Устройство для определения усилий на рабочий орган сельскохозяйственных машин
DEVICE FOR DETERMINING FORCES ON WORKING MEMBER OF AGRICULTURAL MACHINES

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к конструкциям измерительных средств для изучения тягового сопротивления и нагруженности рабочих органов почвообрабатывающих орудий, преимущественно с использованием почвенных каналов.
Известно устройство для динамометрирования рабочих органов почвообрабатывающих орудий, содержащее силоизмерительный элемент, элементы крепления и рабочий орган со стойкой, в котором на силоизмеритель-ном элементе расположены тензодатчики сопротивления, а сам силоизмерительный элемент охватывает стойку рабочего органа (а.с. СССР №974163, G01L 5/16, опубл. 30.06.92).
Недостатком известного устройства является то, что его использование сложно в эксплуатации, поскольку требует применения специального тарировочного оборудования, обеспечивающего раздельную калибровку каждого из тензодатчиков сопротивления.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является установка для объемного тензометрирования (Патент 2566398 RU С1), которая имеет измерительные звенья, 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. 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 (Пат.RU 2566398, Установка для объемного тензометрирования, G01L 5/13 (2006.01), Опубл. 27.10.2015, Бюл. №30).
Недостаток известного устройства заключается в том, что измерительные звенья требуют подстройки под каждый конкретный рабочий орган. Поскольку измерения от боковых воздействий на рабочий орган осуществляются только односторонними усилиями, то они не препятствуют повороту рабочего органа. Поскольку размеры поперечного сечения стойки малые, то деформации и усилия на датчиках значительные, что негативно сказывается на точности замера.
Задача, решаемая изобретением - упрощение конструкции при измерении усилий на рабочий орган сельскохозяйственных машин в трех перпендикулярных направлениях.
Технический результат - повышение точности измерения усилий навесных сельскохозяйственных машин и орудий в трех направлениях.
Указанный технический результат достигается устройством для определения усилий, действующих на рабочий орган со стороны почвы, включающим почвенный канал с подвижным рабочим органом, установленным на тележке с рамой, и закрепленные на промежуточной прямоугольной рамке измерительные звенья, отличающееся тем, что измерительные звенья выполнены в виде колец прямоугольного сечения, снабженных диаметрально расположенными присоединительными элементами, перпендикулярно плоскости которых закреплены тензорезисторы, одни концы присоединительных элементов всех измерительных звеньев шарнирно закреплены на дополнительной рамке, а вторые - на раме, причем вторые концы вертикально расположенных измерительных звеньев прикреплены к раме посредством жестко закрепленных на ней арок, при этом геометрические размеры измерительных колец выбраны из соотношения
где ε -деформация тензометров при наибольшей измеряемой нагрузке; Р -измеряемое усилие, Н; Е -модуль упругости материала кольца, Па; b - ширина сечения кольца, м; h - высота сечения кольца, м; R - средний радиус кольца, м.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображено устройство для определения усилий, на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1, показывающее расположение тензорезисторов на кольцах.
Устройство для измерения усилий, действующих на рабочий орган сельскохозяйственных машин со стороны почвы, содержит раму 1, несущую сменный рабочий орган 7, например, например культиваторной стойкой, помещаемый в почвенном канале на подвижной тележке (на чертеже не показано). Рабочий орган 7 жестко закреплен на дополнительной прямоугольной рамке 2, которая присоединяется к раме 1 посредством измерительных звеньев 3, 4, 5. Устройство имеет не менее шести измерительных звеньев, расположенных, по крайней мере, три в одной плоскости, два в другой и одно в третьей. Звенья 3 измеряют усилия в продольном, относительно рамы 1(ось ох), направлении, звенья 4 - в поперечном (ось оу), а звенья 5 - в вертикальном (ось oz). По крайней мере одно измерительное звено 3, определяющее продольное усилие на рабочий орган 7, расположено параллельно продольной оси рамы 1 (фиг. 1). Звенья 4 (на чертеже изображены два звена), измеряющие поперечные усилия, расположены параллельно поперечной оси, а вертикально расположенные звенья 5 (на чертеже изображены четыре звена), измеряющие вертикальные усилия - параллельно вертикальной оси. Одни концы присоединительных элементов измерительных звеньев 3-5 шарнирно закреплены на рамке 2. Вторые концы расположенных горизонтально размещенных элементов 3 и 4 закреплены непосредственно на раме 1, а вертикально расположенных элементов 5 - закреплены на арках 6, выполненных на раме 1. Измерительные звенья 3-5 снабжены диаметрально расположенными присоединительными элементами, перпендикулярно плоскости которых закреплены тензорезисторы Рабочие части измерительных элементов 3-5 выполнены в виде колец прямоугольного сечения с тензорезисторами 8 и 9 (фиг. 2), закрепленными с наружной и внутренней сторон колец измерительных звеньев 3-5 (фиг. 1).
При работе устройства усилия, воздействующие на рабочий орган 7 (фиг. 1), передаются от него на рамку 2 и, соответственно, на кольца измерительных звенья 3, 4, 5. При этом при растягивающей нагрузке тензорезисторы 8, расположенные с внешней стороны колец (фиг. 2), растягиваются, а тензорезисторы 9, расположенные с внутренней стороны, сжимаются, что можно регистрировать измерительной электросхемой, например мостового типа. Для указанной системы измерительных звеньев 3-5 можно записать уравнения статики, из которых по усилиям, измеренным на звеньях 3-5, можно расчетным путем определить искомые усилия на рабочий орган 7 в горизонтальном (продольном и поперечном) и вертикальном направлениях.
За счет выполнения измерительных звеньев в виде колец прямоугольного сечения, снабженных диаметрально расположенными присоединительными элементами, одни концы которых шарнирно прикреплены к промежуточной рамке, а вторые концы шарнирно закреплены на раме тележки в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, обеспечивается достижение заявленного технического результата. При этом, каждый из измерительных элементов выполняет две функции - измерительную и конструктивно-соединительную. Кроме того, заявленное устройство обеспечивает повышение точности измерения усилий за счет устранения промежуточных элементов, и не требуется перенастройка устройства под конкретный рабочий орган.