Почвенный канал для лабораторных исследований рабочих органов сельскохозяйственных почвообрабатывающих машин
SOIL CHANNEL FOR LABORATORY RESEARCH OF WORKING ELEMENTS OF AGRICULTURAL TILLAGE MACHINES

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к конструкциям почвенных каналов для лабораторного исследования тягового сопротивления и нагруженности рабочих органов почвообрабатывающих орудий.
Известен стенд для моделирования процессов в почвогрунте (Патент RU 173771, U1, МПК G01N 33/24, А01G 25/16. Опубл. 11.09.2017), содержащий почвенный канал и измерительную систему. Недостатком стенда является невозможность лабораторных исследования рабочих органов сельскохозяйственных почвообрабатывающих машин в динамике.
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, опубл. 23.03.2020).
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 направлении при лабораторных исследованиях в почвенном канале.
Технический результат - упрощение конструкции и повышение точности при измерении усилий, действующих на рабочий орган сельскохозяйственной машины в горизонтальном направлении.
Указанный технический результат достигается почвенным каналом, содержащим подвижную каретку с рамой и тензобалкой, приводимую в движение тросовой системой с ведущей и ведомой ветвями, отличающимся тем, что он снабжен суммирующей планкой с тремя соосно расположенными шаровыми шарнирами, к внешним шарнирам прикреплены прямая и обратная ветви тросовой системы, а свободный конец тензобалки прикреплен к среднему шарниру суммирующей планки, при этом шарнир крепления тензобалки расположен на ее оси симметрии.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображен почвенный канал для лабораторных исследования рабочих органов сельскохозяйственных почвообрабатывающих машин, на фиг. 2 - сечение по оси ведущего каната на фиг. 1.
Почвенный канал 1 для лабораторных исследований рабочих органов сельскохозяйственных почвообрабатывающих машин (на чертеже не показаны), содержит подвижную каретку 5 с рамой 15, приводимую в движение тросовой системой 16 с направляющими роликами 4, ведущей 3 и ведомой 6 ветвями канатов, наматываемых на барабан 2. Почвенный канал 1 снабжен суммирующей планкой 8 (фиг. 2) с тремя соосно расположенными сферическими шаровыми шарнирами 10, 11 и 12. К внешним шарнирам 10 и 11 прикреплены ведущая 3 и ведомая 6 ветви тросовой системы.
На раме 15 каретки 5 жестко закреплена тензобалка 7 (фиг. 2) с наклеенными на нее тензометрическими датчиками 9, выполненных, например, в виде тензорезисторов. Свободный нижний конец тензобалки 7 прикреплен к среднему сферическому шарниру 12 суммирующей планки 8, при этом шарнир 12 крепления тензобалки 7 расположен на ее оси симметрии 13 для исключения влияния геометрии тензобалки 7 на измеряемое тензометрическими датчиками 9 равнодействующей суммарного усилия в тросовой системе привода каретки 5.
Центры всех шаровых шарниров 10, 11 и 12 суммирующей планки 8 расположены на одной горизонтальной прямой, совпадающей с линией действия усилий от ведущей 3 и ведомой 6 ветвей тросовой системы, а ось симметрии 13 тензобалки 7 расположена перпендикулярно упомянутой прямой (фиг. 2).
Геометрические размеры тензобалки 7 выбраны из соотношения, определяемого математической зависимостью (13):
ведущ
ведом
где Р и Р - усилия в ведущей 3 и ведомой 6 ветвях тросовой системы;
- расстояние между центрами шарового шарнира 12 и тензометрических датчиков 9, м;
в и h - размеры поперечного сечения тензобалки 7, м;
П
σ - предел пропорциональности материала тензобалки 7, Па.
При работе устройства подвижную каретку 5 с исследуемым рабочим органом посредством ветвей 3 и 6 тросовой системы, приводимых двигателем 14 и барабаном 2, перемещают горизонтально относительно почвенного канала 1 вдоль его направляющих рельсов. Ведомая ветвь 5 приводной тросовой системы 3 прикрепляется непосредственно к раме каретки 2 и служит для возврата каретки 5 в исходное положение.
Продольные горизонтальные усилия, действующие на погруженный в почвогрунт почвенного канала 1 рабочий орган, закрепляемый на каретке 5, передаются посредством тензобалки 7 и суммирующей планки 8 на ветви 3 и 6 тросовой системы 16. При этом, благодаря сферическим шарнирам 10-12, тензобалка 7 воспринимает только продольные горизонтальные усилия, действующие на рабочий орган, закрепленный на подвижной каретки 5 независимо от провисания ветвей 3 и 5 тросовой системы 16.
Деформации тензобалки с тензометрическими датчиками 9, подключаемыми к электроизмерительной системе (на чертеже не показана), например, по мостовой схеме, преобразуются в регистрируемые электрические сигналы. Вертикальные и поперечные составляющие линейных усилий, действующих на рабочий орган подвижной каретки 5, а также возникающие крутящие моменты, передаются на каретку 5 и не воздействуют на измерительные элементы 9 тензобалки 7.
Усилие перемещения самой каретки 5 определяют путем ее перемещения с поднятым относительно почвогрунта рабочим органом.
За счет введения суммирующей планки, замыкающей усилия от ветвей тросовой системы, приводящей подвижную тележку относительно почвенного канала, и шарнирно связанной посредством тензобалки с силоизмерительными элементами, достигается заявленный технический результат. При этом тензобалка выполняет как измерительную функцию, так и конструктивно-соединительную в силовой цепи привода подвижной каретки. При этом, заявленное устройство обеспечивает повышение точности измерения усилий за счет устранения погрешностей, обусловленных провисанием ветвей тросовой системы, а также необходимости пересчета показаний силоизмерительных элементов.