Прогибомеры

Перемещения отдельных точек конструкции или их элементов измеряют приборами, которые называются прогибомерами. Существует достаточно большое количество типов прогибомеров и каждый тип применяют в зависимости от того, каковы ожидаемые величины прогиба и с какой точностью необходимо их измерить. Простейшие прогибомеры. В том случае, когда требуется сравнительно небольшая (0,1 см) точность измерения деформации (прогиба) прогибомер можно изготовить на месте (рис.4,а). Такое приспособление состоит в основном из двух деревянных реек 1 и 2. Одна из них закреплена на испытываемой конструкции, а вторая связана с неподвижной точкой. На боковой поверхности этих реек проведена общая линия (рис.4,б). После загружения конструкция деформируется, отдельные части ее перемещаются, вместе с ними перемещается верхняя рейка и линия, нанесенная на ее боковую поверхность; расстояние между линиями на подвижной рейке и неподвижной будет равно прогибу конструкции.

Рисунок 4. Простейшие приспособления для измерения деформации прогиба

Более усовершенствованный способ измерения деформаций показан на рис.4,в. На конце верхней рейки закреплена дощечка с наклеенной на ней миллиметровой бумагой, а на конце нижней рейки укреплен карандаш. При деформации конструкции рейки взаимно перемещаются, и карандаш вычерчивает на бумаге прямую, натуральная длина которой даст искомое значение прогиба конструкции. Точность измерения деформации этим способом зависит от точности измерения расстояния между линиями и составляет в среднем 1—2 мм.

Несколько большую точность может обеспечить приспособление, показанное на рис. 5; основной частью его является кронштейн 1 со шкалой 2, на котором шарнирно закреплена стрелка 3. В точке конструкции 4, деформацию которой измеряют, закрепляют проволоку 5 с грузом 6 на нижнем конце; проволока связана также со стрелкой. Расстояние от центра вращения стрелки до точки закрепления проволоки равно 0,1 длины стрелки. Таким образом, стрелка представляет собой рычаг с соотношением плеч, равным 10 (обычно 50:5 см). Это значит, что если узел, на котором закреплена проволока, переместится на 1 мм, то конец стрелки переместится на 10 мм, т. е. точность измерения деформации будет равна 0,1 мм.

Рисунок 5. Простейший прогибомер

Точность измерения деформации этого прогибомера зависит от соотношения плеч рычага. Достоинством его считается то, что он изготовляется на месте и для этого не требуется высокой квалификации исполнителя. Недостаток прибора — небольшая точность измерения деформации (0,1—0,2 мм).

Вышерассмотренные способы и приспособления измерения прогиба характеризуются небольшой точностью, поэтому их применяют сравнительно редко.

В том случае, когда требуется более точное измерение деформации, применяют более совершенные приборы, которые обеспечивают точность измерения деформации порядка 0,01 мм. Эти приборы можно разделить на 2 группы: 1-я — приборы дистанционные, 2-я — приборы контактные.

При использовании дистанционных приборов прогибомер устанавливаете под испытываемой конструкцией, а связь между конструкцией и прибором осуществляется проволокой (рис. 6); в случае необходимости прибор можно вынести за пределы опасной зоны (т. е. за пределы полосы, расположенной непосредственно под конструкцией).

Контактные прогибомеры находятся в непосредственном контакте с конструкцией.

Рисунок 6. Схема установки для измерения деформаций дистанционным прогибомером

С точки зрения удовлетворения требований охраны труда, а также удобства взятия отсчетов на шкале прибора предпочтение следует оказать дистанционному прогибомеру. С другой стороны, дистанционная схема измерения деформации чувствительна к изменению температуры окружающей среды, хотя исключить это влияние несложно.

При измерении деформации по контактной схеме изменение температуры окружающей среды оказывает ничтожное влияние на показание прибора, и его вообще не учитывают, но для взятия отсчетов по приборам наблюдатель должен находиться в непосредственной близости от испытываемой конструкции. Это требует большого внимания при испытаниях, особенно в полевых условиях, когда точка, в которой необходимо измерить прогиб, может оказаться недоступной для наблюдения.

В настоящее время для деформаций чаще применяют дистанционные прогибомеры.

Прогибомер ПМ-2 (рис. 7) конструкции Н. Н. Максимова состоит из металлического корпуса 1, в котором на подшипниках вращается барабан 2, соединенный с маленьким барабаном 3. Барабана 2 касается ролик 4, соединенный со стрелкой 5. На корпусе 1 помещена шкала 6, по которой отсчитывают прогиб.

Связь между прибором и конструкцией устанавливается посредством проволоки, верхний конец которой закреплен на конструкции, а к нижнему подвешен груз в виде металлического цилиндра (рис. 7,в). Проволока перекинута через барабан 3 и при перемещении узла, к которому она прикреплена, вращает барабан 3 и вместе с ним передаточный механизм со стрелкой.

Передаточный механизм сконструирован так, что когда точка конструкции, на которой закреплена проволока, переместится на 0,1 мм, стрелка на шкале передвинется на одно деление. Таким образом, если на шкале прибора отсчеты брать с точностью одного деления, то точность измерения деформации будет равняться 0,1 мм. Число делений на шкале равно 100, т. е. одному полному обороту стрелки соответствует прогиб, равный . Число полных оборотов стрелки фиксируется на специальной шкале, нанесенной на барабане 2. Она видна в прорези основной шкалы.

Рисунок 7. Прогибомер Н.Н.Максимова ПМ-2:

а- вид спереди; б- разрез; в- кинематическая схема

Из дистанционных прогибомеров прибор Н. Н. Максимова наиболее часто применяется при испытании строительных конструкций. Он прост в обращении и для многих исследований дает достаточную точность измерения деформаций. Недостаток прибора — при фрикционной передаче возможен холостой ход диска, хотя во избежание этого конструкция прибора предусматривает возможность регулировки плотности соприкосновения барабана и ролика. Следует отметить также большую чувствительность прибора к толчкам.

В третьей модели прогибомера Н. Н. Максимова ПМ-3 (рис.8) внесены некоторые конструктивные изменения; вместо фрикционной здесь предусмотрена зубчатая передача, которая исключает возможность проскальзывания, как это было в предыдущей модели, но обладает некоторым люфтом, обусловленным наличием зазора между зубцами.

Рисунок 8. Общий вид прогибомера Н.Н.Максимова ПМ-3

Прогибомер ПАО-5конструкции Н. Н. Аистова (V модель, рис. 9) состоит из металлического корпуса 3, в передней части которого под стеклом имеются 3 шкалы — большая шкала показывает прогибы в долях мм, малая левая — в см и малая правая — в мм. Внутри металлического корпуса имеется система шестеренок; шестеренка 5 насажена на ось стрелки, показывающей прогибы в см, и соединена с роликом 4. Ролик выступает с тыльной стороны корпуса и на него перематывается проволока, устанавливающая связь между конструкцией и прогибомером. На общую ось насажены также шестеренки 6, 7 и стрелка, показывающая деформации в мм. Одновременно шестеренка 5 находится в зацеплении с малой шестеренкой 6. Сидящая на одной оси с ней шестеренка 7 ведет шестеренку 8, на ось которой насажена стрелка большой шкалы, имеющая 100 делений.

Рисунок 9. Прогибомер Н.Н.Аистова (V модель – ПАО-5):

а – вид спереди; б – вид сзади; в – кинематическая схема

Соотношения коэффициентов передач шестеренок подобраны с таким расчетом, что одному делению большой шкалы соответствует прогиб 0,01 мм. Если на шкале отсчеты брать с точностью одного деления, то точность измерения деформации—перемещения будет равна 0,01 мм. Прогибомером Н. Н. Аистова без его перестановки можно измерять деформации—перемещения до 100 мм.

Рисунок 10. Общий вид прогибомера ПАО-6

Для устранения холостого хода—люфта, шестеренка 5 сделана двойной — одна закреплена на оси наглухо, вторая насажена свободно. Между этими шестеренками имеется распорная пружина, которая стремится повернуть шестеренки навстречу друг другу, благодаря чему зубцы шестеренок 5 и 6 постоянно находятся в контакте и люфт исключается. Прогибомер винтом 1 закрепляется на пластинке 2, а последняя прикрепляется к треноге (рис. 9, а) или непосредственно к струбцине (рис.10).

Контактные прогибомеры.При испытании конструкций и сооружений из контактных прогибомеров находит применение главным образом индикатор. Он принадлежит к группепрогибомеров, которые измеряют сравнительно малые деформации (без перестановки не более 10мм).

Главной частью индикатора является металлический корпус 1,(рис.11), передняя часть которого закрыта стеклом. Под стеклом имеется шкала с делениями, в центре которой насажена стрелка 2. В пределах большой шкалы имеется малая шкала 3 с центральной стрелкой. Через корпус проходит металлический стержень 7,который может перемещаться. На средней части стержня нарезаны канавки, в которые входят зубцы малой шестеренки. На ось этой шестеренки насажена шестеренка большего диаметра 4, связанная с нижележащей маленькой шестеренкой 6, на оси которой насажена большая стрелка 2.

Рисунок 11. Конструктивная (а) и кинематическая (б) схемы индикатора

Во избежание появления люфта в конструкции прибора предусмотрена дополнительная шестеренка 8, находящаяся в зацеплении с шестеренкой 6. Спиральная пружина 9, связанная с шестеренкой 8, все время поддерживает стержень 7 в крайнем положении и обеспечивает постоянное зацепление зубьев шестеренок. При нажатии на стержень в противоположном направлении он преодолевает сопротивление пружины и перемещается, приводя в движение все шестеренки и одновременно обе стрелки. При освобождении от внешнего давления стержень возвращается в прежнее положение. Коэффициент передачи шестеренки подобран с таким расчетом, что передвижению конца стержня на 1 мм соответствует поворот большой стрелки на 360°. Число делений большой шкалы равно 100, поэтому одному ее делению соответствует перемещение конца стержня на 0,01 мм. Существуют также и индикаторы с ценой деления 0,002 и 0,001 мм. Однако они могут измерять перемещения только до 2,0 мм. Полный оборот большой стрелки 2 отмечает малая шкала.

Для измерения деформаций индикатором пользуются специальной струбциной, которая связывает его с неподвижной точкой.

Конец стержня индикатора, в который запрессован шарик 5, устанавливают в точке конструкции, перемещение которой необходимо измерить. В таком положении на обеих шкалах берут отсчеты. После загружения конструкции отдельные ее точки перемещаются, нажимают на стержень индикатора, который перемещается по отношению к корпусу и отводит стрелки в новое положение. При этом берут вторые отсчеты. Разность этих двух отсчетов, умноженная на цену деления шкалы, дает величину деформации.

У некоторых типов индикаторов имеется подвижная шкала, при помощи которой первичное положение большой стрелки можно совместить с нулевым делением шкалы. Определение деформации в данном случае происходит только по одному отсчету, что уменьшает возможность ошибок при вычислении деформации.

Рассмотренный индикатор характеризуется следующими достоинствами: сравнительно-высокая точность измерения деформации (0,01 мм),небольшие габаритные размеры и масса индикатора (диаметр корпуса равен 55 мм, масса—150 г). Недостаток индикатора — максимальное значение измеряемой им деформации без его перестановки равно 10 мм.