ДИНАМОМЕТР

ДИНАМОМЕТР, силомер, прибор для измерения силы или вращающего (крутящего) момента. Д., применяемые в с. х-ве при испытаниях с.-х. машин и орудий, различных материалов, а также тракторов и двигателей, разделяются по назначению на тяговые, ротационные и тормозные (поглощающие). Д. м. б. с записывающим аппаратом - самопишущие (называемые часто динамографами) и с отсчётом по шкале или счётчику. При изучении энергетических показателей с.-х. машин и орудий или механических свойств испытываемого материала, когда по ряду причин желательно знать не только ср. значение силы (вращающего момента), но и характер изменения её по пути, углу поворота или же по времени, применяются самопишущие Д. Эти Д. записывают график изменения силы, называемый динамограммой,

Рис 1. Тяговый пружинный динамометр с отметкой по шкале

Тяговые Д. предназначаются для измерения сил, затрачиваемых на перемещение машин и орудий, их рабочих органов, или же на деформацию испытываемого материала. По принципу действия тяговые Д. можно разделить на пружинные, рычажные, гидравлические, электрические (напр., пьезокварцевые) и др. В с. х-ве СССР имеют распространение пружинные Д. (самопишущий - системы акад. В. П. Горячкина и с отсчётом по шкале - системы Резникова и бр. Павловых) и гидравлические (масляные) самопишущие динамометры ВИСХОМа.

Пружинные Д. Действие этих Д. основано на передаче тягового усилия от источника энергии рабочей машине или испытываемому материалу через пружину Д., к-рая растягивается или сжимается измеряемой силой, причём величина упругой деформации пружины, пропорциональная этой силе, регистрируется тем или иным способом.

Д. с отметкой по шкале системы инж. Резникова (рис. 1) состоит из 2 изогнутых рессорных пружин (к концам к-рых прикреплены прицепные серьги) и регистрирующего аппарата. Упругая деформация (изгиб) пружин, растягиваемых измеряемой силой, передаётся через рычажный механизм и зубчатый сектор стрелке регистрирующего аппарата, к-рая, поворачиваясь вокруг своей оси, показывает на шкале циферблата значение силы в килограммах.

Для облегчения отсчёта и более точного замера силы регистрирующий аппарат имеет тормоз, действующий на стрелку трением.

Самопишущий Д. акад. В. П. Горячкина (рис. 2) состоит: 1) из двух подвижных прямоугольных рамок, между к-рыми помещена спиральная пружина, сжимаемая измеряемой силой; 2) записывающего аппарата; 3) граммофонного механизма. Рамки Д. снабжены прицепными серьгами. Для записи динамограммы служит подвижный карандаш, соединённый поводком с одной из рамок Д., а для отметки нулевого усилия - неподвижный (нулевой) карандаш. Динамограмма записывается на бумажной ленте, к-рая приводится в движение от граммофонного механизма через систему валиков.

Рис. 2. Тяговый пружинный динамометр акад. В. П. Горячкина: 1 - рамка прибора; 2 - регистрирующий аппарат; 3 - граммофонный механизм

Гидравлические Д. Действие этих Д. основано на том, что измеряемая сила давит тем или иным способом на заключённую в цилиндре жидкость, к-рая передаёт это давление по трубке регистрирующему аппарату.

Самопишущий динамометр (рис. 3) состоит: 1) из гидравлического пресса, 2) записывающего аппарата и 3) приводного механизма. Гидравлический пресс состоит из цилиндра, заполняемого маслом (касторовым или вязким профильтрованным автолом), и плунжера, через к-рый замеряемая сила тяги давит на масло. Это давление через гибкую трубку передаётся 2-му плунжеру (записывающего аппарата), к-рый, в свою очередь, передаёт давление пружине. Перед тем как попасть в цилиндр 2-го плунжера, масло проходит через игольчатый клапан, затормаживающий масло при возникновении сильных колебаний измеряемой силы. Запись динамограммы производится подвижным карандашом, к-рый укреплён на конце двуплечего рычага, связанного с пружиной, возвращающей его в нулевое положение. Для отметки нулевого давления служит неподвижный (нулевой) карандаш. Динамограмма записывается на меловой бумажной ленте, к-рая приводится в движение барабаном, вращаемым от гибкого вала через червячную передачу. Гибкий вал имеет на свободном конце диск (шкив) с ручкой, при помощи к-рого этот вал приводится во вращение от руки или от колеса (посредством гибкой передачи, напр., шнурка). Динамометр имеет набор сменных пружин, к-рые выбираются соответственно величине измеряемой силы.

Рис. 3. Тяговый гидравлический динамометр: 1 - гидравлический пресс; 2 - регистрирующий прибор; 3 - приводной механизм

Самопишущий Д. ВИСХОМа состоит из мессдозы (рис. 4), записывающего аппарата и ходового колеса с приводным приспособлением для передачи движения бумажной ленте, на к-рой записывается динамограмма.

Мессдоза состоит из коробки, наполненной маслом и закрытой стальной мембраной. Коробка жёстко связана с рамкой, имеющей серьгу для прицепа. Вторая подвижная рамка (также имеющая прицепную серьгу) через поршень и мембрану мессдозы передаёт давление (от тягового усилия) на масло, к-рое, в свою очередь, по гибкой трубке передаёт давление пружине. Пружина Связана системой рычагов со стрелкой, несущей карандаш, к-рый записывает динамограмму.

Рис. 4. Мессдоза тягового гидравлического динамометра ВИСХОМа

Ротационные Д. служат для измерения вращающего (крутящего) момента, затрачиваемого на вращение рабочих органов или механизмов машины или орудия. Ротационные Д. включаются в качестве звена в механизм передачи крутящего момента от источника энергии к приводному валу рабочей машины. По принципу действия ротационные Д можно разделить: 1) на Д. валовые: а) пружинные, у к-рых измеряется деформация пружин, и б) с упругим стержнем, у к-рых измеряется особым прибором угол закручивания стержня, пропорциональный крутящему моменту; 2) Д. шестерёнчатые, у к-рых измеряется момент, действующий на корпус шестерёнчатого редуктора (могущего поворачиваться вокруг своей оси), пропорциональный крутящему моменту ведущего вала (напр., динамометрическая рукоятка акад. В. П. Горячкина; 3) Д. электрические, у к-рых измеряется момент, действующий на статор мотора, подвешенного на шариковых подшипниках; 4) Д. гидравлические и др. Из ротационных Д. в с. х-ве СССР применяются для машин с ручным приводом - динамометрическая рукоятка акад. В. П. Горячкина, а для машин, приводимых в движение от механического двигателя, - валовые пружинные Д. системы акад. В. П. Горячкина и ВИСХОМа, а также гидравлический ВИСХОМа.

Валовый самопишущий Д. ВИСХОМа изготовляется в виде шкива (рис. 5) или зубчатки. Д. состоит: 1) из втулки, соединяемой шпонкой с приводным валом рабочей машины и имеющей шарнирные опоры для пружин; 2) коробки, жёстко связанной со шкивом или зубчаткой и имеющей вторые опоры для пружин; 3) записывающего аппарата. При передаче крутящего момента от источника энергии на шкив, последний через коробку давит на пружины и через них передаёт окружное усилие втулке и валу рабочей машины, приводя его во вращение. Д. может работать в обе стороны, при этом одни пружины сжимаются, а др. (противоположные) разжимаются. Запись окружных усилий производится иглой на движущейся затемнённой киноплёнке. На динамограмме посредством электромагнитного отметчика наносятся отметки времени, что даёт возможность определить скорость вращения вала. Ротационный Д. системы акад. В. П. Горячкина имеет аналогичный принцип работы.

Рис. 5. Ротационный пружинный динамометр ВИСХОМа

В этих ротационных Д. центробежные силы их частей, возникающие при вращении, влияют на показания. Существуют образцы Д. подобного типа, у к-рых этот недостаток устранён.

Тормозные Д. (поглощающие) применяются для определения эффективной мощности двигателей. Принцип действия тормозных Д. основан на поглощении тем или иным способом мощности, развиваемой двигателем путём создания на валу его противодействующего - тормозного момента, величина к-рого м. б. измерена при различных режимах работы двигателя. Тормозные Д. можно разделить на: 1) механические (напр., рычажные, ленточные), 2) гидравлические; 3) аэродинамические (для высокооборотных двигателей); 4) электрические.

Одним из наиболее распространённых в с. х-ве тормозных Д. является рычажный динамометр (рис. 6).

Рис 6. Схема рычажного тормоза: 1 - шкив; 2 - деревянные колодки; 3 - стягивающие болты; 4 - рычаг; 5 - штанга; 6 - весы; 7 - водопроводящая трубка для охлаждения шкива; 8 - трубка для отвода воды; 9 - маслёнка для смазки трущихся поверхностей с целью плавного тормошения

Шкив 1, сидящий на валу двигателя, охватывается двумя колодками 2 из твёрдого дерева, стягиваемыми при помощи болтов 3. К верхней колодке прикреплён рычаг 4, к-рый через штангу 5 опирается на платформу десятичных весов 6. При вращении шкива в направлении, показанном стрелкой, между ободом шкива и внутренними поверхностями охватывающих его колодок развивается трение, отчего колодки и рычаг 4 увлекаются шкивом в сторону вращения; рычаг через стержень 5 давит на платформу весов с силой Р, к-рую можно определить, уравновесив весы. По величине этой силы определяется момент сил трения Рol, равный, но противоположно направленный вращающему моменту двигателя. Эффективная мощность двигателя равна:

где: n - число оборотов шкива в 1 мин., Р - показание весов в кг; l - плечо рычага в м; q - вес рычага, приходящийся на весы.

Рис 7. Динамограмма: а - в прямоугольной системе координат; б - в полярной системе координат; 0 - 0 - линия нулевого усилия

Обработка динамограмм. Самопишущие аппараты Д. записывают динамограммы или в прямоугольной системе координат (рис. 7, а), где по оси абсцисс откладывается путь или время, а по оси ординат измеряемая сила, или в полярной системе координат, где окружное усилие откладывается по радиусам (рис. 7, б). Ср. ордината (радиус) динамограммы м. б. определена приближённо по масштабной линейке или более точно с помощью планиметра (см.), определяющего площадь обрабатываемого участка динамограммы в мм2 деля площадь динамограммы на длину её, получают ср. ординату в мм, Средняя величина радиуса полярной динамограммы определяется по формуле:

где: F - площадь динамограммы в мм²; аα - внутренний угол сектора динамограммы в градусах; r₀ - радиус окружности нулевого усилия в миллиметрах.

Для определения ср. силы необходимо знать силовой масштаб ординаты (радиуса) динамограммы, к-рый определяют тарировкой динамометра.

Умножая ср. ординату (радиус) динамограммы на силовой масштаб её, получают среднее усилие в килограммах.

Литература: Горячкин В., Торзионный динамометр и применение его к исследованию с.-х. машин И орудий, М., 1929; Пигулевский М., Метод испытания плугов, лущильников и культиваторов тракторной тяги, Л., 1938; Скуратов В., Испытание тракторов, М.-Л., 1935; Теория, конструкция и производство сельскохозяйственных машин, под общ. ред. В. П. Горячкина, т. II, М.-Л., 1936.