элемент, 7 - передающий преобразователь, выходной сигнал и которого является выходным сигналом ППН.

Устанавливаются силовые и геометрические соотношения в ПИН. определяится в аналитическом виде функции преобразования силовога- злемента, его регистрационного участка, опор, координатного преобразователя, промр.ъуточного чувствительного элемента и передавшего преобразователя, позволявшие обобщить свойства и характеристики различных ЯЙН. 8 частности, функции преобразования регистрационного участка силового элемента получаются в виде ревений в перемещениях задачи поперечного изгиба для идеализированных пряыоосных силовых элементов Чстерхна прямоугольного постоянного поперечного сечения, сплокногп и полого круговых цилиндров, плоского клина, спловного и полого конусов) методами технической теории изгиба, приблияенной теории и теории упругости. При этой силовой элемент и его.регистрационный участок характеризувт-ся математической моделью

где б;/- компоненты тензора напрядений: С • • - упругие коэф-

- 9 -

Схема конструктивная ППН

Рис.1

Схеыа структурная ШЩ

Рис.2

Фнциенты тела; ф - компоненты тензора деформации; и ■■ -компоненты вектора перемещения точек хк тела; i = 1,2,3 к 3 = 1,2,3 - координатные оси.

Выражения (1) здесь данн в компактной форме, а б тексте диссертации раскрыты в координатной системе.

Первое из выражений (1) - решение в напряжениях задачи поперечного изгиба используется в виде

~ р, М, , Cs, с 2).

где С^ - совокупность геометрических характеристик силового элемента и условий его закрепления. £ - модуль упругости, 0- коэффициент Пуассона.

Расчетная модель измерительного участка - ревекие в пе-реиеаениях задачи поперечного изгиба получается подстановкой напряаений ¿¿у в закон Гука - вторые формулы (1 ),•подстановкой полученных деформаций <5ty в дифференциальные зависимости Коаи - третьи формулы (1) с последующим интегрированием. Из Функций преобразования элементов ППН, дополненных неравенствами, определяющими область допустимых значений независимых переменных, и условий физичеакой реализации ППН строится обобщенная математическая модель fiñH. Расчетным экспериментом определяется неэффективность применения методов технической теории изгиба для создания ППН при соразмерности длины регистрационного участка силового элемента с его высотой.

Противоречивые требования физической реализации ППН учитывается выбором нескольких критериев; первичного - точности, используемого как характеристическая мера, остальных вторичных - конструктивных характеристик (количества и ориентации навесных элементов, ориентации опор и т.д.), nopoz-давцих ограничения задачи выбора характеристик ППН.

Бвделявтся две группы вторичных критериев и типовых вариантов ППН, икевцие самостоятельное значение. Пергой группе соответствует признаки: один навесной элемент, ориентированный вдоль силового элемента, и нулевая высота опорнеп кронвтейна. Вторая группа отличается от первой ориентацие! навесного элемента поперек силового элемента.

Выявляется закономерности разделения силовых факторы ка регистрируемый и нерегистрируекые. Среди независимых пе-

ременных выделяется длина измерительного кроквтейка. Многокритериальный выбор характеристик ППН осуществляется через расчетную модель в виде явной функции выходного сигнала и как суммы составляющих, определясвих влияние условий заделки силового элемета (Пс), поперечной силы Р и изгибагщего момента действующего в исследуемом поперечном сечении силового элемента на расстоянии Ь^от бли*айвего к нему опорного сечения.

где кэ?ффициентн К

называется коэффициентами преобразования ПИН по силовым факторам: поперечной силе Р и изгнба»цему моменту ¡¡г, действу-вчему в поперечном сечении с опорой 1 Сек. рис.1). Коэффициента К^р, КиР. К,,*,* Кииназызавтсл коэффициентами формообразования ППН, поскольку ими учитиваится геоуетричегкие и жесткостные характеристики силового элемента, пространственное ориентированг,е навесного элеиента и опор; КПР - .коэффициент преобразования цепи'проненуточный чувствительный элемент 1 передавший преобразователь.

Предлагается репать задачу параметрической идентификации вариантов модели ППН и синтезировать варианты ППН последовательным приравниванием нулю коэффициента преобразования по нерегистрируекому силовому фактору и составлявшей в выражении (5), вычисление» коэффициентов формообразования, вычислением значения переменной а через одно из выражений (4) коэффициента преобразования по нерргистрируемому силовому фактору, исчислением значения коэффициента преобразования по регистрируемому силовому фактору, но по другому выражении (Л).

Третья глава посвящена исследовании и созданив вариан- . тов ППН для идеализированных силовых элементов.

Исследование и синтез начинается с вариантов ППН первого класса с наборами конструктивных характеристик как для первой, так'и для второй групп вторичных критериев,~и регистрационным участком силового элемента прямоугольного посто-

янного поперечного сечениа высотой Ь. Устанавливается, что пространственное ориентирование навесного элемента и опор, другие конструктивные факторы влиявт на значение коэффициента преобразования ПИН по регистрируемому силовому фактору. По рис.З при 1./11=0,5 нормированный коэффициент преобразования изменяется у разных вариантов ППН до 16,6 раз.

Характеристики преобразователя поперечной силы

3,0

{

/

ц

'У1*

1/Ь

Кривая Р %г Ул ъ

1 0 90 90 с 0.5

2 90 0 0 -1/2 лвбое

0 0 90 С 0.5

А 91) 90 90 -иг лвбое

5 0 0 0 0 .. 0.5

¡.^12Е1К ) - нормиро-

ванный коэффициент преобразования; -а/1 - относительная длина изиерительного кронвтей-на;-^ =0,3.

Численные значения углив даны в гргщусах.

Рис.З

Для преобразователя поперечной силы устанавливается по-вкжекие эффективности поперечной ориентации опор с уыеньге-нкеи длины навесного элемента при его продольной ориентации. Предлагается и обосновывается оптимальные по точности и физической реализуемости способы определения поперечной силы, а также ППН с поперечной ориентацией навесного элемента, у 1 которых длина измерительного кроввтейна не зависит от значений других характеристик ШН.

- . Определятся варианты реализации ППН для пресйразовате-

аз изгибагяего момвктл Им. Устанавливается, что чувствительность характеристики (.„ к изменении длины измерительного кронвтейна « стремится (при а стремящемся к 9.3L).

Для преобразователя изгибаюцего момента в опорном поперечном сечении силового элемента выявляется связь характеристик аи L через норыярованнкй коэффициент преобразования. Делается вывод, что изиенениом значения характеристики L можно устанавливать конструктивно оптимальное значение характеристики«. Например, прия-0 уменьяаетс5 влияние неточности угла v^i- Область определения функции коэффициента преобразования Ки задается вырааениен с^е (-<»: l/3)Ut 1;.оо), Исследуются и синтезируется варианты ППН первого класса с регистрационными участками силового элемента в виде кругового цилиндра (сплоансго и полого), плоского клина, конуса. Полученные результата близки к результатам для ППН с регистрационным участко* прямоугольного постоянного сечения. Для преобразователя изгибацего момента в вершке плоского клина с продольна ориентипованнкм навесным элементом отсутствует влияние ориентации опар на характеристику а.

Исследуются и синтезируются варианты способов определенна поперечной нагрузки н ППН второго класса. Предлагается варианты преобразования поперечной силы или изгибаВчзго момента при peí истрационном участке постоянного или переменного поперечного сечения с промежуточными чувствительными элементами линейного и углевого перенесения со сравнительно большими диапазонами преобразования при продольной ориентации наярсного элемента и при продольной или пеперечной ориентации опор. .

йсследуятса и предлагайте^ варианту преобразование поперечной силы, изгибавшего момента (в сродней »езду опорами сечении> при регистрационном участке постоянного сечения с двумя прмвяуточными чувствительными элеяонтдки линайного пе-ремезеная. Данине ППН ииаат мадця чувствительность преобразования сили к точности выставки значения характеристики сс и даат возмояность в преобразователе ыамекта через характеристику а задавать значение коэффициента преобразования иди устанавливать значения характеристика с; по диапазона« преобразования ППН и его промязуточного чувствительного элемента. -Исследуется и предлагается аариант преобразования naris-

- 14 -

речной сил« с Дания навесными элементами на боковых сторонах регистрационного участка, в котором устраняется влияние крутящего монента,- действувлего на силовой элемент, что характерно, напрмер, для полутраверс телеяечныХ опор »асси.

Исследуются и предлагался ПВК на опоры сасси (с рычав-ной и полурычааной подвеской колес) с установкой ППН на рычаге или с ортогональными ППН на колесной оси и с преобразователем углового наложения рычага. По условия» физической реализации в расчетнув модель ПВН предлагается не вклпчать углы тангаха и наклона стояночной площадки. Яозтому ПЙН с установкой ППН на рычаге имепт погреиность порядка значений этих углов.Расчетная модель ПВН с ортогональными ППН на колесной оси имеет погрепность второго порядка малости указанных углов.

Исследуптся и предлагаются ПВН для телескопической беэтелехечной балочной опоры васси. Яроводится силовой расчет механизма опоры васси с представлением результатов в виде явных линейных Функций вариаций конструктивных и силовых характеристик опоры. Вертикалькуи компоненту реакции опора «асси возмохно представить как линейнув функции усилий, приложенных к цапфам траверс, или ра&ши им поперечных сил е траверсах опоры, и определить с поигиьа Ш1Н. Выявляется основная часть„методической погревно< ти, возкикаевая из-за от-сутствжГучета боковой составляющей опорной реакции и вариации боковой координаты точки приложения опорной реакции, Предполагается ПВН использовать как функционально законченные структурное элементы бортового комплекса вычисления стояночных веса и полсхениа центра масс подвиянкх объектов.

Патентная чистота предлохеяных ППН и ПВН подтверхдеш десятьв авторскими свидетельствами.

Исследуется действие влиявших факторов на точносл преобразования регистрируемого силового фактора. Определяет ся чувствительности ППН по коэффициента* преобразования и н. чальнык значениям выходного сигнала к влиаюцик факторам расчитывается численные значения чувствителъностей к про цеитным и градусниа отклонения» влиявших факторов.

По совокупности чувствительностяй к влиявцим фактора сравнивается четыре варианта ППН, отличающиеся ориентацие навесного элемента м опор вдоль и поперек силового элемента

- 15 -

Устанавливается преимущество преобразователя поперечной силы с ориентацией навесного элемента поперек, а опор - вдоль силового элемента. Рекомендуется размещать в преобразователе поперечной силы навесной элемент на силовом элементе в зоне действия меныгих изгибавших моментов,а в преобразователе изгибавшего момента - при. наименьгем расстоянии до исследуемого поперечного сечекия. Разрабатывается и подтверждается расчетным ?ксперимектсм методика расчета конструктивной схе-Ш1Н, позволявшая определять характеристики ППН по заданному уровне его погрешности. В алгоритм вводятся варианты ЙЯН, отличавциася ориентацией, длиной навесного элемента и ориентацией опор, с оценкой использования диапазона преобразования промежуточного чувствительного элемента и погрешности ППН. Гррдлагаехий алгориты позволяет реализовать инженерный метзд проектирования ППЙ.

Четвертая глава посвящена экспериментальная исследованиям и внедрении результатов работы.

Формулируется цель экспериментальных исследования: проверка математических моделей деформированного состояния идеализированных силовых элементов; прпззрка вариантов математической модели ППН; получение информации о свойствах ППН, теоретические •исследования хуторах затруднительны, в, частности о влиянии отличия квадратных опор от линеР.ннх.

Из экспериментальных методов исследования силовых элементов предлагается физическое кодеяирование, в частности для идеализированных силовых элеаентоз на моделях из катери-ала с низким и высоким модулем упругости.

Предлагается средства измерений относительных перемещений кронштейнов координатного преобразователя: индикатор ,И402, кика-ярв 02-КПЙ и 1-КЛК, оптические кгиермтели ИОПР-12, навесике ккалы,

• Предлагавтся два всчомогательк« устройства: для консольных моделей из материала с низким модулей упругости (разработанное автором гирное нагрузочное устройство с по-грезшостьв по выходу до 3 ака) и для ыоделей с больсн» модуле« упругости (двухопорное нагрузочное устройство НПО "Прибор" с винтовым домкратом и динамометром, встроенном в сило-вув передачу, с максимальней логрескоегьи по выходу с разными индикаторами от 0,1 до 5 ккк).

.. ■ -16 -Планом эксперимента предусматривается использование ППН с моделями идеализированных силовых элементов со стержнями: из поролона (с постоянным поперечным сечением иириной 25,0 км. внсогой 40,0 и 30,0 мм, плоский клин вириной 25,0 мм, высотой в заделке 162 мм и углом раствора 0.238 рад) и из дглеродистой стали (полые цилиндры, £=20,0 ГПа,3=0,25, внутренний радиус 46,75 мм, внешний радиус 43.75 и 54,75 мм).

Планом акспаркмента предусматривается нагружвниа моделей поперечной силой различной величины, изменение характеристик ППН, в том числе использование опор 0,2x10,0; 8,Ох 6,0; 20,0x20,0 мм.

Диапазон экспериментирования ограничивается пределом пропорциональности. Воспроизведение усилий и отсчеты показаний приборов производятся при трехкратном непрерывном возрастании нагрузки от нуля до максимума и последуицем убывании ее до нуля.

Результатами эксперимента подтверждаются теоретические исследования поперечного изгиба стершей и ППН. Отклонение . экспериментальных результатов от расчетных для вариантов первого класса ППН с опорами 6,2 х 10,8 м* не превосходит погревносги нагрузочного устройства. Экспериментальные результаты по характеристике аь даны в таблице.

Таблице

Экспериментальные результаты по характеристикеаи для преобразователя поперечной силы (при доверительной вероятности 0,95)

Расчетное Среднее ариф-

' значение метическое Погремность

результатов

' 0,500 0 0.490 . -0.020.,.-0,002

0,349 в . 0.530 -0,001...+0.001

0,70! С 0,701 -0.001...+0.001

Испытания второго класса ППН с цилиндрической моделью силового элемента показали отличие опытных и расчетных перемещений (соответственно 30 и 24 мкм) при расчетной дли-

- 17 - ...

не навесного элемента, равной внеанвнд диаметру силового элемента, В опытах спори - приливн (размерами 20 х 20 вм> является концентраторами напряжения. Установлено, что квадратная форма опор является причиной неадекватности использованной математической модели с линейными опорами.

Согласно акта Курского ¡10 "Прибор" опытный образец преобразователя весовой нагрузки с преобразователе* поперечной силы на рычаг опоры «асси с рычажной {полурычажной) подвеской колес провел эксплуатационные испытания, подтверднв-вие основные положения диссертации. Предломенные реженмя фменыают трудоемкость и сокрацавт сроки проектирования аппаратуры. Результаты работа внедрена в производство", в опит-но-конструкторскяв разработки Курского производственного, объединения "Прибор", изготовлены и испытаны образца преобразователей.

ЗШВЧШЕ

В диссертация получено новое равенив актуальной научной задачи, имеаявй существенное значение для теории а практики -преобразования .информации, состоящее в разработке ватеиати--ческой модели процесса преобразования- силовых факторов в элементах конструкций во входные информационные сигналы системы управления подвязники объектам и в исследовании первичных преобразователей для создания, пространственного ориентирования и расчета оптимальных навесных элементов, й частности в преобразователях весовой стояночной нагрузки на опоры васси.

На основе комплексного подхода к исследовании преобра-. зсгваний силовых факторов, учитнваааего их • распределение в ' ^ элементах конструкция нагругенных спор, -преобразование сило- г вых факторов в выходные сигнала преобразователей, анализ параметрической чувствительности к силовым рзкторан, получе- : ни сладув?ие основные научные и практические результаты:

1) проведен сопоставительный анализ суцествушщих преоб-' ра' вателей поперечной нагрузки с навеснкгт элементами, пэказавгий, что известнае методы не позволяет проектировать преобразователи с опгныалышни зксплуатащгоннаии свойствам;

2) предложена классификация преобразователей по коли-- ;*

честву промежуточных чувствительных элементов, позволиввая выделить конструктивно ' простые преобразоватзли первого и второго класса, однако требувцие создания новых методов их расчета и проектирования; ,

3) определены и обоснованы следувчие положения:

- установлены силовые и геометрические соотновения в преобразователе, позволившие получить зависимости между характеристиками навесных элементов и характеристиками и условиями закрепления силовых элементов;

- синтезирована структурная схеиа преобразователя к получены в аналитическом виде функции преобразования силового элемента, опор, координатного преобразователя, промежуточного чувствительного элемента и передавшего преобразователя, обобщавшие свойства и характеристики различных преобразователей поперечной нагрузки;

разработана математическая'модель процесса преобразования силовых факторов в элементах конструкций во входные информационные сигналы системы управления подвижными объектами, учитывавшая Функции преобразователей в условиях физической реализуемости. Получены рввения в переиецениях задач» поперечного изгиба идеализированных сиговых элементов методами технической теории изгиба.приближенному сопротивлени5 материалов и-теории упругости. Расчетный экспериментом определена неэффективность применение катодов технической теорт изгиба для создания преобразователей поперечной к\грузки I навесными элементах;! при соразмерности длины регистрационна то участка силового элемента с его высотой;

- выявлены закономерности разделения силовых факторов на регистрируемый и нерегистрируемые, позволиввие впврвьн получить аналитические вырахения конструктивных характеристик навесных элементов преобразователя поперечной силы 1 преобразователя изгибавшего мпхрнта через геометрические 1

жесткостные характеристики силового элемента;

- предложен и обоснован метод многокритериального выбо ра характеристик преобразователя по первичноку (точности)

вторичным критериям (конструктивным факторам), удовлетворяв дий противоречивым требованиям физической реализации преоб разоваталей. Предложены и обоснованы новые способы и устрой ства сбора и обработки информации о поперечной нагрузке.

тая1в на я* основе преобразователи весовой нагрузки на опора-«асси. Патентная чистота разработок подтверядена авторски*» свидетельствами. Созданные преобразователи весовой нагрузки на опары «асси явлввтса функционально законченный« структурными элементами бортовых комплексов вычисления стояночных seca и положения "=нтра масс подзияннх объектов;

- иссладовано действие влиягцих факторов на точность преобразования регистрируемого силового фактора. Как типовнв выделены варианта преобразователя с продольной {вдоль сило-зогб элемента) и поперечной ориентацией навесного элемента и опор. Для типовых вариантов преобразователе разработана и подтверждена экспериментом методика расчета его оптимальной конструктивной схемы.пз заданному уровня погрешности преобразования. Основные теоретические полояения подтверждены физических экспериментом;

4; результаты исследований внедрена в опытно-конструкторские разработки и производство, опытный образец преобразователя весовой нагрузки на рычаянуп (полурычахнув) опору яасси с преобразователей поперечной сила на рычаг опорн прочел эксплуатационные испытания, подтвердившие основные полояения предлагаемых исследований. *

Основное содеряанио диссертационной работ» напло отраяение в слвдувцик публикациях:

1. Систеаа определения звса и полозвниа центра таяэстя летательного аппарата; Обзор / Под. рад. fl. Я. Яоктпоноаа.-П.: 0ЦЯ0ИТЯ, 1972. - 47с.

2. Локтионов А. П. Об одной методе определения яагрдзкз на телескопическое васся / Курск, политехн. ин-т, - Курск, 1380. - 10 с. - Деп. в ЦНТИ РА 14.34.32, 8 8?. .

Î. Локтионов й. (I. îîepessEîSiffla при изгиба- старгнэй / Нурск. палчтвт, ик-т. ? Курск, 1331. - 13 с. - Деп. з ВИНИТИ 1981, Я 1944-6 .

4. /1октис»ов Й. П. Переазденйз. прк изгиба» старзнеЛ израненного свчания / Курск, политехи, кя-г, - ¿ypc;t, ISS! -28 с, - Деп. з ВИНИТИ 1331. Я 4109-01.

3. Яоктииноз Ü. П. 05 кзаврагаа кдвгснаак датчика*::! по- , пярвчиак сил и изгибавших ховентоз на зэеньях вагин а приборов // Иатоды и приборы яла нзнврениз и воспроизведет« сала

и момента в приборостроении: Тез. локл. к се*ин.ару, Пенза, 22-23 окт. 1981 г. - Пенза. 1981. - Е. 18-15.

6. Локтионов Й. П. Об 1из*ер«дии изгибавдих нагрузок навесными датчиками / Курск, политехи, ин-т. - Курск, 1981. -13 с. - Деп. в ЦНШТЗИ яряборостроянид 1982. К 1712.

7. Локтионов А. П. Об измерении изгибавших нагрузок на-ресными алектромнз.о*е-трииб.ски*и •преобразователями // Изв. вузов. Авиационная техника. - 1882. - К 2. - С. 73-75.

8. Локтионов А. П. .Обзор я анализ способов и устройств измерения поперечной изгабнай -нагрузки на элементы вас си / Кдрск. политехи, ил-т. - КаР.ск, 1991. - 45 с. - Деп, в ДНТй ГА 1991, Я 835-га91.

9. В. с. 555693 СССР, Ш 01 К 1/12. Нстройство для опрэделен"ч стояночного геса самолета /Я. П. Локти.онр.в (СССР). - Н 2167472/23: Заев. 08.08,75. - 4 с.

10.fi. с. 555355 СССР, ШАЬ 01 I 1/22. Устройство для измерения полерешой нагрузки на брус / А. П. Локтионов (СССР).-Я 21821.01/1,0; Заяв_. 16.10.75; 0л«бл. 38.04.??. Вил. N 16. - 4 с.

11. А. с. 531370 СССР, Ш4 £ 01 С 9/02. Датчик дг^а наклона агрегатов / А.Д.Доктяон.ов (.СССР). - Я 2312463/16-10; Заяв. 4.07.76; 0я»бл. 25.il/77, £длл. « 43. - 3 с.

12. а. с. 653991 СССР, ЦКЙ>,й 01 * 1/2. .«свойство для измерения стрелочной нагрузки на *асси самолета / А. П. Локтионов 1СССР1, - К 2302053/40-23; Заев. 8.12.75. - 4 с.

13. й. с. €58959 СССР, *КИ5С 01 К 1/1.2, Устройство из-иерейая стояноаяой нагрузки на «асси с ряуазиой подвесной колес / в. П. Локтионов. - « 2320544/40-23; 5аяв. 23.02.70. -4 с.

14. А. с. 681334 СССР, МЫ! Н 01 I. 1/04. Способ язмере-имв поперечной нагрузки яа стервень / А. 0. Локтионов (СССР). - К 2592598/16-10; За«. 22.03.7В; »яиСл. 25.«5>9( §рл. .

Н 31. - 2 с. ^

15. А. с. 777496 СССР. Ш 01 1 1/22, Гдособ ипрвда-леаив лспередаой нагрузки на брус / А. Л. йоктконов. (СССР); Карсь. политехи, ин-т (СССР). - в 2.642428/1Й-1 С; Зояв. 10.07.78;-Спабл. 07.11.80, Бел. К 41. - 3 с.

16. Й. с. 913070 ГССР. Ш4£ 01 £ 19/00. Сглсоб рярв-щявияв стоетоздой мшоа нагрузки на вас си ««одета /

Й. П. Локтионов, Г. S. Сурков, В. Б. Тарасов, п.. Г. Черный' .'СССР). - У 2554687/!8-10; Заяв. 14.12.7?; Опубл. 15.03.82, Белл. К 10. - 3 с.

!?. Я. с. 1059452 СССР, ЫКИ 3 С 01 L 3/00. Способ измерения изгибавшего момента / й. П. Локтионов (СССР). -N 3484155/18-10; Звяв. 24.08.52; Опубл. 7.12.63. Бел. К 45. - 4 с.

5 8. fl. с. 1 137345 СССР, 01 L 1/04. Способ изме-

рения поперечной нагрузки / Й. Л. Локтионов (СССР); Курск, политехи. и1!-т. '.СССР). - N 3574671/21-10; Заяе'. 7.04.83; Опубл. 30.01.85, Бвл. К 4. - 4 с.

Личный вклад соискателя в работе (1В), опубликованной в соавторстве, - соь'кесткое участие в обосновании измерения црренененкй сеченк/- и оценке поправки по кручеикв.

Подписано а печати 22.li.19S3, Фориат 60 х 64 1/16. Печатных листов O.S8. Тирав 60 зкз. Заказ-наряд

Курский политехнический икстит. Курск 305639, 50 лет Октября, S4 ■