Тензометрическая навеска для измерения сопротивления грунтов копанию
STRAIN GAUGING FOR SOIL DIGGING RESISTANCE MEASUREMENT

Настоящее изобретение относится к технике измерения сопротивлений грунтов копанию и может быть использовано для определения сил, действующих на рабочий орган землеройной машины в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и определение точки приложения вектора результирующей силы во фронтальном и вертикальном направлении.
Из существующего уровня техники известна установка для объемного тензометрирования (RU 2498245, опубл. 10.11.2013), который снабжен двумя рамками, кронштейнами для крепления к навесной системе, механизмом для крепления рабочего органа, шести тяг с установленными на них измерительными звеньями. Рамки соединены при помощи трех параллельных тяг и трех тяг-раскосов, концы которых закреплены посредством шаровых шарниров. Недостатками данного устройства являются большие размеры держателя рабочего органа и пространственной системы тензометрических тяг и то что невозможно определить точку приложения вектора результирующей силы.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является стенд для измерения сопротивления грунтов и снежно-ледяных образований резанию (RU 2461809, опубл. 20.09.2012), который снабжен основанием, на котором установлен жестко держатель с режущим органом, шарнирно связанным с рамой с установленными на ней кронштейнами, горизонтальными тягами и с установленными на них тензодатчиками, регистрирующими составляющие усилия резания. Недостатками данного технического решения являются сложность изготовления и то, что невозможно определить точку приложения вектора результирующей силы.
Техническим результатом заявленного изобретения является возможность определения трех составляющих результирующей силы сопротивления копанию и определение точки приложения вектора результирующей силы во фронтальном и вертикальном направлении.
Заявленный технический результат достигается тем, что тензометрическая навеска, включающая тяги для передачи горизонтальных, вертикальных и боковых усилий, направляющие профили, тензозвенья для регистрации усилий, при этом четыре тяги для передачи горизонтальных усилий копания одним концом соединяются с рабочим органом через проушины, а другим концом соединяются с тензозвеньями для регистрации горизонтальных усилий, в свою очередь тензозвенья для регистрации горизонтальных усилий соединятся с двумя вертикальными тягами, две тяги для передачи вертикальных усилий копания на концах содержат горизонтальные тяги с направляющими профилями для регистрации горизонтальных усилий, направляющие профили вертикальных тяг устанавливаются с вертикальными тягами соосно и между верхними и нижними горизонтальными тягами, для измерения вертикальных усилий копания тензозвенья соединяются одним концом к вертикальным тягам, а другим концом к вертикальным направляющим профилям, для регистрации бокового усилия сопротивления копания два вертикальных направляющих профиля соединяются с боковой тягой, которая содержит боковой направляющий профиль, а тензозвено для регистрации бокового усилия копания соединяется одним концом к боковой тяге, а другим концом к боковому направляющему профилю, для крепления тензометрической навески к раме машины на боковом профиле есть отверстия, а на боковой тяги прорези. Направляющие профили ограничивают степени свободы тяг, допуская только поступательное движение, за счет установки тяг в направляющие профили, а тензозвенья крепятся к тягам и направляющим профилям через проушины.
На фиг. 1 показана тензометрическая навеска; на фиг. 2 - тензометрическая навеска, разрез Б-Б; на фиг. 3 - тензометрическая навеска, разрез А-А; на фиг. 4 - схема сил, действующих на рабочий орган в горизонтальном (фронтальном) направлении; на фиг. 5 - схема сил, действующих на рабочий орган в вертикальном направлении; на фиг. 6 - схема сил, действующих на рабочий орган в боковом направлении.
Тензометрическая навеска состоит из направляющего профиля 1 с отверстиями 2 для крепления к раме машине, боковой тяги 3 с прорезями 4 и проушиной 5, боковую тягу 3 устанавливают на направляющий профиль 1, затем проушину 6 жестко соединяют с направляющим профилем 1, проушины 5 и 6 соединяют тензозвеном 7, направляющих профилей 8, которые жестко соединяют с боковой тягой 3, вертикальных тяг 9, которые устанавливают на направляющие профили 8 с проушинами 10, затем к вертикальным тягам 9 жестко соединяют проушины 11, проушины 10 и 11 соединяют тензозвеньями 12, направляющих профилей 13, которые проходят сквозь вертикальные тяги 9 и жестко с ними соединяются, горизонтальных тяг 14 с проушинами 15, проушины 16 жестко соединяют с вертикальными тягами 9 и горизонтальные тяги 14 устанавливают на направляющие профили 13 со стороны боковой тяги 3, тензозвенья 17 соединяют проушины 15 с проушинами 16, горизонтальные тяги 14 соединяют с проушинами 18 рабочего органа 19.
Перед работой тензометрическую навеску через отверстия 2 соединяют с рамой машины, затем рабочий орган 19 через проушины 18 соединяют с тензометрической навеской.
Тензометрическая навеска работает следующим образом. До начала опыта измеряются все усилия, которые возникают в тензозвеньях от веса тензометрической навески и рабочего органа (нулевые значения). Рабочий орган выставляют на необходимую глубину с нужными углами установки. Проводят опыт. Из показаний тензозвеньев отнимают нулевые значения и подставляются в уравнения, которые были выведены из формул равновесия сил и моментов, для определения составляющих результирующей силы сопротивления копанию R и координат их приложения к рабочему органу.
i
i
Величина и направление реакции тензозвеньев на составляющие результирующей силы сопротивления копанию R нам известны из опыта. Считаем, что, если тензозвено i растягивается, то величина F и реакция тяги i положительная, если же тензозвено i сжимается, то тогда величина F и реакция тяги i отрицательная. Соответствующие значения со знаком подставляем в уравнения.
Составляющая результирующей силы R и ее точка приложения на рабочий орган во фронтальном направлении (фиг. 4):
Ф
1
2
3
4
R=F+F+F+F
Составляющая результирующей силы R и ее точка приложения на рабочий орган в вертикальном направлении (фиг. 5):
B
5
6
R=F+F
Составляющей результирующей силы R, действующая в боковом направлении (фиг. 6):
Б
7
R=F
Таким образом, заявленное изобретение позволяет определять три составляющих результирующей силы сопротивления копанию и определять точки приложения вектора результирующей силы во фронтальном и вертикальном направлении.