Устройство для определения усилий, действующих на рабочий орган сельскохозяйственных машин со стороны почвы, преимущественно в почвенном канале
DEVICE FOR DETERMINING FORCES ACTING ON THE WORKING MEMBER OF AGRICULTURAL MACHINES FROM THE SOIL, MAINLY IN SOIL CHANNEL

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 силоизмерительном элементе расположены тензодатчики сопротивления, а сам силоизмерительный элемент охватывает стойку рабочего органа (а.с. СССР №974163, G01L5/16, 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.
Известна также 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.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является устройство для измерения усилий, действующих на рабочий орган со стороны почвы, включающее почвенный канал с подвижным рабочим органом, установленным на тележке с рамой, и измерительные звенья, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной прямоугольной рамкой, а измерительные звенья выполнены в виде тензометрических балок, одни концы которых посредством промежуточных звеньев шарнирно прикреплены к дополнительной прямоугольной рамке, а вторые концы которых жестко закреплены на раме тележки, при этом тензобалки установлены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, параллельных вертикальному, горизонтальному и боковому измеряемым усилиям, а продольные плоскости поперечного сечения тензобалок параллельны плоскостям, в которых лежат определяемые силы, (патент RU 2717383).
Недостатком известного устройства является необходимость определение искомых усилий, действующих на рабочий орган, расчетным путем из системы уравнений, строимых для совокупности показаний измерительных звеньев, а также сложность конструкции, что влияет на погрешность измерения.
Задача, решаемая изобретением - повышение точности измерения усилий навесных сельскохозяйственных машин и орудий в горизонтальном и вертикальном направлениях.
Технический результат - упрощение конструкции и повышение точности при измерении усилий, действующих на рабочий орган сельскохозяйственной машины в горизонтальном и вертикальном направлениях,
Указанный технический результат достигается устройством для определения усилий, действующих на рабочий орган со стороны почвы, преимущественно в почвенном канале, включающем рабочий орган, установленный на подвижной приводной тележке с промежуточной рамой, и измерительные звенья, в котором, согласно изобретению, промежуточная рама выполнена треугольной с жестко связанными вертикальной и горизонтальной балками, на каждой из которых размещены по крайней мере два линейных подшипника, подвижные стержни которых расположены вертикально и жестко соединены с вертикальной стойкой тележки, а их наружные обоймы - с вертикальной балкой рамы, рабочий орган жестко закреплен на подвижном стержне горизонтальной пары линейных подшипников, наружные обоймы горизонтально расположенных линейных подшипников жестко закреплены на горизонтальной балке рамы, при этом измерительные звенья шарнирно закреплены между упомянутыми обоймами и подвижными стержнями линейных подшипников параллельно осям подвижных стержней.
Кроме того, измерительные звенья выполнены в виде снабженных тензорезисторами тонкостенных металлических колец прямоугольного сечения с диаметрально расположенными присоединительными элементами, выполненными в виде сферических шарниров.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображено устройство для определения усилий, вид слева; на фиг. 2 - вид спереди на устройство.
Устройство для измерения усилий, действующих на рабочий орган со стороны почвы, содержит раму 1 с закрепленными на ней вертикальной и горизонтальной балками, жестко связанными между собой и несущими корпуса линейных подшипников 2, 3 с подвижными стержнями 4, 5. Стойка 9 тележки почвенного канала соединена с подвижными стержнями 4 вертикальных линейных подшипников 2. Рабочий орган 8 жестко закреплен на подвижных стержнях 5 линейных подшипников 3, расположенных горизонтально параллельно продольной оси сельскохозяйственной машины.
Измерительные звенья 6, 7, замыкающие горизонтальный и вертикальный силовые потоки, выполнены в виде снабженных тензорезисторами тонкостенных металлических колец прямоугольного сечения с диаметрально расположенными присоединительными элементами, выполненными в виде сферических шарниров). Конструктивные параметры тонкостенных измерительных колец датчиков усилий выбраны из соотношения
где ε - деформация тензометров при наибольшей измеряемой нагрузке, м;
Р - измеряемое усилие, Н;
Е -модуль упругости материала кольца, Па;
b - ширина сечения кольца, м;
h - высота сечения кольца, м;
R - средний радиус тонкостенного кольца, м.
При работе устройства подвижная приводная тележка со стойкой 9 перемещается относительно почвенного канала (на чертеже не показан). Продольные горизонтальные усилия, действующие на предварительно заглубленный в почву рабочий орган 8 (фиг. 1), передаются от него на стержни 5 и, соответственно, на горизонтальные измерительные звенья 7. Последние воспринимают только продольные горизонтальные усилия, действующие на рабочий орган 8.
Вертикальные составляющие усилий, действующих на рабочий орган 8, передаются через корпуса линейных подшипников 3 и рамку 1 на нижние сферические шарниры вертикальных измерительных звеньев 6, верхние сферические шарниры которых соединены со стержнями 4, жестко связанными со стойками 9. Следовательно, измерительные звенья 6 воспринимают только вертикальные составляющие усилий, действующих на рабочий орган 8. Остальные составляющие усилий, действующих на рабочий орган 8, а также возникающие крутящие моменты, передаются через линейные подшипники 2, 3 на стойку 9 подвижной тележки и не воздействуют на измерительные элементы.
За счет введения треугольной рамки с системой линейных подшипников, обеспечивающих возможность смещения рабочего органа в двух взаимно-перпендикулярных направлениях относительно подвижной приводной тележки почвенного канала, по направлению которых расположены силоизмерительные элементы, достигается заявленный технический результат. 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 необходимости пересчета показаний силоизмерительных элементов.