maplantsМашины и установки: проектирование, разработка и эксплуатацияMachines and Plants: Design and Exploiting2412-592XМОО "Стратегия объединения"maplants-161Research ArticleНАЗЕМНЫЕ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И КОМПЛЕКСЫGROUND TRANSPORTATION AND TECHNOLOGICAL FACILITIES AND COMPLEXESСовершенствование тензометрической оси для ограничителей грузоподъемностиUpgrading the Strain-Gauge Axle for Load LimitersРощинВ. А.RoshchinV. A.

Виталий Андреевич Рощин, инженер

141281; Санаторный проезд, д.1/1Б, оф. 415; 

Московская обл.; Пушкинский; Ивантеевка

Vitaly A. Roshchin, Engineer

141281; Office 415, 1/1B Sanatorny Proezd; Pushkinsky; Ivanteevka

Moscow region

roshchinva@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8039-4331НазаровА. Н.NazarovA. N.

Александр Николаевич Назаров, к. т. н., доцент

каф. «Подъемно-транспортные системы»

105005; 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1

Москва

Alexander N. Nazarov, Cand. Tech. Sc., Associate Professor

department "Lifting and transport systems"

105005; 2nd Baumanskaya str. 1; Moscow

alexnazavr@yandex.ruООО «Инженерно-технический центр «КРОС»РоссияEngineer ITC "KROS" LLCRussian FederationМГТУ им. Н.Э. БауманаРоссияBauman Moscow State Technical UniversityRussian Federation202511102025031 - 10Copyright © Рощин В.А., Назаров А.Н., 20252025Рощин В.А., Назаров А.Н.Roshchin V.A., Nazarov A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.maplants-journal.ru/jour/article/view/161

   В статье представлено усовершенствование конструкции тензометрической оси для ограничителей грузоподъемности. Анализируется серийный датчик с расположением тензорезисторов на цилиндрической поверхности сквозного отверстия, что вызывает их предварительную деформацию и снижает чувствительность. Предложена новая конструкция с размещением тензорезисторов на плоской стенке между двумя глухими отверстиями. Методом конечных элементов в программном комплексе ANSYS проведен расчет напряженно-деформированного состояния, подтвердивший возможность значительного увеличения рабочих напряжений и, как следствие, чувствительности датчика за счет изменения толщины плоской стенки без ущерба для общей прочности оси. Изготовлен опытный образец, проведены натурные испытания. Результаты эксперимента показали, что новая конструкция обеспечивает чувствительность в 4,3 раза выше, чем у серийного образца. Это позволяет значительно повысить точность измерений и безопасность эксплуатации грузоподъемных машин.

   The article presents an improvement in the design of a strain gauge axle for load limiters. It analyzes a serial sensor with strain gauges mounted on the cylindrical surface of a through hole, which causes their pre-deformation and reduces sensitivity. A new design is proposed, with strain gauges placed on a flat wall between two blind holes. A finite element analysis in the ANSYS software package calculated the stress-strain state, confirming the possibility of a significant increase in working stresses and, consequently, the sensor's sensitivity by changing the thickness of the flat wall without compromising the overall strength of the axle. A prototype was manufactured and field tests were conducted. The experimental results showed that the new design provides a sensitivity 4.3 times higher than that of the serial sample. This allows for a significant increase in measurement accuracy and the safety of crane operation.

тензометрическая осьограничитель грузоподъемноститензорезисторчувствительностьповторяемостьнапряженно-деформированное состояниеметод конечных элементовstrain gauge axleload limitersensitivityrepeatabilitystress-strain statefinite element methodReferencesИванов С.Д., Бром А.Е., Шакаров К.К. Использование регистраторов параметров при эксплуатации мостовых кранов // Механизация строительства. 2016. – № 6. – С. 15-21.Ivanov S.D., Brom A.E., Shakarov K.K. Use of parameter recorders during the operation of overhead cranes Mechanization of Construction. 2016, no. 6, pp. 15-21.Иванов С.Д., Иванова Н.Ю. Технико-экономические показатели эффективности подъемно-транспортных работ // Механизация строительства. 2016. – № 6. – С. 15-21.Ivanov S.D., Ivanova N.Yu. Technical and economic performance indicators of handling operations Mechanization of Construction. 2016, no. 6, pp. 15-21.Иванов С.Д., Михальчик Н.Л. Создание и экспериментальное обоснования алгоритма работы весоизмерительной системы на базе регистратора параметров // Подъемно-транспортное дело. 2019. – № 3-4. – С. 27-30.Ivanov S.D., Mikhalchik N.L. Development and experimental substantiation of the operating algorithm for a weighing system based on a parameter recorder Hoisting and Transport Engineering. 2019, no. 3-4, pp. 27-30.Akpan V. A. An experimental configuration of strain gauges for weighing systems design. International Journal of Pure and Applied Science, 2008, *1*(2).Akpan, V. A. An experimental configuration of strain gauges for weighing systems design. International Journal of Pure and Applied Science, 2008, *1*(2).Глазков С.А., Горбушин А.Р., Козик А.Е., Крапивина Е.А., Семенов А.В., Якушев В.А. Методы определения массы грузов в движении с использованием однокомпонентного тензометрического динамометра. Izmeritelʹnaya Tekhnika. 2025;74(3):49-58. doi: 10.32446/0368-1025it.2025-3-49-58Glazkov S.A., Gorbushin A.R., Kozik A.E., Krapivina E.A., Semenov A.V., Yakyshev V.A. Methods for determining the mass of objects in motion using a one-component strain-gauge dynamometer. Izmeritel`naya Tekhnika. 2025;74(3):49-58. (In Russ.) doi: 10.32446/0368-1025it.2025-3-49-58Объективная информация о работе подъемно-транспортных машин как основа повышения качества информационных систем грузообрабатывающих предприятий / Н. Ю. Иванова, С. Д. Иванов, С. А. Надеженков, А. Н. Назаров // Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация. – 2023. – № 2. – С. 81-96. – EDN MRGIFW.Ivanova, N. Yu., Ivanov, S. D., Nadezhenkov, S. A., Nazarov, A. N. Objective Information on the Operation of Hoisting-and-Transport Machines as a Basis for Improving the Quality of Information Systems at Cargo-Handling Enterprises. // Machines andPlants:Design and Exploiting. 2023. № 2. pp. 81 – 96.Назаров А. Н. Алгоритмическая обработка объективной информации о характере работы кранов мостового типа / А. Н. Назаров, С. Д. Иванов // Энерго-ресурсосберегающие технологии и оборудование в машиностроительной, дорожной и строительной отраслях - 2023 : Материалы Международной научно-практической конференции, Белгород, 21–23 сентября 2023 года. – Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 2023. – С. 178-184. – EDN: WGOGHA.Nazarov, A. N., & Ivanov, S. D. (2023). Algorithmic processing of objective information on the nature of overhead cranes operation Energy and resource-saving technologies and equipment in mechanical engineering, road and construction industries 2023 : Proceedings of the International scientific-practical conference, Belgorod, September 21–23, 2023 (pp. 178-184). Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. EDN: WGOGHA.Михалев А. В. Применение алгоритма скользящего среднего для задачи определения массы груза / А. В. Михалев, А. Н. Назаров // Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация. – 2023. – № 2. – С. 44-57. – EDN: XLXJRI.Mikhalev A.V., Nazarov A.N. Applying the moving average algorithm for the weight calculation task. Machines and Plants: Design and Exploiting. 2023;(2):44 - 57. (In Russ.)Ivanov S. D. Selection of a rational algorithm for data processing of the weight measuring system of a hoisting crane / S. D. Ivanov, A. N. Nazarov, N. L. Mikhalchik // Journal of Physics: Conference Series, Belgorod, 09–10 марта 2021 года. Vol. 1926. – Belgorod: IOP Publishing Ltd, 2021. – P. 012047. – DOI: 10.1088/1742-6596/1926/1/012047. – EDN: JIUUGG.Ivanov, S. D. Selection of a rational algorithm for data processing of the weight measuring system of a hoisting crane / S. D. Ivanov, A. N. Nazarov, N. L. Mikhalchik // Journal of Physics: Conference Series, Belgorod, 09–10<sup>th</sup> March 2021. Vol. 1926. – Belgorod: IOP Publishing Ltd, 2021. – P. 012047. – DOI: 10.1088/1742-6596/1926/1/012047. – EDN: JIUUGG.Пушкарев Михаил. Нормализация сигналов мостовых чувствительных элементов // Компоненты и Технологии. 2005. № 46. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/normalizatsiya-signalov-mostovyh-chuvstvitelnyh-elementov (дата обращения: 05. 09. 2025).Pushkarev, M. Normalization of signals from bridge sensing elements [Normalizatsiya signalov mostovykh chuvstvitelnykh elementov]. Komponenty i Tekhnologii [Components and Technologies], 2005, no. 46. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/normalizatsiya-signalov-mostovyh-chuvstvitelnyh-elementov (accessed: 05. 09. 2025).Борыняк Леонид, Непочатов Юрий. Разработка конструкции и технологии изготовления тензодатчика с повышенной чувствительностью и точностью измерений для электронных весов // Компоненты и Технологии. 2006. № 63. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/razrabotka-konstruktsii-i-tehnologii-izgotovleniya-tenzodatchika-s-povyshennoy-chuvstvitelnostyu-i-tochnostyu-izmereniy-dlya (дата обращения: 13. 06. 2023).Borynyak, L., Nepochatov, Yu. Development of the design and manufacturing technology of a strain gauge with increased sensitivity and measurement accuracy for electronic scales [Razrabotka konstruktsii i tekhnologii izgotovleniya tenzodatchika s povyshennoy chuvstvitelnostyu i tochnostyu izmereniy dlya elektronnykh vesov]. Komponenty i Tekhnologii [Components and Technologies], 2006, no. 63. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/razrabotka-konstruktsii-i-tehnologii-izgotovleniya-tenzodatchika-s-povyshennoy-chuvstvitelnostyu-i-tochnostyu-izmereniy-dlya (accessed: 13. 06. 2023).Сушников В. А. Оценка влияния колебаний температуры на точность измерений тензорезистивных и емкостных преобразователей // Наука и современность. 2011. № 8-2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/otsenka-vliyaniya-kolebaniy-temperatury-na-tochnost-izmereniy-tenzorezistivnyh-i-emkostnyh-preobrazovateley (дата обращения: 13. 06. 2023).Sushnikov, V.A. Evaluation of the influence of temperature fluctuations on the measurement accuracy of strain-resistive and capacitive transducers [Otsenka vliyaniya kolebaniy temperatury na tochnost izmereniy tenzorezistivnykh i emkostnykh preobrazovateley]. Nauka i sovremennost [Science and Modernity], 2011, no. 8-2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/otsenka-vliyaniya-kolebaniy-temperatury-na-tochnost-izmereniy-tenzorezistivnyh-i-emkostnyh-preobrazovateley (accessed: 13. 06. 2023).Егоров Г.Р. Влияние погрешности позиционирования тензорезистора на чувствительность датчика нагрузки в канате. Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация. 2025;(2):15-30.Egorov G. The effect of the strain gauge placement error on the sensitivity of the cable force sensor. Machines and Plants: Design and Exploiting. 2025;(2):15-30. (In Russ.)Назаров А.Н., Иванов С.Д. Использование алгоритма весоизмерения на основе фильтра скользящего среднего в регистраторе параметров работы мостового крана. Научный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ". 2023;20(4):418-431. doi: 10.26518/2071-7296-2023-20-4-418-431. EDN: CBIJMPNazarov A.N., Ivanov S.D. Use of weight measurement algorithm on the basis of moving average filter in the recorder of overhead crane operation parameters. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2023;20(4):418-431. (In Russ.) doi: 10.26518/2071-7296-2023-20-4-418-431. EDN: CBIJMPИванов С.Д. Развитие направления «промышленная безопасность подъемных сооружений» на кафедре РК4 «Подъемно-транспортные системы». Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация. 2024;(4):11-24.Ivanov S.D. Development of the direction "Industrial safety of lifting structures" at the Department of RC4 "Lifting and transport systems". Machines and Plants: Design and Exploiting. 2024;(4):11-24. (In Russ.)Mikhalev A. V. Development of the load pin for the crane scales / A. V. Mikhalev // European Journal of Technical and Natural Sciences. – 2022. – No. 6. – P. 62-68. – DOI: 10.29013/EJTNS-22-6-62-68. – EDN: WPUFWR.Mikhalev, A. V. Development of the load pin for the crane scales / A. V. Mikhalev // European Journal of Technical and Natural Sciences. – 2022. – No. 6. – P. 62-68. – DOI: 10.29013/EJTNS-22-6-62-68. – EDN: WPUFWR.Агейчева М. М. Оценка остаточного ресурса козлового крана на основе качественной подготовки исходных данных о его фактических условиях работы / М. М. Агейчева // Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые, мелиоративные машины и робототехнические комплексы (Молодой инженер) : Материалы XXVIII Московской Международной межвузовской научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых, Москва, 24–26 апреля 2024 года. – Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2024. – С. 11-14. – EDN: FDJFOU.Ageicheva, M.M. (2024). Residual life assessment of a gantry crane based on high-quality preparation of initial data on its actual operating conditions [Otsenka ostatochnogo resursa kozlovogo krana na osnove kachestvennoy podgotovki iskhodnykh dannykh o ego fakticheskikh usloviyakh raboty]. Hoisting-transport, construction, road, track, reclamation machines and robotic complexes (Young engineer): Proceedings of the XXVIII Moscow International Interuniversity Scientific and Technical Conference of Students, Postgraduates and Young Scientists, Moscow, April 24-26, 2024* (pp. 11-14). Moscow: Publishing House of Bauman Moscow State Technical University. EDN: FDJFOU.Михальчик Н. Л. Построение весоизмерительной системы путем расширения функционала электронного регистратора параметров работы мостового крана / Н. Л. Михальчик, С. Д. Иванов // Инновационное развитие техники и технологий наземного транспорта, Екатеринбург, 06 декабря 2019 года / Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина. – Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2020. – С. 169-171. – EDN: HAFJBZ.Mikhalchik, N.L. & Ivanov, S.D. (2020). Building a weighing system by expanding the functionality of an electronic parameter recorder for overhead crane operation [Postroenie vesoizmeritelnoi sistemy putem rasshireniya funktsionala elektronnogo registratora parametrov raboty mostovogo krana]. In Innovative development of ground transport equipment and technologies : Proceedings of the conference, Yekaterinburg, December 6, 2019 (pp. 169-171). Yekaterinburg: Ural University Press. EDN: HAFJBZ.Иванов С. Д. Формирование информационной базы для уточнения расчета остаточного ресурса и улучшения методики планирования ремонтов подъемно-транспортного оборудования с использованием приборов безопасности - регистраторов параметров (на примере кранов) / С. Д. Иванов, Н. Ю. Иванова // Цифровая экономика: технологии, управление, человеческий капитал : Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Сборник докладов в области экономики и менеджмента, а также производственных технологий, информационных технологий и технологического менеджмента, Москва, 28 мая 2019 года. – Москва: Московский государственный технологический университет "СТАНКИН", 2019. – С. 236-241. – EDN: OAZGZT.Ivanov, S.D. & Ivanova, N.Yu. Formation of an information base for clarifying the calculation of the residual life and improving the methodology for planning repairs of hoisting-and-transport equipment using safety devices - parameter recorders (on the example of cranes) Digital economy: technologies, management, human capital : Proceedings of the All-Russian Scientific and Practical Conference. Collection of reports in the field of economics and management, as well as production technologies, information technologies and technological management, Moscow, May 28, 2019* (pp. 236-241). Moscow: Moscow State Technological University "STANKIN". EDN: OAZGZT.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.