Тензометрическая головка для регистрации сопротивлений уплотненного снега резанию

Р. Б. Желукевич, А. В. Лысянников, Ю. Ф. Кайзер,

Ю. Н. Безбородов, Н. Н. Малышева, И. В. Надейкин

ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКАЯ ГОЛОВКА ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ СОПРОТИВЛЕНИЙ

УПЛОТНЕННОГО СНЕГА РЕЗАНИЮ

Ключевые слова: измерительное устройство, сопротивления резанию, модель отвала.

Представлена конструкция измерительного устройства позволяющая, используя тензометрические датчики воспринимать составляющие усилия резания, возникающие при разработке массива рабочими органами дорожных машин, исключая их взаимное влияние друг на друга и реализовывать цифровую запись составляющих.

Key words: measuring device, cutting resistance, the model blade.

The design of the measuring device which allows, using strain-gauge sensors to perceive the components of the cutting forces that arise when destruction an array of working bodies of road vehicles, except for their mutual influence on each other and implement digital recording components.

Введение

Основной задачей зимнего содержания дорог является проведение комплекса мероприятий по обеспечению бесперебойного и безопасного дорожного движения в зимних условиях. Зимнее содержание автомобильных дорог включает работы, связанные с защитой дорог от снежных заносов, уборкой снега с проезжей части, обочин, площадок отдыха и остановок маршрутного транспорта, а также работы по предупреждению и ликвидации зимней скользкости. На состояние проезжей части автомобильных дорог (скользкость, ровность, колейность, снежный накат и т.п.) наибольшее влияние погодноклиматических явлений (температура, давление, влажность воздуха, осадки и т. п.) ощущается в зимний период года. В этих условиях ухудшается безопасность дорожного движения, снижается скорость автомобильного транспорта, что приводит к резкому уменьшению пропускной способности автомобильных дорог и увеличению себестоимости перевозок. Повышение эффективности содержания автомобильных дорог в зимний период возможно при своевременном и качественном проведении дорожных работ, осуществляемых дорожно-

эксплуатационными предприятиями.

Качество зимнего содержания покрытий автомобильных дорог определяется не только своевременностью проведения снегоуборочных работ, но и эффективностью использования снегоуборочной техники, материальных, трудовых и денежных ресурсов, направляемых на их выполнение.

Для снегоочистки дорожных покрытий наиболее широко применяют снегоуборочные машины оснащенные отвалами, как наиболее универсальные, простые в применении и техническом обслуживании. Для эффективного использования снегоуборочных машин необходимо знать оптимальные параметры установки отвалов, обеспечивающие резание уплотненного снега с наименьшими усилиями.

В последние годы, особый интерес представляют вопросы совершенствования рабочего оборудования, выбора рациональных параметров установки отвальных рабочих органов, обеспечивающих минимальную удельную энергоемкость процесса

разрушения уплотненного снега.

Литературный анализ показал, что имеющихся данных недостаточно для определения оптимальных параметров установки отвала снегоуборочной машины, необходимы дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования для установления закономерностей формирования усилий резания уплотненного снега на отвале в зависимости от угла установки, угла резания и глубины резания и физико-механических свойств разрушаемого массива. Определение оптимальных параметров установки отвала на реальных снегоуборочных машинах технически сложно и экономически затратно.

Цель работы

Для исследования процесса резания уплотненного снега было разработано измерительное устройство позволяющее проводить экспериментальные исследования по разрушению массива уплотненного снега с использованием моделей рабочих органов дорожных машин, устанавливать закономерности формирования горизонтальной, боковой и вертикальной составляющих усилия резания в зависимости от физико-механических свойств уплотненного снега, углов резания и установки отвала.

Описание конструкции

Схема тензометрической головки, установленной на направляющих специального лабораторного стенда, представлена на рис. 1. [1] Перед работой измерительное устройство, устанавливалось между ползунами 1 расположенными на направляющих 2 лабораторного стенда, в нижней части ползуны 1, соединялись между собой шпильками 3 и гайками 4 и 5.

Тензозвено содержит раму 2 шарнирно соединенную с П-образным упругим консольным элементом 22, на которой жестко установлены кронштейны 19 и 4, основание 11, шарнирно связанное с П-образным упругим консольным элементом 22. Тензозвено снабжено горизонтальными тягами с установленными на них проволочными тензодатчиками сопротивления ФКПА 20 - 200 согласно схемам, предложенным в работах [2], регистрирующими составляющие усилия резания. Тяга 17, регист-

Рис. 1 - Схематичное изображение тензометрической головки для измерения сопротивления снежных образований резанию: 1 - ползун; 2 - рама; 3 - втулки; 4, 10, 19, 24 - кронштейн; 5 - направляющие; 6, 12, 21 - болт; 7 - пластина; 9, 8, 25 - гайка; 11 - основание; 13 - держатель; 14 - модель отвала; 15 - тяга регистрирующая боковую составляющую; 16, 18, 23 - палец; 17 - тяга регистрирующая горизонтальную составляющую; 20 - тяга регистрирующая вертикальную составляющую; 22 - П-образный упругий консольный элемент

рирующая горизонтальную составляющую, шарнирно закреплена одним концом с помощью пальца 18 в кронштейнах 19 рамы 2, соединенной с помощью болтов 21 и гаек 25 с ползунами 1, а другим концом при помощи второго пальца 18, закреплена с основанием 11. Тяга 15, регистрирующая боковую составляющую усилия резания, установлена перпендикулярно продольной оси стенда, шарнирно закреплена одним концом с помощью пальца 16, в кронштейне 24, закрепленном на поверхности ползуна 1 с помощью болтов 21 и гаек 25, а другим концом с помощью другого пальца 16, соединена основанием 11. Тяга 20 регистрирующая вертикальную составляющую усилия резания, установлена вдоль продольной оси стенда в кронштейнах 4 рамы 2. На тяге 20 установлены втулки 3, на шаровые головки тяги 20 установлен, с возможностью вращательного движения П-образный упругий консольный элемент 22 выполненный с взаимно перпендикулярными отверстиями, который с помощью пальца 23, установленного в нижней части П-образного упругого консольного элемента 22, шарнирно соединен с основанием 11, через установленные на нем проушины 10. На основании 11 с помощью болтов 12 жестко закреплен держатель 13 с моделью отвала 14. Фиксация тяги 20 в заданном положении осуществляется пластиной 7, закрепленной с помощью болтов 6 на кронштейне 4. Тарировка тяг производилась на специально изготовленной раме непосредственно на тензометрической головке при помощи динамометра растяжения ДПУ - 500, винтового приспособления и информационно-

измерительного комплекса. Полученные тарировоч-ные данные обрабатывались в программе «Microsoft Excel». На основании результатов обработки определены тарировочные коэффициенты для каждой составляющей усилия резания.

Конструкция тензометрической головки позволяет, используя тензометрические датчики воспринимать усилия каждой составляющей в отдельности, исключить их взаимное влияние друг на друга, реализовывать цифровую запись составляющих усилий резания при различных параметрах среза и физико-механических свойствах разрабатываемых материалов. Данная тензометрическая головка позволяет проводить лабораторные исследования по резанию уплотненных снежных образований и определить оптимальные параметры углов резания и установки рабочих органов отвального типа, позволяющие повысить производительность снегоуборочных машин и эффективность зимнего содержания дорожных покрытий.

Литература

1. Пат. №111149 Российская Федерация, МПК Е01Н 5/12 Рабочий орган для удаления снежно-ледяного наката с поверхности дорог и аэродромов / Р. Б. Желукевич, А. В. Лы-сянников, Ю.Ф. Кайзер, Ю. Н. Безбородов, Е. К. Фомичев; заявитель патентообладатель ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет». - № 2011124434/13; заявл. 16.06.2011; опубл. 10.12.2011, Бюл. № 34.

2. Зеленин А. Н. Лабораторный практикум по резанию грунтов: учебное пособие для студ. инж.- стр. и автомо-бильно - дорожн. Вузов / А. Н. Зеленин, Г. Н. Карасев, Л .В. Красильников. - М.: Высшая школа, 1969. - 310 с.

© Р. Б. Желукевич - канд. техн. наук, проф. каф. авиационных горюче-смазочных материалов Сибирского федер. ун-та; А. В. Лысянников - асп. той же кафедры, lysyannikov.alek@mail.ru; Ю. Ф. Кайзер - канд. техн. наук, доц., зав. каф. авиационных горюче-смазочных материалов Сибирского федер. ун-та; Ю. Н. Безбородов - д-р техн. наук, зав. каф. топливного обеспечения и горюче-смазочных материалов Сибирского федер. ун-та; Н. Н. Малышева - канд. техн. наук, доц. той же кафедры, Nataly.NM@mail.ru; И. В. Надейкин - канд. техн. наук, доц. той же кафедры, ivan_777_kray@mail.ru.