Устройство для измерения вертикального и горизонтального усилия на рабочий орган сельскохозяйственного орудия
DEVICE FOR MEASURING VERTICAL AND HORIZONTAL FORCE ON WORKING TOOL OF AGRICULTURAL TOOLS

Изобретение относится к области сельскохозяйственного и лесохозяйственного машиностроения, в частности к конструкциям измерительных приборов, и может быть использовано для изучения силовых характеристик рабочих органов почвообрабатывающих орудий.
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, G01L 5/16, опубл. 30.06.92).
Недостатком известного устройства является сложность эксплуатации и систематическая погрешность результатов измерения. Для использования устройства требуется специальное тарировочное оборудование, обеспечивающее раздельную калибровку тензодатчиков сопротивления, исключающее их взаимное влияние, а отсутствие в данном устройстве отдельных измерительных звеньев требует специального оборудования для выполнения сложных тарировочных работ и не обеспечивает достоверных результатов измерения.
Ближайшим аналогом, принятым за прототип, является установка для объемного тензометрирования, включающая две рамки, кронштейны крепления к навесной системе, механизм крепления рабочего органа, шесть тяг, на каждой из которых установлены измерительные звенья, в которой рамки соединены при помощи трех параллельных тяг и трех тяг-раскосов, концы которых закреплены посредством шаровых шарниров. Такая схема расположения тяг обеспечивает взаимную неподвижность рамок, а использование шаровых шарниров позволяет избежать передачи тягами крутящих и изгибающих моментов, и на измерительные звенья действуют лишь сжимающие и растягивающие силы, параллельные направлению тяг. Для обеспечения повышенной жесткости системы точки крепления параллельных тяг к рамкам (центры шаровых шарниров) расположены в вершинах равнобедренных треугольников, вписанных в боковые грани куба; одна тяга-раскос является диагональю основания куба, две другие - диагоналями передней и задней граней куба, причем в передней проекции куба они пересекаются; обе точки крепления тяги-раскоса, расположенной в основании куба, и нижние точки крепления тяг-раскосов передней и задней граней куба имеют общую горизонтальную ось крепления и максимально сближены с точками крепления параллельных тяг, расположенных в основании куба (патент 2498245 РФ, G01L 5/13. Установка для объемного тензометрирования. ка №2012118290/28, Заявл. 03.05.2012, опубл. 10.11.2013). Таким образом, из прототипа известна шарнирно-стержневая система, обеспечивающая соединение рамок между собой.
Недостатком известного устройства, обеспечивающего достоверность измерения при объемном динамометрировании рабочих органов почвообрабатывающих машин и орудий, является сложностью конструкции и погрешностью измерения при движении тракторного агрегата.
Задача, решаемая изобретением - раздельное измерение вертикальной и горизонтальной составляющих усилий на рабочий орган сельскохозяйственного орудия. Технический результат - упрощение конструкции и повышение точности измерения вертикального и горизонтального усилий на рабочий орган сельскохозяйственного орудия.
Указанный технический результат достигается устройством для измерения вертикального и горизонтального усилия на рабочий орган сельскохозяйственного орудия, содержащим раму сельскохозяйственного орудия и рабочий орган, между которыми установлена шарнирно-стержневая система, отличающимся тем, что, согласно изобретению, шарнирно-стержневая система выполнена в виде параллелограммного механизма, одно из горизонтальных звеньев которого связано с рабочим органом сельскохозяйственного орудия и выполнено с упором, воздействующим на свободный конец тензобалки, жестко вертикально закрепленной на другом горизонтальном звене, связанным с рамой, между горизонтальными звеньями шарнирно установлены два вертикальных звена прямоугольного сечения, на передней и задней гранях которых по оси симметрии наклеены тензорезисторы на одинаковом расстоянии от шарниров, при этом тензорезисторы вертикальных звеньев последовательно соединены в одно плечо измерительного моста.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображен общий вид устройства, на фиг. 2 - вид А на фиг. 1, на фиг. 3 - сечение по I-I на фиг. 2, на фиг. 4 - электрическая схема подключения тензорезисторов измерительного моста.
1
2
5
6
Устройство для замера вертикального и горизонтального усилия на рабочий орган сельскохозяйственного орудия содержит параллелограммный механизм, одно из горизонтальных звеньев которого жестко связано с рамой 1, другое горизонтальное звено связано с рабочим органом 2 сельскохозяйственного орудия. Между двумя горизонтальными звеньями посредством шарниров 9 и 10 установлены два вертикальных звена 3 и 4 параллелограммного механизма (фиг. 2). Вертикальныех звенья 3 и 4 выполнены прямоугольного поперечного сечения (фиг. 3). К верхнему горизонтальному звену 8 жестко прикреплено тензобалка 7 (фиг. 1), свободный конец которой взаимодействует с упором 6, выполненным на нижнем горизонтальном звене 5. На передней и задней гранях вертикальных звеньях 3, 4 (фиг. 2) по оси симметрии на одинаковом расстоянии  от шарниров 9, 10 наклеены тензорезисторы 11, сопротивления которых обозначены на электрической схеме (фиг. 4) R, R, R и Я, последовательно соединенные в одно плечо измерительного моста Уитстона 12. Сопротивление R трех остальных плеч моста 12 должны быть равны сумме сопротивлений четырех тензерезисторов 11, наклеенных на вертикальных звеньях 3 и 4.
При работе устройства равнодействующая вертикальных и горизонтальных усилий на рабочем органе 2 будет восприниматься как звеньями 3 и 4 параллелограммного механизма, так и тензобалкой 7, деформация которых приведет к изменению сопротивлений тензорезисторов 11, подключаемых к измерительной аппаратуре («+». «-» и «сигнал» на фиг. 4).
в
1
2
1
2
5
6
1
2
Для измерения вертикальных усилий на рабочий орган измеряют сумму усилий на вертикальных звеньях 3 и 4, которая, исходя из уравнения статики Р=P+Р (фиг. 1), будет равна непосредственно вертикальному усилию на рабочий орган без влияния горизонтальных составляющих. В этом случае тензорезисторы R, R, R и R будут изменять свое сопротивление при растяжении (или сжатии), с помощью которого будет определяться сумма осевых нагрузок P и Р на вертикальные звенья 3 и 4.
З
Г
Для измерения горизонтальных усилий на рабочий орган снимают сигнал с тензозвена 7, свободный конец которой опирается в упор 6 нижнего горизонтального звена 5. В этом случае усилие на тензозвено 7 будет равно горизонтальному усилию на рабочий орган, т.е. Р=Р, следовательно, тензозвено 7 будет измерять только горизонтальную составляющую нагрузки на рабочий орган 2 без влияния вертикальной.
За счет того, что одно из горизонтальных звеньев параллелограммного механизма связано с рабочим органом и имеет упор, взаимодействующий со свободным концом вертикальной тензобалки, жестко связанной с рамой, причем между двумя горизонтальными звеньями шарнирно установлены два вертикальных звена прямоугольного поперечного сечения, на передней и задней гранях которых наклеены тензорезисторы, достигается заявленный технический результат.