Тормозные устройства и динамометры Диагностирование автомобиля

Как работает динамометр

Динамометрами измеряют кистевой мышечный тонус у детей и взрослых с целью определения общей работоспособности и силы человека, а также для отслеживания в динамике процесса восстановления после перенесенных травм, в процессе подготовки спортсменов, для проведения динамометрии во время диспансеризации населения. Современные приборы показывают силу в деканьютонах (даН). Эта единица является аналогом килограмм-силы (кгс).

Принцип работы динамометра

Работа динамометра основывается на законе физике, согласно которому деформация, возникающая в пружине или ином упругом теле, прямо пропорциональна приложенному к телу усилию (напряжению). Данный закон носит имя Гука – английского учёного, жившего в 17 веке.

Закон Гука говорит о том, что в ответ на деформацию какого-либо тела появляется сила, стремящаяся вернуть начальную форму и исходный размер данного тела. Она называется силой упругости.

Простейший динамометр представляет собой совокупность двух устройств – силового и отсчетного!

Усилие, которое прикладывается к прибору, является деформацией его силового звена. Посредством электрического сигнала (либо механического) деформация передается на отсчётное звено, которое может быть цифровым либо аналоговым.

Единицей измерения прибора является ньютон (Н) – международная единица измерения силы.

Если весы показывают массу тела человека, то по показаниям динамометра можно судить о силе, которую человек прикладывает, деформируя приборную пружину.

Современный прибор для динамометрии — это контрольно-измерительное устройство, которое широко используют в медицине для замера у людей силы растяжения или сжатия, измеряемой в ньютонах, а также момента силы в килограмм-силах.

Конструкция устройства позволяет человеку совершенно самостоятельно измерить свою мышечную силу!

Основные виды динамометров в медицине

Первые динамометрические устройства, представлявшие собой пружинные механизмы, были созданы в середине 18 века. Пружина в них под воздействием груза растягивалась на определенную длину. Деления на шкале, показывающие удлинение пружины, соответствовали массе груза. Спустя некоторое время был изобретен циферблатный прибор с круглой пружиной замкнутого контура. После устройств с механизмами растяжения были изобретены конструкции, работающие при нажиме.

Сегодня существуют динамометры следующих типов:

  • Механические.
  • Гидравлические.
  • Электронные.

Приборы с механическим принципом действия бывают:

  • Рычажные.
  • Пружинные.

Встречаются модели динамометрических приборов, в которых задействованы сразу два вида силовых устройств!

В медицинской практике чаще всего используются следующие виды приборов:

  1. Механический пружинный. Усилие в нём передается сжимающейся или растягивающейся пружине. Значение силы упругости при этом строго пропорционально величине деформирующего воздействия. Пружинный принцип работы применен в простейшем безмене.
  2. Механический рычажный. Деформирующее усилие передается в данном приборе с помощью рычага. Показания динамометра регистрируют величину деформации. На таком алгоритме действия основана работа автомобильного динамометрического ключа. Точность показаний обоих механических устройств зависит от температуры окружающей среды.
  3. Гидравлический. Под воздействием измеряемой прибором силы жидкость выдавливается из гидроцилиндра. Затем она проходит по трубке и поступает на записывающий датчик, регистрирующий точное её количество. Данный прибор точнее своих механических собратьев, но гораздо сложнее в изготовлении. Достоверность показаний тут напрямую зависит от точности дозирования жидкости и от качества герметичности.
  4. Электронный. В нём поступающее на датчик деформирующее усилие преобразуется в электрический сигнал. Кроме того, в приборе имеется ещё один датчик. Он усиливает сигнал, поступающий на первый датчик, и фиксирует его в памяти устройства.

В электронных конструкциях применяются типы индуктивных, пьезоэлектрических и других датчиков. В процессе деформации датчика сопротивление возрастает — как следствие, меняются токи. В результате, сила давления на датчик оказывается прямо пропорциональной силе передаваемого прибором электрического сигнала.

Электрический динамометр – это высокоточный, небольшой по габаритам и лёгкий по весу прибор!

Чем отличается кистевой или ручной динамометр от станового?

В медицине динамометрические устройства применяются для определения силы, оценки работоспособности и выносливости человеческого организма. С помощью этих несложных приборов можно сделать достаточно точное заключение о состоянии мышц человека.

Для медицинских целей применяются в основном ручные динамометры и становые модели приборов!

Вариант ручного динамометра определяет мышечную силу пальцев рук человека, сжимающего его своей кистью. Отсюда и второе название – кистевой. Данным прибором повсеместно пользуются физиотерапевты, чтобы оценивать в динамике восстановление мышечной силы пациента после перенесенной травмы. Кистевыми динамометрами широко пользуются в экспедиторских и транспортных компаниях при тестировании вновь принятых работников. Их применяют также в правоохранительных органах, МЧС и вооруженных силах, в организациях профессионального спорта и фитнес-клубах.

Сегодня выпускаются ручные приборы механической и электронной модификаций. Точность измерений с их помощью зависит от соблюдения человеком определенных правил при замерах.

Правила эти очень просты и состоят в следующем:

  • Вторую, свободную руку надо расслабить и опустить вниз.
  • Затем её нужно отвести в сторону и расположить перпендикулярно туловищу.
  • Руку с устройством следует вытянуть вперед.
  • Сжимать динамометр кистью следует по команде настолько сильно, насколько это возможно.

По данному алгоритму делается измерение силы каждой руки поочередно, несколько раз подряд.

Из полученных результатов для каждой руки выбирается тот, который лучше!

При нарастании мышечной массы в процессе тренировок показатели, полученные с помощью динамометра, улучшаются.

Читайте также:  Причины и основания остановки транспортного средства полицией по новому приказу МВД N 665

Точные абсолютные показатели получить довольно трудно, так как на них влияет множество субъективных факторов. Поэтому в расчет берётся, как правило, величина относительной силы кистей рук. Для её вычисления измеренную динамометром силу в килограммах умножают на сто, а затем делят на вес тела человека. У людей, не занимающихся профессионально спортом, относительный показатель равен 45-50 единиц для женщин и 60-70 единиц — для мужчин.

С помощью становых динамометров можно протестировать на статическую силу и выносливость все мышцы, сгибающие и разгибающие корпус человека!

Становой прибор похож внешне на ножной эспандер. Его составные части – это рукоятка, подставка под ноги, трос, оснащенный датчиком измерительный прибор и отсчитывающее устройство.

Для измерения мышечной силы человеку нужно:

  • Встать обеими ногами на подножку прибора.
  • Наклонить корпус вперед, сгибаясь в пояснице.
  • Взяться на рукоять динамометра обеими руками.
  • Ноги в коленях при этом не сгибать.
  • Затем рукоятку прибора нужно потянуть вверх на себя изо всех сил.

Принцип расчета относительных показателей для становых приборов такой же, как и для ручных. Но величины индексов значительно выше. При индексе до 170 единиц становая сила оценивается как низкая. Показатели от 170 до 200 единиц говорят о силе ниже средних значений.

Средней считается сила выпрямляющих тело мышц при значениях индекса от двухсот до двухсот тридцати. Индекс от 230 до 260 единиц свидетельствует о значениях выше среднего. А более двухсот шестидесяти – это показатели высокой разгибающей туловище силы.

Для чего нужно знать силовые показатели?

На силу мускулов человека влияют его пол и возраст, вес тела и уровень усталости. Во многом зависит показатель силы от времени суток и типа мышечной тренировки.

Замечено, что в средине дня фиксируется, как правило, максимальное значение данного показателя. А утром и вечером – минимальное.

В то же время нормальная мышечная сила конкретного человека может быть ослаблена в связи с тем, что:

  • Он болеет каким-либо заболеванием или испытывает временное недомогание.
  • Человек находятся в состоянии депрессии или стресса.
  • По ряду причин сбился привычный для его организма режим питания и распорядок дня.

Зачастую данные показатели понижены у лиц пожилого возраста и у людей, не поддерживающих себя в должной физической форме.

Врачи назначают пациентам измерение мускульной силы на динамометре для контроля физического развития как детей и подростков, так и взрослых людей.

При проведении замеров необходимо следить, чтобы в начальном положении стрелка прибора стояла на нулевой отметке!

После замера показания обязательно записываются. Это поможет медикам в дальнейшем оценить изменение состояния здоровья человека за определенный промежуток времени.

Тем, у кого показатели мышечной силы невысоки, врачи рекомендуют занятия приемлемым видом спорта. Ведь физические упражнения делаются не только для наращивания бицепсов. Прежде всего, они укрепляют иммунитет организма, повышают его работоспособность.

Электронный динамометр – все о механизмах «силомеров»

Динамометр электронный – это устройство, предназначенное для того, чтобы измерять силу в аппарате, машине, станке, такие приборы еще называют «силомеры». С их помощью измеряется сила резания и влияние на неё разных факторов, сила тяги, сила крутящего момента в механизмах.

Электронный динамометр – классификация и назначение

Еще в беззаботные школьные годы на уроках физики нам приходилось устраивать опыты с самым простейшим динамометром, когда нужно было измерить силу, с которой удавалось бы сдвинуть с места гирьку или шарик. Однако в строительной индустрии и особенно в тяжелой промышленности аналогичный по действию инструмент имеет более сложное строение и принцип фиксирования и обработки результатов. Давайте попробуем понять, как же устроены различные сложные модели «силомера».

Динамометр более сложного устройства годится для измерения от одного до трех показателей одновременно. Как раз в зависимости от числа измеряемых компонент, различают однокомпонентные, двухкомпонентные и трехкомпонентные устройства. Относительно действия, по принципу которого они работают, различают электрические, гидравлические и механические аппараты. При сверлении, чаще всего, применяют электрический и гидравлический динамометры, потому что они позволяют измерить величину осевой силы и крутящего момента.

Все динамометры имеют сходное устройство. Резец, который фиксируется специальным механизмом, работает синхронно с устройством, распределяющим силу резания на компоненты (один, два или три). Также в конструкции прибора предусмотрены датчики, чтобы силу, которую измеряет динамометр, преобразовывать в показатели. Они как раз и считываются регистрирующим устройством. В качестве показателей выступают силы электрического тока, электрическая емкость, давление жидкости, крутящий момент, сила резания и прочее.

Электрические динамометры подразделяются на индукционные, пьезоэлектрические, конденсаторные (ёмкостные) и с проволочными датчиками сопротивления. С помощью таких устройств можно замерить нагрузки при совершении производственных и строительных процессов. Замеры, в результативном виде, выглядят, как запись на осциллограмме. Например, при бурении скважин значение электрического динамометра очень велико – с его помощью отслеживают силу нагрузки во время спуска-подъема колонны.

В основе процессов, на которых работает динамометр сжатия-растяжения, заключен принцип использования упругих деформаций инструмента, вернее, прекращения деформаций после ослабевания воздействия на материал извне. Возникает электрическая энергия, которую трансформируют датчики из малых перемещений частиц (упругих деформаций). Датчики бывают емкостного, пьезоэлектрического, индуктивного, электромагнитного свойства, а также датчик сопротивления (тензорезисторный).

Что умеет электронный динамометр сжатия-растяжения?

Самый распространенный вид электрических динамометров – тензорезисторный. Преимущество именно этого вида приборов заключается в том, что он имеет высокую собственную частоту (несколько килогерц). Также он дает возможность измерений разного рода: и динамических, и статических. Динамический вид измерения предполагает изучение норм и законов, согласно которым совершаются физические процессы в объекте исследования. Статическое измерение предполагает неизменность физической величины во время процесса измерения.

Читайте также:  Как оспорить протокол об административном правонарушении ГИБДД

Выше были описаны виды датчиков, которые применяются для работы. Согласно тому, какие датчики используются в конкретном приборе, говорят о предназначении всего устройства. Широко применяемый тензорезисторный динамометр имеет в своей конструкции упругий элемент и тензорезисторные решетки. Нагрузка, которая воздействует на прибор, деформирует их. От этого токи моста сопротивления приходят в разбалансированное состояние и подают сигнал, который записывается вторичным прибором, в котором для этого имеется специальная шкала. Шкала градуируется в единицах силы. Этот вид прибора применяют в промышленности, когда требуется измерить силу сжатия. Также устройство служит для проверки силоизмерительных машин и определения напряжения в образцах.

Индукция и пъезоэлектрический эффект в динамометрах

Индукционный динамометр применяется при испытаниях двигателей мощностью до 966 лошадиных сил. Этот вид прибора тоже электрический и малоинерционный. Охлаждается водой. Принцип действия заключается в создании тормозящего момента за счет действия вихревых токов. В магнитное поле погружен металлический диск, который вращается с определенной скоростью. На нем появляются вихревые токи, которые фиксируются тензодатчиком. Также в конструкцию входит магнитный датчик (датчик с переменным магнитным сопротивлением), который фиксирует, какое количество оборотов совершает диск за минуту.

Пьезоэлектрические динамометры измеряют статические силы. Реакционными элементами являются специальные пластинки, изготовленные из пьезокварца. Пьезокварц применяется потому, что этот минерал имеет соответствующие свойства, создавая прямой и обратный пьезоэффект. В динамометре на поверхности этих пластинок образуется электрический заряд, когда они подвергаются нагрузке. Реакция пластинок зависит от того, какое положение принимают плоскости разреза по отношению к осям кристаллов в зависимости от того, воздействует на них сила сжатия или сдвига.

Пластинки расположены по кругу и зажаты между двумя кольцами, выполненными из стали. К пластинкам присоединён усилитель, который имеет большое сопротивление на входе. Он преобразует заряд в электрическое напряжение. Для снятия заряда между пластинами находятся электроды. При ударе возникает электрический заряд, поэтому пьезокварцевые динамометры применяют для измерения ударных нагрузок, особенно при повышенной температуре.

Это позволяют свойства кварца, который практически не имеет температурной зависимости и обладает высоким удельным электрическим сопротивлением.

Динамометр электрический с проволочными датчиками – секрет работы

Динамометр с проволочными датчиками сопротивления также применяется в промышленности. Особенно широкое применение получил динамометр Б.И. Мухина. Основой прибора является так называемая «лодочка». Это квадратная пластина, которая крепится внутри корпуса прибора на звеньях. Звенья (опоры) упругие, состоят из закаленной стали и имеют форму полых трубок. Они имеют следующую особенность: обладают малой жесткостью относительно вектора, перпендикулярного оси, и высокой жесткостью относительно вектора, параллельного оси.

Опоры в стыках деталей содержат по два проволочных датчика с базой 10 миллиметров. Это необходимо для устранения контактных деформаций. Также имеется датчик для измерения горизонтальных сил (один датчик вдоль горизонтальной оси Z) и датчики, фиксирующие крутящий момент (по два датчика на осях Y и Х). Прибор используют при фрезеровании, шлифовке, точении, нарезании резьбы резцом. Во время перечисленных процессов динамометром измеряют силу резания. При просверливании, процессе зенкерования, нарезании резьбы метчиком этим прибором измеряется осевая сила и крутящий момент.

Тормозные устройства и динамометры

В условиях стендовых испытаний нагрузка двигателя осуществляется тормозным механизмом, оснащенным динамометром, с помощью которого определяется развиваемый двигателем крутящий момент.

Современные испытательные стенды оснащены гидравлическим или электрическим тормозными механизмами. Наибольшее распространение получили гидравлические тормозные механизмы, отличающиеся сравнительной простотой конструкции и большой энергоемкостью.

Основными узлами гидравлического тормозного механизма являются статор, установленный на подшипниках в опоpax станины, и ротор, вращающийся в подшипниках, соединенный муфтой с валом двигателя. Через гидравлический тормозной механизм протекает вода. При вращении ротора вследствие гидродинамического сопротивления воды создается тормозной момент, равный моменту, развиваемому двигателем. Энергия, полученная при вращении ротора, передается статору, на котором также создается момент, равный моменту, развиваемому двигателем. От проворачивания статор удерживается динамометром, с которым он соединен с помощью рычага.

Изменение тормозного момента осуществляется за счет изменения активной площади взаимодействия ротора с водой. В зависимости от степени заполнения водой используются гидравлические тормозные механизмы полного или частичного заполнения. В тормозных механизмах полного заполнения активная площадь ротора изменяется перемещением заслонок-шиберов, установленных между ротором и статором, а в тормозных механизмах частичного заполнения — изменением количества подаваемой в гидравлически и тормозной механизм воды.

Ротор и статор гидравлического тормозного механизма могут иметь различное конструктивное исполнение.

Рис. Лопастной гидравлический тормозной механизм: 1 и 2 — вентили; 3 — лопатки ротора; 4 — лопатки статора; 5 — ротор; б — диск статора; 7 — ротора; 8 — подшипник ротора; 9 — подшипник статора; 10 — соединительная муфта; 11 — опора статора; 12 — станина; 13 — заслонки-шиберы; 14 — статор

Лопастные гидравлические тормозные механизмы в роторе и в дисках статора имеют карманы овального сечения, между которыми образуются лопатки. Эти тормозные механизмы работают при полном их заполнении водой. Изменение тормозного момента осуществляется перемещением заслонок-шиберов.

Рис. Дисковый гидравлический тормозной механизм: 1 — диск статора; 2 — ротор; 3 — вал ротора; 4 — сливной патрубок; 5 — сливная трубка; б — червячное колесо

В дисковых гидравлических тормозных механизмах ротор выполняется в виде диска с отверстиями, а к статору крепятся диски, имеющие сотовидные рабочие поверхности.

Читайте также:  Предохранители и реле для Mazda Demio 1 Base-ex

В штифтовых тормозных механизмах на ободе прикреплены два или несколько рядов стальных штифтов, которые обычно крепятся и к статору. Штифты устанавливаются с небольшим зазором между штифтами ротора.

Дисковые и штифтовые гидравлические тормозные механизмы работают при их частичном заполнении водой. Вода под действием центробежной силы отбрасывается к периферии, образуя вращающее водяное кольцо. Тормозной момент зависит от толщины этого водяного кольца.

По энергоемкости дисковые и штифтовые тормозные механизмы уступают лопастным. Недостатком гидравлических тормозных механизмов частичного заполнения водой является также нестабильность тормозного момента при изменении давления воды. Поэтому питание гидравлических тормозных механизмов водой осуществляется обычно из бака, поднятого на высоту 3—4 м.

Во избежание кавитации, повышенной коррозии и образования накипи температура воды на выходе из гидравлического тормозного механизма не должна превышать 333—338 К.

В электрических тормозных механизмах статор балансирно установлен на опорах фундаментной рамы, а вал ротора соединен с двигателем.

Механическая энергия в этих тормозных механизмах преобразуется в электрическую. Так как электрические машины имеют возможность рекуперации, то в случае питания электроэнергией с внешнего источника электроэнергии они работают в режиме электрического двигателя и преобразуют электрическую энергию в механическую. Обычно используют электрические машины постоянного тока. При работе их в тормозном режиме (в режиме генератоpa) ток поступает на обмотку возбуждения и индуцирует магнитное поле. При вращении якоря (ротора) в его обмотке возникает электродвижущая сила. Ток якоря своим магнитным полем противодействует вращению якоря, следовательно, и вращению вала испытываемого двигателя. На статоре при этом возникает реактивный момент, равный крутящему моменту двигателя. Изменение тормозного момента осуществляется путем изменения силы тока в обмотках возбуждения. Электрическая энергия, вырабатываемая электрическим тормозным механизмом при работе в тормозном режиме, поглощается нагрузочными реостатами или передается в общую электрическую сеть.

При работе электрической машины в режиме электрического двигателя (например, для пуска двигателя или снятия его тормозных характеристик) электрический ток подается как в обмотку возбуждения, так и на цепь якоря. В результате взаимодействия магнитных полей якоря и статора на якоре возникает крутящий момент, а на статоре — реактивный момент, направленный в сторону, противоположную направлению вращения якоря.

Зависимость тормозной мощности от частоты вращения коленчатого вала определяется характеристикой тормозного механизма. Область возможных режимов работы тормозного механизма показана на рисунке.

Кривая OA на рисунке соответствует работе гидравлического тормозного механизма при максимально разведенных заслонках или при полном заполнении водой. На этом участке тормозная мощность изменяется в зависимости от частоты вращения коленчатого вала: Рт = аn^3, где а — коэффициент пропорциональности.

Рис. Внешние характеристики: 1 — гидравлического тормозного механизма; 2 — электрического тормозного механизма; 3 — двигателя

В точке А тормозной момент достигает максимального значения. Дальнейшее поглощение мощности возможно только при постоянном максимальном моменте, который поддерживается прикрытием заслонок или уменьшением расхода воды.

В точке В поглощаемая мощность ограничивается допустимой температурой воды. Дальнейшее повышение частоты вращения коленчатого вала возможно при постоянной мощности двигателя, следовательно, уменьшении крутящего момента пропорционально росту частоты вращения коленчатого вала. Это достигается сближением заслонок или уменьшением расхода воды.

В точке С частота вращения ограничена показателем прочности ротора. На участке CD кривой внешней характеристики крутящий момент и мощность уменьшаются пропорционально. Кривая DO соответствует изменению тормозной мощности, затрачиваемой на трение в подшипниках и ротора о воздух при отсутствии воды в гидравлическом тормозном механизме.

В электротормозе при максимально допустимой силе тока в обмотке возбуждения тормозная мощность в зависимости от частоты вращения коленчатого вала изменяется по кривой ОА’ которая описывается уравнением Рт = bn^2. В точке А’ тормозная мощность ограничивается допустимой температурой нагрева обмоток якоря. Для дальнейшего повышения частоты вращения коленчатого вала (кривая А’В’) необходимо снизить крутящий момент путем увеличения сопротивления в цепи якоря или уменьшения силы тока возбуждения. Ограничение частоты вращения коленчатого вала в точке В обусловлено механической прочностью обмотки якоря.

Кривая С’О соответствует тормозной мощности, поглощаемой электротормозом, при отсутствии тока возбуждения.

Тормозной механизм считается пригодным для испытания двигателя, если внешняя характеристика двигателя полностью соответствует площади, ограниченной внешней характеристикой тормозного механизма. В этом случае тормозной механизм обеспечивает испытание двигателя на всех возможных режимах его работы.

Для измерения крутящего момента, развиваемого двигателем, используются механические, гидравлические и электрические динамометры.

Рис. Схема механического квадрантного динамометра: 1 — маятник; 2— кулак-квадрант; 3 и 7 — ленты; 4 — стрелка; 5 — кулак; б — зубчатая рейка; 8 — груз; 9 — балансир; 10 — зубчатое колесо

Наиболее точным является механический квадрантный динамометр. Он имеет два маятника, укрепленных на кулаках-квадрантах, которые подвешены на тонких стальных лентах. Сила F через балансир передается кулакам, конструктивно объединенным с квадрантами.

При отсутствии силы F маятники занимают положение, при котором их центры тяжести лежат на одной вертикали с точкой крепления ленты. Под влиянием силы F, которая передается от рычаг статора тормозному механизму, маятники совершают сложное движение, перекатываясь по стальным лентам квадрантами и отклоняясь от положения равновесия. Балансир, к которому приложена сила F, сместится при этом вниз. При перемещении балансира связанная с ним зубчатая рейка поворачивает стрелку, которая указывает показание динамометра, соответствующее крутящему моменту, развиваемому двигателем:

где к = 716,2/l — постоянная (указывается в паспорте динамометра).

Ссылка на основную публикацию
Топливная экономичность Теория
Порядок заполнения путевых листов Журнал «Бухгалтерские Вести» (Ст-Пб) №3 январь 2007 В случае неправильного заполнения путевых листов затраты организации на...
Топ-10 лучших смазок для подшипников в рейтинге Zuzako
Чем смазать ступичные подшипники выбор смазки и инструкция по использованию Автофакты Периодическая смазка ступичных подшипников существенно продлевает их эксплуатационный срок....
ТОП-10 мировых автопроизводителей Volkswagen уходит в отрыв — – автомобильный журнал
Крупнейшие автомобильные концерны мира probrendi Автомобильные альянсы — для чего они создаются Автомобильные альянсы создаются не от хорошей жизни. Автомобили...
Топливные баки на УАЗ Патриот размеры емкостей
Про баки УАЗ Патриот Внедорожник УАЗ Патриот представляет собой совмещение мощного джипа с красивой иномаркой. Этот автомобиль имеет существенные отличия...
Adblock detector