УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ, В ЧАСТНОСТИ КОЧЕК, В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ

Полезная модель относится к технике измерений, конкретно к устройствам для исследования прочностных характеристик материалов, и может быть использована в сельском хозяйстве и мелиорации при научных и инженерных изысканиях.
Известен маятниковый копер для испытания образцов материалов при ударном нагружении (Патент RU №2051365, МПК G01N 3/34, 1991), содержащий станину, установленное на ней колесо, радиально закрепленный на колесе маятник, состоящий из жесткой штанги и упругой консольной пластины с грузом на конце, закрепленной на конце штанги, ударник, размещенный на штанге, вторую штангу, соединенную с колесом, и захват для образца, соединенный со второй штангой, которая снабжена направляющей для осевого перемещения второй штанги, при этом вторая штанга установлена по касательной к колесу с возможностью кинематического взаимодействия с ним, а захват для образца установлен на второй штанге с возможностью перемещения. Установка позволяет проводить испытания образцов материалов при создании не только сжимающей, но и совместно сжимающей и сдвигающей нагрузок в зоне удара.
Недостатком известного устройства является невозможность проведения испытаний в полевых условиях; проводят испытания образцов материалов, что снижает объем информации и ее достоверность.
Известен маятниковый копер для испытания образцов материалов повторными ударами (Патент RU №2373514, МПК G01N 3/34, 2008), содержащий станину, установленные на ней маятник с грузом, закрепленный на маятнике захват для образца, два упора, жестко закрепленные на станине и предназначенные для взаимодействия с установленным на образце ударопередающим элементом, привод вращения, кинематически связанную с ним платформу, ось вращения которой совпадает с осью качания маятника; управляемую сцепную муфту для соединения платформы с осью маятника; соосно оси маятника закреплен зубчатый сектор, а на маятнике установлено ответное сектору зубчатое колесо и фиксатор поворота колеса относительно маятника, при этом маятник установлен с возможностью вращения вокруг своей оси. При выключении муфты маятник поворачивается под действием груза до удара ударопередающего элемента об упор, в результате чего образец испытывает ударную изгибающую нагрузку. Для изменения направлений изгиба периодически включают фиксатор и нагружают образец ударной изгибающей нагрузкой с изгибом образца в противоположном направлении.
Недостатками устройства является использование образцов исследуемого материала, которые закрепляются в захватах, ударопередающего элемента вместо элемента рабочего органа, что не позволяет получать достоверные данные о механической прочности материала исследований с учетом его параметров (высоты, диаметра, формы) и определять значения свойств механической прочности с учетом естественных условий; неприспособленность устройства для его использования в полевых условиях.
Известно устройство для механических испытаний материалов на ударную нагрузку (Патент RU №2003966, МПК G01N 3/14, 1991), содержащее копер с маятником, ударяющий инструмент, средства удержания исследуемого образца, неподвижную наковальню и измерительный прибор для определения энергии удара по углу отклонения маятника. Устройство снабжено закрепленной на наковальне опорной плитой с центральным сквозным отверстием и верхней плитой, смонтированной на наковальне на пружинных опорах и выполненной со сквозным отверстием, соосным со сквозным отверстием опорной плиты, средства удержания исследуемого образца размещены на опорной плите, в маятнике выполнен прямоугольный сквозной паз для свободного перемещения его в наковальне, а ударяющий инструмент выполнен составным в виде пробойника, расположенного в сквозном отверстии верхней плиты, и двухступенчатого цилиндра, закрепленного на маятнике с возможностью последовательного взаимодействия одной ступени с пробойником, а другой - с верхней плитой. Исследуемый образец в форме пластины устанавливается на нижней плите, а в верхнюю плиту устанавливают пробойник и производят удар маятником копра по испытуемому образцу. При этом первая ступень цилиндра ударяет по пробивающему инструменту, который пробивает испытуемый образец и входит в отверстие нижней плиты, происходит удар второй ступени двухступенчатого цилиндра по плите, что приводит к сжатию пружин, осадка которых измеряется прибором. Измеренная величина характеризует избыточную энергию удара.
Недостатками устройства являются то, что испытание на образцах исследуемых материалов с использованием ударяющего инструмента в виде пробойника не может обеспечить достоверности и точности параметров механической прочности материала с учетом его параметров и определить значения свойств механической прочности при динамическом воздействии различных элементов рабочих органов; проведение испытания материалов только в лабораторных условиях без учета естественных условий в различные периоды года.
Наиболее близким техническим решением к заявленному является маятниковый копер (А.с. СССР №185526, МПК G011, Кл. 42k, 34/02, 1965, прототип), содержащий раму, на которой установлена ось с маятником, снабженным держателем для установки различных элементов рабочих органов для разрушения сельскохозяйственных материалов и выполненным с возможностью изменения силы удара по испытываемому образцу, и регистрирующее устройство.
Недостатком известного маятникового копра, как и описанных выше технических решений, является невысокая информативность и достоверность результатов исследований механической прочности сельскохозяйственных материалов, поскольку исследованию подвергают образец материала в лабораторных условиях, не исследуя непосредственно материал в различных его срезах и «точках», а оценку механической прочности сельскохозяйственных материалов проводят без учета естественных условий в различные периоды года.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении информативности и достоверности результатов исследования механической прочности сельскохозяйственных материалов.
Технический результат, полученный от решения поставленной задачи, заключается в возможности совершенствования конструкции рабочих органов сельскохозяйственных машин с учетом результатов исследования механической прочности сельскохозяйственных материалов и динамического характера воздействия на них рабочих органов.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для исследования механической прочности сельскохозяйственных материалов, в частности кочек, в полевых условиях, содержащем раму, на которой установлена ось с маятником, снабженным держателем для установки различных элементов рабочих органов для разрушения сельскохозяйственных материалов и выполненным с возможностью изменения силы удара по испытываемому образцу, и регистрирующее устройство, маятник жестко связан с осью и представляет собой телескопическую штангу с держателем на конце и с возможностью установки на ней груза, а ось установлена на раме горизонтально посредством двух опор с возможностью поворота в них и продольного перемещения, при этом маятник располагается между опорами, одна из которых выполнена съемной, кроме того, ось снабжена съемными втулками одинакового диаметра и различной длины с возможностью установки их на оси таким образом, что при изменении расстояния между маятником и каждой из опор втулки, плотно сопрягаясь одна с другой, укладываются на оси между маятником и каждой опорой без зазора, при этом один конец оси снабжен стрелкой с возможностью продольного ее перемещения по оси с последующей фиксацией, а лимб с градуированной шкалой регистрирующего устройства установлен на раме. Рама выполнена в виде соединенных между собой балками в верхней ее части двух одинаковых П-образных опор, которые фиксируются на поверхности почвы посредством винтовых штырей.
Конструкция заявленного устройства позволяет использовать его для исследования механической прочности сельскохозяйственных материалов, в частности кочек, в полевых условиях. Учитывая естественные условия в различные периоды года, удается получить достоверную оценку механической прочности материала. Обеспечить информативность, исследуя материал в различных его срезах, позволяет заявленная конструкция маятника и возможность установки его в заданной точке относительно исследуемого объекта.
Полезная модель иллюстрируется чертежами.
На фиг.1 изображено устройство для исследования механической прочности сельскохозяйственных материалов, в частности кочек, в полевых условиях, общий вид; на фиг.2 - то же, вид сбоку.
Устройство для исследования механической прочности сельскохозяйственных материалов, в частности кочек, в полевых условиях содержит раму 1, на которой установлена ось 2 с маятником 3, снабженным держателем 4 для установки различных элементов рабочих органов для разрушения сельскохозяйственных материалов, и регистрирующее устройство 5.
Рама 1 выполнена в виде соединенных между собой балками в верхней ее части двух одинаковых П-образных опор, которые установлены на пластинах 6 и фиксируются на поверхности почвы посредством винтовых штырей 7. Маятник 3 жестко связан с осью 2 и представляет собой телескопическую штангу. Телескопическая штанга выполнена из двух плотно входящих друг в друга профилей квадратного сечения. Для изменения длины и фиксации штанги, а также для установки на ней груза 8 профили имеют отверстия 9. Груз 8 служит для изменения веса маятника, а значит и скорости, или силы удара по испытываемому образцу. На внутреннем профиле штанги в нижней ее части установлен держатель 4, предназначенный для установки различных элементов рабочих органов для разрушения испытуемого сельскохозяйственного материала. Конструкция маятника 3 в виде телескопической штанги позволяет перемещать сменные элементы рабочих органов по высоте, чем обеспечивается послойное испытание материала, направленное на повышение информативности и достоверности результатов испытания сельскохозяйственных материалов, в частности кочек. Ось 2 с жестко соединенным с ней маятником 3 установлена на раме 1 горизонтально посредством двух опор 10 и 11 с возможностью поворота в них и продольного перемещения, при этом одна из опор 10 выполнена съемной для технологичности конструкции. Ось 2 снабжена съемными втулками 12 одинакового диаметра и различной длины с возможностью их установки на оси 2 таким образом, что при изменении расстояния между маятником 3 и каждой из опор 10 и 11 втулки 12, плотно сопрягаясь одна с другой, укладываются на оси 2 между маятником 3 и каждой из опор 10 и 11 без зазора. С помощью сменных втулок 12 можно изменить положение маятника 3 относительно испытуемого материала в продольно-вертикальной плоскости, а также избежать продольного смещения маятника 3 вместе с осью 2, зафиксировав его в нужном положении, что повысит не только информативность полученных результатов испытаний, но и их достоверность и точность. На одном из концов 13 оси 2 установлена с возможностью перемещения ее по оси 2 с последующей фиксацией стрелка 14. При этом лимб с градуированной шкалой 15 регистрирующего устройства 5 установлен на раме 1.
Устройство для исследования механической прочности сельскохозяйственных материалов, в частности кочек, в полевых условиях работает следующим образом.
Прежде, чем приступить к работе выбирают в полевых условиях исследуемый материал, например кочку. Устанавливают устройство над исследуемым материалом, заглубляют в почву винтовые штыри 7, выбирают плоскости (продольно-вертикальную и горизонтальную) исследования материала, при этом горизонтальную плоскость задают определенной длиной маятника 3 посредством телескопической штанги, а продольно-вертикальную - путем выбора расстояний между маятником 3 на оси 2 и опорами 10 и 11 посредством установки сменных втулок 12 на оси 2. В держателе 4 закрепляют элемент рабочего органа для разрушения материала, сила удара которого по испытываемому образцу (скорость резания материала) задается величиной груза 8. Регистрирующее устройство 5, тарировка которого осуществляется в лабораторных условиях с учетом различных элементов рабочих органов, настраивается с помощью фиксации стрелки 14 относительно лимба с градуированной шкалой 15. Далее приступают непосредственно к исследованиям сельскохозяйственного материала (кочки). Отводят маятник 3 вместе с осью 2 и стрелкой 14 на определенный угол от вертикали, фиксируют и отмечают его положение на лимбе с градуированной шкалой. Отпускают маятник 3, который под действием силы тяжести совершает свободное вращение, элемент рабочего органа при этом воздействует на испытываемый материал. Изменение положения элемента рабочего органа фиксирует стрелка 14 на лимбе с градуированной шкалой 15. Скорость удара изменяют, изменяя вес маятника 3 путем установки дополнительного груза 8 на штанге. Полученные данные углов отклонения маятника, веса маятника с элементами рабочих органов обрабатывают с помощью известных математических выражений и определяют скорость элементов рабочего органа при ударе, удельную работу, затрачиваемую на разрушение материала, энергетические показатели.
Заявленное устройство промышленно осуществимо. Изготовлен и испытан опытный образец. Проведены исследования механической прочности кочек в полевых условиях. Благодаря возможности проведения исследований их механической прочности с учетом естественных условий в различные периоды года и исследованию непосредственно материала кочки, а не его образца, причем в различных его срезах, получены достаточно высокие по информативности и достоверности данные исследований, например, по удельному сопротивлению резания в зависимости от скорости резания, которые необходимы для разработки новых и дальнейшего совершенствования имеющихся рабочих органов сельскохозяйственных машин.