СТЕНД ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТОВ И СНЕЖНО-ЛЕДЯНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ РЕЗАНИЮ
SOILS AND SNOW-ICE FORMATIONS RESISTANCE TO CUTTING MEASURING BENCH

Изобретение относится к технике, которая используется для измерения сил сопротивления грунтов и снежно-ледяных образований резанию, действующих на режущий орган землеройной или снегоуборочной машин при различных углах резания и установки рабочего органа в виде отвала.
Известен стенд для измерения сопротивления грунтов резанию, содержащий раму, консольно закрепленный на ней при помощи винтов упругий Т-образный элемент с тензодатчиками, расположенными на вертикальных и горизонтальных участках упругого элемента, и закрепленный на горизонтальном участке упругого элемента держатель с режущим элементом (Авторское свидетельство СССР №734514, дата приоритета 09.11.1977, дата публикации 15.05.1980 г, авторы: Пристайло Ю.П., Смирнов В.Н., RU).
Недостатками известного стенда являются ограниченные функциональные возможности и низкая эффективность, обусловленные фиксацией держателя с режущим элементом в одном положении.
Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату является стенд для измерения сопротивления грунтов и снежно-ледяных образований резанию, принятый в качестве прототипа, содержащий раму с жестко закрепленными на ней кронштейнами, П-образный упругий консольный элемент, шарнирно соединенный с рамой, основание, шарнирно соединенное с П-образным упругим консольным элементом, закрепленный на основании держатель с режущим органом и горизонтальные тяги с установленными на них тензодатчиками, регистрирующими составляющие усилия резания, при этом тяга, регистрирующая горизонтальную составляющую усилия резания, выполнена в виде стержня, установлена вдоль продольной оси стенда и шарнирно закреплена одним концом в кронштейнах рамы, а другим концом с основанием, тяга, регистрирующая боковую составляющую усилия резания, выполнена в виде стержня, установлена перпендикулярно продольной оси стенда и шарнирно закреплена одним концом в кронштейнах рамы, а другим концом с основанием, тяга, регистрирующая вертикальную составляющую усилия резания и шарнирно связывающая раму с П-образным упругим консольным элементом, выполнена в виде вала с продольным отверстием по всей его длине и установлена параллельно продольной оси стенда в кронштейнах рамы (Патент РФ №2461809 С1, дата приоритета 17.05.2011, дата публикации 20.09.2012 г, авторы: Желукевич Р.Б. и др., RU, прототип).
Недостатком прототипа является низкая его эффективность, обусловленная отсутствием возможности изменения угла поворота режущего органа в горизонтальной плоскости и изменения угла резания при установке рабочего органа. Жесткое крепление держателя с основанием стенда фиксирует рабочий орган в одном единственно возможном положении и исключает возможность измерять сопротивление грунтов и снежно-ледяных образований резанию в зависимости от угла поворота режущего органа в горизонтальной плоскости, а отсутствие дополнительных креплений между режущим органом и держателем не позволяет проводить измерения при разных углах резания. Указанные недостатки существенно снижают эффективность изучения влияния сопротивления резанию грунтов и снежно-ледовых образований на рабочие органы машин.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является конструктивное усовершенствование стенда для повышения эффективности его работы по изучению влияния сил сопротивления грунтов и снежно-ледяных образований резанию на рабочий орган машины под различными углами резания и установки рабочего органа.
Для решения технической проблемы предложен стенд для измерения сопротивления грунтов и снежно-ледяных образований резанию, включающий раму с жестко закрепленными на ней кронштейнами, П-образный упругий консольный элемент, шарнирно соединенный с рамой, основание, шарнирно соединенное с П-образным упругим консольным элементом, закрепленный на основании держатель с рабочим органом и горизонтальные тяги с установленными на них тензодатчиками, регистрирующими составляющие усилия резания. При этом тяга, регистрирующая горизонтальную составляющую усилия резания, выполнена в виде стержня, установлена вдоль продольной оси стенда и шарнирно закреплена одним концом в кронштейнах рамы, а другим концом с основанием. Тяга, регистрирующая боковую составляющую усилия резания, выполнена в виде стержня, установлена перпендикулярно продольной оси стенда и шарнирно закреплена одним концом в кронштейнах рамы, а другим концом с основанием. Тяга, регистрирующая вертикальную составляющую усилия резания и шарнирно связывающая раму с П-образным упругим консольным элементом, выполнена в виде вала с продольным отверстием по всей его длине и установлена параллельно продольной оси стенда в кронштейнах рамы. Согласно изобретению, новым является то, что держатель с закрепленным на нем рабочим органом установлен на основании с возможностью изменения угла установки рабочего органа при повороте держателя в горизонтальной плоскости относительно вертикальной оси, проходящей через центр основания и середину кромки рабочего органа, а рабочий орган установлен с возможностью изменения угла резания, при этом держатель соединен с основанием с помощью болтовых соединений, диаметрально расположенных вокруг упомянутой вертикальной оси и образованных в выполненных в основании и держателе отверстиях, причем в держателе выполнены дополнительные крепежные отверстия, кроме того, держатель выполнен с жестко закрепленными кронштейнами, на которых подвешен с помощью болтовых соединений рабочий орган, при этом кронштейны снабжены равноудаленными от режущей кромки крепежными отверстиями, расположенными по радиусу поворота рабочего органа относительно режущей кромки.
На фиг. 1 схематично изображен стенд для измерения сопротивления грунтов и снежно-ледяных образований резанию, общий вид; на фиг. 2 показан вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 2.
Заявляемый стенд для измерения сопротивления грунтов и снежно-ледяных образований резанию, представленный на чертежах, зафиксирован в захватах 1, установленных на ласточкин хвост 2 станка (условно не показано). Для их фиксации использованы болты 3 и гайки 4, образующие болтовые соединения в отверстиях 5.
Стенд содержит закрепленную в захватах 1 раму 6, шарнирно соединенную с П-образным упругим консольным элементом 7 и снабженную жестко закрепленными на ней кронштейнами 8 и 9. П-образный упругий консольный элемент 7 шарнирно соединен с основанием стенда 10, на котором закреплен держатель 11 с рабочим органом 12.
Стенд снабжен горизонтальными тягами с установленными на них тензодатчиками, регистрирующими составляющие усилия резания (условно не показано). При этом тяга 13, регистрирующая горизонтальную составляющую усилия резания, выполнена виде стержня с двумя отверстиями на концах, установлена вдоль продольной оси стенда и шарнирно закреплена одним концом с помощью пальца 14 в кронштейнах 8 рамы 6, а другим концом при помощи второго пальца 14 соединена с основанием 10 (фиг. 1).
Тяга 15, регистрирующая боковую составляющую усилия резания, выполнена в виде стержня с двумя отверстиями, установлена перпендикулярно продольной оси стенда и шарнирно закреплена одним концом с помощью пальца 16 в кронштейне 17, закрепленном на раме с помощью болтов 18 и гаек 19, а другим концом с помощью другого пальца 16 соединена таким же образом с основанием 10 (фиг. 2).
Тяга 20, регистрирующая вертикальную составляющую усилия резания, выполнена в виде вала с продольным отверстием по всей его длине, а также с шаровыми головками, и установлена вдоль продольной оси стенда в кронштейнах 9 рамы 6. На тяге 20 установлены втулки 21, а на шаровые головки тяги 20 установлен соприкасающийся с ними с возможностью вращательного движения П-образный упругий консольный элемент 7, снабженный взаимно перпендикулярными отверстиями в верхней и нижней частях. С помощью пальца 22, установленного в нижней части, П-образный упругий консольный элемент 7 шарнирно соединен с основанием 10 через установленные на нем проушины 23. Для фиксации тяги 20 и пальца 22 в заданном положении предусмотрены пластины 24 и 25, закрепленные соответственно с помощью болтов 26 на кронштейне 9 и болтов 27 на проушине 23.
Держатель 11 с закрепленным на нем рабочим органом 12 в виде отвала установлен на основании 10 с возможностью изменения угла установки рабочего органа 12 при повороте держателя в горизонтальной плоскости относительно вертикальной оси, проходящей через центр основания 10 и середину кромки рабочего органа 12. При этом держатель 11 соединен с основанием 10 с помощью болтов 28 и болтовых соединений, диаметрально расположенных вокруг упомянутой вертикальной оси и образованных в выполненных в основании 10 и держателе 11 отверстиях, причем в держателе 11 выполнены дополнительные регулирующие крепежные отверстия 29. Рабочий орган 12 установлен также с возможностью изменения угла резания. Для этого держатель 11 выполнен с жестко закрепленными кронштейнами 30, на которых подвешен с помощью болтовых соединений 31 рабочий орган 12. При этом кронштейны 30 снабжены равноудаленными от режущей кромки крепежными отверстиями 32, расположенными по радиусу поворота рабочего органа относительно режущей кромки.
Стенд для измерения сопротивления грунтов и снежно-ледяных образований резанию работает следующим образом.
Рабочий орган 12 в виде отвала выставляют на нужную глубину резания. При помощи регулирующих отверстий 29 на держателе 11 выставляют необходимый угол поворота рабочего органа в горизонтальной плоскости относительно вертикальной оси, проходящей через центр основания 10 и середину кромки рабочего органа 12. Фиксируют положение держателя с рабочим органом 12 болтовыми соединениями 28. С помощью болтовых соединений 31 и крепежных отверстий 32 на кронштейне 30 держателя 11 выставляют необходимый угол резания рабочего органа 12 по отношению к вертикальной оси. При этом положение упомянутой вертикальной оси остается неизменным для исключения взаимного влияния друг на друга составляющих усилий резания. Стенд находится в статическом положении, движение не совершает. Продольное движение совершает образец грунта или снежно-ледового образования, установленный на подвижную плиту станка (на стенде не показан).
Г
В
Б
В процессе резания грунтов или снежно-ледяных образований в каждый момент времени на рабочий орган 12 действуют горизонтальная составляющая усилия резания Р, вертикальная составляющая усилия резания Р и боковая составляющая усилия резания Р (которые возникают при изменении угла резания и угла установки рабочего органа 12). Действие этих сил через основание 10 передается тягам 13, 15 и 20 без взаимного влияния друг на друга и на установленные тензодатчики.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить эффективность использования стенда, благодаря возможности изменять угол установки (поворота) рабочего органа в горизонтальной плоскости и возможности изменять угол резания относительно вертикальной оси. Это позволит не только измерить силы сопротивления резанию грунта и снежно-ледовых образований, но и выявить самые оптимальные параметры установки рабочих органов снегоуборочных и\или землеройных машин для различных свойств обрабатываемой поверхности.
При реализации изобретения достигается обусловленный указанными преимуществами технический результат, который заключается в расширении функциональных возможностей стенда, в повышении эффективности его работы при изучении влияния на рабочие органы сопротивления грунтов и снежно-ледяных образований резанию под различными углами резания и углами установки рабочего органа и в исключении взаимного влияния каждой составляющей усилия резания на все оставшиеся.