Силоизмерительное устройство

Полезная модель относится к стендовому оборудованию для лабораторных исследований силовых параметров рабочих органов дорожных машин, взаимодействующих с разрушаемой средой.
Известно устройство для исследования рабочих органов дорожных машин [Пат. 2045755, G01N 3/00, Е01Н 1/00, Е01Н 5/00, опубл. 10.10.1995]. Устройство содержит соединенные в единый узел корпус, Г-образную раму, тензометрическое звено с тензометрами сопротивления и рабочий орган отвального типа.
Недостатками данного устройства являются
использование в конструкции не полноразмерного рабочего органа, а его масштабной модели, что при выполнении исследований может привести к возникновению погрешностей измерительной информации и снижению достоверности получаемых результатов;
отсутствие конструктивной возможности изменения технологических параметров рабочего органа (угла резания, угла установки отвала в плане), что ограничивает область применения измерительного устройства в частности, и стендового оборудования в целом;
отсутствие конструктивной возможности использования в составе устройства сменных рабочих органов различной конфигурации и (или) их масштабных моделей, что также ограничивает функциональные возможности устройства и стенда, в составе которого работает данное устройство и, как следствие - ограничение области применения данного оборудования.
Известен также стенд для измерения сопротивления грунтов и снежно-ледяных образований резанию [Пат. 2676208, G01N 3/58, опубл. 26.12.2018, бюл. №36].
Стенд содержит собранные в единый узел раму с кронштейнами, П-образный упругий консольный элемент, основание, держатель с рабочим органом отвального типа и три горизонтальные тяги с установленными на них тензодатчиками.
Недостатки данного стенда следующие:
использование при исследованиях не полноразмерного рабочего органа, а масштабной модели и, только рабочего органа в виде отвала;
отсутствие конструктивной возможности использования в составе устройства сменных рабочих органов различной конфигурации и (или) их масштабных моделей, что ограничивает функциональные возможности стенда и, как следствие - ограничение области применения данного оборудования.
Целью предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей лабораторного стендового силоизмерительного оборудования.
Технический результат предлагаемого решения достигается за счет того, что конструкцией силоизмерительного устройства, включающего стальную прямоугольную несущую раму, тензометрическую консольную пустотелую балку цилиндрической формы с утолщенным дном, имеющим четыре резьбовых отверстия, и с установленными на ее поверхности тензометрами сопротивления (тензорезисторами), с использованием Г-образного и П-образного стальных кронштейнов, обеспечивается крепление различного по форме полноразмерного режущего инструмента рабочих органов дорожных машин или масштабных моделей такого инструмента, в частности зубьев землеройных машин, режущих дисков и т.д.
Полезная модель поясняется чертежами: фиг. 1. - общий вид силоизмерительного устройства (в скобках указаны обозначения тензорезисторов на невидимой стороне тензометрической балки 2, а также и непоказанных на виде А. Пунктиром условно показан защитный кожух); фиг. 2. - П-образный и Г-образный стальные кронштейны; фиг. 3 - силоизмерительное устройство с установленным на нем П-образным стальным кронштейном, несущем на оси полноразмерный режущий диск; фиг. 4 - силоизмерительное устройство с установленным на нем Г-образным стальным кронштейном, несущем на оси полноразмерный режущий диск; фиг. 5 - силоизмерительное устройство с установленным на нем П-образным стальным кронштейном, несущем на оси экспериментальную масштабную модель зуба землеройной машины; фиг. 6 - силоизмерительное устройство с установленной непосредственно на нем, без использования кронштейнов, масштабной моделью зуба землеройной машины.
1
2
5
6
7
9
8
10
Силоизмерительное устройство включает стальную прямоугольную несущую раму 1 (фиг. 1), на нижней стороне которой жестко закреплена тензометрическая упругая консольная пустотелая балка 2 цилиндрической формы, выполненная в виде стакана с утолщенным дном 3, и электрическая клеммная колодка 4. Геометрические оси несущей рамы 1 и тензометрической балки 2 взаимно перпендикулярны, а на поверхности тензометрической балки 2 размещены три блока тензорезисторов, воспринимающих воздействие на материал тензометрической балки 2 соответственно горизонтальной (R, R), боковой (R, R) и вертикальной (R, R и позисторы R, R) составляющих силы сопротивления разрушаемой среды воздействию испытуемого инструмента. В теле несущей рамы 1 выполнены два горизонтальных сквозных отверстия для крепления силоизмерительного устройства на лабораторном стенде, а в теле утолщенного дна 3 тензометрической балки - четыре резьбовых отверстия для установки П-образного 1 или Г-образного 2 кронштейнов (фиг. 2), несущих на оси полноразмерный испытуемый режущий инструмент или масштабные модели такого инструмента, при этом П-образный кронштейн оснащен двухопорной осью, а ось Г-образного кронштейна закреплена на нем консольно.
Крепление каждого из кронштейнов к тензометрической балке 2 (фиг. 1) осуществляется болтами, пропущенными через четыре дугообразных паза, выполненных в теле горизонтальной полки каждого из кронштейнов и ввернутыми в соответствующие резьбовые отверстия утолщенного дна 3.
Силоизмерительное устройство работает следующим образом.
Силоизмерительное устройство 7 (фиг. 3) в сборе, например, с П-образным кронштейном 6 (фиг.2), несущем на оси 8 режущий диск 9, установленный с возможностью свободного вращения вокруг этой оси, монтируется на двух параллельных горизонтальных цилиндрических направляющих лабораторного испытательного стенда [Пат. 2429459, МПК G01M 13/00, опубл. 20.09.2011, Бюл. №26] (далее - лабораторный стенд) с возможностью свободного перемещения по всей их длине. Приводом стенда обеспечивается перемещение сборки по направляющим из крайнего правого положения в крайнее левое положение. При этом осуществляется взаимодействие режущего инструмента с образцом разрушаемой среды, жестко закрепленным на несущей плите стенда, и производится разрушение части этого образца с заданным шагом и глубиной резания.
Электрические сигналы, генерируемые одновременно каждым из трех измерительных блоков тензорезисторов в результате деформаций тензометрической балки 2 (фиг. 1) под воздействием напряжений, возникающих на режущем инструменте, взаимодействующим с разрушаемой средой, обрабатываются информационно-измерительным комплексом, подключенным к силоизмерительному устройству через электрическую клеммную колодку 4, с последующей регистрацией и сохранением получаемой измерительной информации в памяти персонального компьютера.
Аналогичным образом на лабораторном стенде производятся испытания режущих узлов в составе:
силоизмерительное устройство 7 (фиг. 4) - Г- образный кронштейн 5 - режущий диск 9, закрепленный с возможностью свободного вращения на оси 10 консольно;
силоизмерительное устройство 7 (фиг. 5) - П-образный кронштейн 6 - экспериментальная модель зуба землеройной машины 11 - ось 8;
силоизмерительное устройство 7 (фиг. 6) - масштабная модель 12 зуба землеройной машины - болты 13 (без использования кронштейнов).
При испытании узлов (фиг. 3-4) могут использоваться режущие диски 4 различного диаметра, диски, имеющие различные углы заострения и различные радиусы закругления рабочих кромок. Конструкцией этих узлов предусмотрена возможность изменения величины угла атаки (заднего угла) дискового инструмента. Установка и корректировка величины этого параметра осуществляется при ослабленных четырех болтах крепления каждого из кронштейнов (фиг. 2) к тензометрической балке 2 (фиг. 1), поворотом кронштейна в сборе с режущим инструментом в горизонтальной плоскости на необходимое количество градусов относительно главной оси стенда в соответствующую сторону, после чего болты затягиваются. При этом размерами дугообразных пазов, выполненных в теле горизонтальной полки каждого из кронштейнов, обеспечивается величина его хода, соответствующая значениям угла атаки инструмента в диапазоне γ=0÷30°.
К работе в составе лабораторного стенда адаптирован и режущий узел [Пат. 2461809, МПК G01N 3/58, опубл. 20.09.2012, Бюл. №26] (по сути - силоизмерительное устройство) оснащенный масштабной моделью рабочего органа отвального типа.
Полезный эффект достигается за счет расширения функциональных возможностей силоизмерительного стендового оборудования и, как следствие, расширения области его применения при изучении процессов взаимодействия различного рабочего инструмента с прочными твердыми средами при их механическом разрушении, с целью поиска рациональных с точки зрения снижения энергоемкости и повышения производительности процесса, геометрических и технологических параметров такого инструмента и оснащаемого им рабочего оборудования.