Установка для объемного тензометрирования

Установка для объемного тензометрирования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области сельскохозяйственного и лесохозяйственного машиностроения, в частности к конструкциям измерительных приборов, и может быть использовано для изучения силовых характеристик рабочих органов почвообрабатывающих орудий.

Известно устройство для динамометрирования рабочих органов почвообрабатывающих орудий (а.с. СССР №974163, кл. G01L 5/16, опубл. 30.06.92, бюл. №24), содержащее силоизмерительный элемент, элементы крепления и рабочий орган со стойкой, в котором на силоизмерительном элементе расположены тензодатчики сопротивления, а сам силоизмерительный элемент охватывает стойку рабочего органа. Однако практическое использование данного устройства сложно в эксплуатации и не обеспечивает получения достоверных результатов измерения. При использовании известного устройства требуется специальное тарировочное оборудование, обеспечивающее раздельную калибровку тензодатчиков сопротивления, при этом исключая их взаимное влияние. Таким образом, отсутствие в данном устройстве отдельных измерительных звеньев требует специального оборудования для выполнения сложных тарировочных работ и не обеспечивает достоверных результатов измерения.

Известна установка для объемного тензометрирования (заявка №2012118290/28, 03.05.2012, G01L, опубл. 10.11.2013), содержащая измерительные звенья устройства для крепления и рабочий орган со стойкой. В известном устройстве посредством параллельных тяг, тяг-раскосов и шаровых шарниров, по мнению авторов, достигается повышение качества испытания рабочих органов. Вместе с тем применение шаровых шарниров (подвижное соединение двух частей) для соединения тяг, тяг-раскосов и измерительных звеньев изначально допускает перемещение последних и изменения их положения при работе. В связи с этим изменение положений измерительных звеньев относительно начального их положения вносит ошибки в результате измерений и не обеспечивает получение достоверных данных. Более того, ошибки измерения переменны по величине и зависят от величины внешних нагрузок, когда шарниры в большей или меньшей степени поворачиваются и изменяют начальные координаты расположения измерительных звеньев. Кроме этого, на рабочий орган почвообрабатывающего орудия в общем случае со стороны почвы действует пространственная система сил, которая описывается шестью компонентами (проекциями на оси координат P_x, P_y, P_z, М_х, M_y, M_z), а не тремя, как производится в известном устройстве P_x, P_y, P_z, хотя название известного устройства предполагает объемное тензометрирование. Следствием этого недостатка известное устройство не может быть применено для испытания несимметричных рабочих органов, например корпусов плуга или безотвальных рыхлителей.

Предлагаемая установка для объемного тензометрирования избавлена от вышеотмеченных недостатков. Она имеет измерительные звенья, устройства (кронштейны) для крепления измерительных звеньев и рабочий орган со стойкой, при этом вертикально расположенное измерительное звено присоединено к верхней грани стойки с возможностью восприятия деформаций сжатия и растяжения. Все остальные измерительные звенья установлены в горизонтальных плоскостях с возможностью восприятия деформаций сжатия, причем все они точечно уперты с разных сторон в грани стойки и обеспечивают неподвижное положение измерительных звеньев и стойки с рабочим органом в процессе проведения измерений. Помимо этого предлагаемое устройство имеет, по меньшей мере, шесть измерительных звеньев по числу измеряемых переменных, которые расположены в направлении действия внешних нагрузок. В результате этого предлагаемое устройство обеспечивает регистрации и измерения всех компонент пространственных силовых характеристик, то есть полное объемное тензометрирование.

На рисунках показано на схемах предлагаемое устройство для объемного тензометрирования. На фиг. 1 - диметрическая система координат с направлениями компонент пространственных силовых характеристик, на фиг. 2 - схема устройства в плоскости XOZ, то есть боковая проекция, на фиг. 3 изображена горизонтальная проекция предлагаемого устройства, или вид сверху, на фиг. 4 - диметрическая проекция, и на фиг. 5, и фиг. 6 - варианты несимметричных рабочих органов почвообрабатывающих орудий.

Предлагаемая установка для объемного тензометрирования имеет измерительные звенья 1, 2, 3, 4, 5 и 6, кронштейны 7 для крепления на остове почвообрабатывающего орудия (орудие на рисунке условно не показано) всех измерительных звеньев 1, 2, 3, 4, 5, и 6. Имеется рабочий орган 8 со стойкой 9. Вертикально расположенное измерительное звено 6 присоединено к верхней грани стойки 9 рабочего органа 8. Измерительные звенья 1, 2, 3, 4, и 5 установлены в горизонтальных плоскостях и уперты с разных сторон в соответствующие грани стойки 9, обеспечивая неподвижное соединение всех элементов установки при измерениях.

Работа измерительной установки для объемного тензометрирования заключается в следующем. Измерительные звенья 1, 2, 3, 4, 5 предварительно тарируют (калибруют) на измерение усилий сжатия, а измерительное звено 6 на сжатие и растяжение. В процессе движения рабочего органа 8 со стороны обрабатываемой почвы на него действуют реактивные силы резания, которые через стойку 9 нагружают измерительные звенья 1, 2, 3, 4, 5 и 6. Расположение всех измерительных звеньев выбрано так, чтобы измерительные звенья 1, 2, 3, 4 и 5 воспринимали усилия сжатия, а измерительное звено 6 воспринимало усилие сжатия и растяжения. (В практике работы почвообрабатывающих орудий известно, что вертикальные силы могут быть заглубляющими и, наоборот, выталкивающими в зависимости от состояния почвы и геометрии рабочего органа. Вследствие этого измерительное звено 6 предусматривают для восприятия усилий сжатия и растяжения, то есть выталкивающие или заглубляющие силы.) После проведения практических измерений усилия, регистрируемые измерительными звеньями 1, 2, 3, 4, 5 и 6, используют для дальнейших расчетов. Как правило, измеренные усилия приводят к силовым эквивалентам, например определяют проекции главного вектора P_x, P_y, P_z и проекции главного момента М_х, M_y, M_z. Выбирают интересующие при исследованиях начало координат и используют уравнения статики где:

P_x=ΣP_ix=Р₁-P₂

P_y=ΣP_iy=P₃+P₄-P₅

P_z=ΣP_iz=Р₆

М_х=ΣM_ix=P₆h_x6-P₃h_x3-P₄h_x4+P₅h_x5

M_y=ΣM_iy=P₁h_y1-P₂h_y2+P₆h_y6

M_z=ΣM_iz=P₂h_z2-P₁h_z1+P₃h_z3+P₄h_z4-P₅h_z5

Таким образом, определяют все необходимые параметры объемного тензометрирования. В данных уравнениях приняты обозначения ΣP_ix, ΣP_iy, и ΣP_iz - суммы проекций на соответствующие оси координат ОХ, OY и OZ. ΣM_ix, ΣM_iy и ΣM_iz - суммы моментов вокруг соответствующих осей координат ОХ, OY и OZ. P₁, Р₂, Р₃, P₄, P₅ и Р₆ - усилия в соответствующих измерительных звеньях 1, 2, 3, 4, 5 и 6 (см. фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4). h_x6, h_x5, h_x4, h_y6, h_z5, h_z4, и т.д. - кратчайшие расстояния (плечо) от точек упора измерительных звеньев 1, 2, 3, 4, 5 и от точки соединения измерительного звена со стойкой 9 до соответствующих осей координат, например, h_x5 - расстояние от точки упора измерительного звена 5 до оси ОХ.

Предлагаемое изобретение имеет положительный эффект в части достоверности измерения при объемном динамометрировании рабочих органов почвообрабатывающих машин и орудий и обеспечивает создание более совершенной сельскохозяйственной и лесохозяйственной техники.

1. Установка для объемного тензометрирования, включающая измерительные звенья, устройства (кронштейны) для крепления измерительных звеньев и рабочий орган со стойкой, отличающаяся тем, что вертикально расположенное измерительное звено присоединено к верхней грани стойки с возможностью восприятия деформаций сжатия и растяжения, а все остальные измерительные звенья установлены в горизонтальных плоскостях с возможностью восприятия деформаций сжатия, причем все они точечно уперты с разных сторон в грани стойки, обеспечивая неподвижное положение последней в процессе проведения измерений.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена, по меньшей мере, шестью измерительными звеньями, расположенными в направлениях действия внешнего нагружения, обеспечивая тем самым возможность регистрации всех компонент пространственных силовых характеристик рабочего органа.