СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСИЛИЙ РЕЗАНИЯ ГРУНТА Российский патент 1997 года по МПК G01N3/58 

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к определению усилий резания грунта и может быть использовано для измерения сил, возникающих на лопастях гребного винта ледоколов и судов активного ледового плавания при их взаимодействии со льдом, распределения контактных давлений на поверхности режущего инструмента.

Известен стенд для определения усилий резания грунта, выполненный по авт. св. СССР N 334494, кл. G 01 L 1/22, содержащий основание, режущий инструмент и закрепленные на нем измерительные преобразователи, принятый за прототип.

Недостатком известного стенда является ограничение его функциональных возможностей. Он, в частности, не позволяет определять усилия резания, возникающие на вращающемся режущем инструменте, не обеспечивает измерений контактных давлений на поверхности режущего инструмента, определяющих прочность и износостойкость инструмента.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи повышения эффективности использования стенда за счет возможности испытания и определения усилий резания на вращающемся режущем инструменте и определения закона распределения нагрузок по поверхности контакта режущего инструмента с грунтом, определяющих местную и общую прочность инструмента, его износостойкость.

Для этого стенд для определения усилий резания грунта, содержащий основание, режущий инструмент и закрепленные на последнем измерительные преобразователи, снабжен установленными на основании приводным двигателем, соединенным с ним гребным валом, размещенной на основании тележкой с испытуемым грунтом, связанной с ней посредством троса и установленной на основании лебедкой и индикатором зоны контакта режущего инструмента с испытуемым грунтом, режущий инструмент закреплен на гребном валу, со стороны рабочей поверхности режущего инструмента выполнены гнезда с перегородками, размещенными между дном гнезда и рабочей поверхностью режущего инструмента, поверхность дна каждого гнезда выполнена параллельной касательной плоскости к рабочей поверхности режущего инструмента, ограниченной стенками этого гнезда и проходящей через точку ее пересечения с продольной осью гнезда, каждый измерительный преобразователь закреплен в соответствующем гнезде с образованием датчика контактного давления, а индикатор зоны контакта режущего инструмента с испытуемым грунтом выполнен с информативным слоем, охватывающим рабочую поверхность режущего инструмента и закреплен на ней. При этом индикатор зоны контакта режущего инструмента с испытуемым грунтом закреплен на рабочей поверхности режущего инструмента посредством клея.

Схема стенда представлена чертежами: фиг.1 устройство в целом; фиг.2 - схема размещения датчиков контактных давлений и индикатора зоны контакта, фиг.3 конструкция датчиков контактного давления (сечение).

Стенд состоит (фиг.1) из основания 1, на котором установлены приводной двигатель 2, редуктор 3, опоры 4,5. На опорах подвешен гребной вал 6 и промежуточный вал 7, связанные между собой и с приводным двигателем 8. На промежуточном валу закреплена инерционная масса 9, а вал связан с редуктором через эластичную муфту 10. Гребной вал оборудован тензометрическим динамометром осевой силы, изгибающего и крутящего момента 11, датчиком скорости вращения вала 12 и токосъемником 13. На консольно установленном участке гребного вала закреплен режущий инструмент 14 в виде двух диаметрально расположенных лопастей гребного винта. По рельсовому пути 15 на ходовых колесах перемещается относительно режущего инструмента тележка 16, на которой закреплен образец льда или смерзшегося грунта 17. Перемещение тележки осуществляется с помощью бесконечного троса 18, связанного с барабаном 19 механической лебедки. Трос проходит через блок 20, закрепленный на оси подвижного кронштейна 21. На тележке установлен датчик скорости 22 поступательного перемещения тележки. На ферме установлено подвижно подъемное устройство 23.

Стенд оборудован устройством натяжения троса, содержащем червячный редуктор 24, ходовой винт 25, неподвижную опору 26, подвижную гайку 27 с двумя тягами 28.

На режущем инструменте (фиг.2) размещен датчик скручивания 29, датчики контактного давления 30, индикатор зоны контакта 31, монтажная колодка 32.

Датчики контактного давления (фиг.3) выполнены в теле режущего инструмента за одно целое с ним. Для этого в режущем инструменте выполнены гнезда, ограниченные стенками 33 и перегородками 34. Поверхность дна каждого гнезда выполнена параллельной касательной плоскости к рабочей поверхности режущего инструмента в точке пересечения ее с продольной осью гнезда. На внутренней поверхности перегородки 34 каждого гнезда закреплены измерительные преобразователи 35, выводы от которых соединены с монтажной колодкой 36. Гнезда с измерительными преобразователями закрыты крышками 37.

Индикатор зоны контакта содержит защитный слой 38, копировальный 39 и информативный слой 40, которые плотно облегают поверхность режущего инструмента и закреплены на нем с помощью клея.

Стенд работает следующим образом. С помощью двигателя 2 и редуктора 3 задают необходимую скорость вращения режущему инструменту 14, которую фиксируют датчиком 12. С помощью механической лебедки 19 и бесконечного троса 18 приводится в движение тележка 16 со льдом 17 по рельсовому пути 15 относительно режущего инструмента. Скорость перемещения тележки фиксируется датчиком 22.

Силы, возникающие на режущем инструменте 14, измеряются динамометром 11, содержащем датчики осевой силы, крутящего и изгибающего моментов, расположенным на гребном валу, а также датчиками напряжения скручивания 29 и датчиками контактного давления 30, установленными на режущем инструменте. Индикатор зоны контакта 31 фиксирует зону контакта режущего инструмента со льдом.

Одновременная и синхронная запись возникающих сил на валу и на режущем инструменте позволяет определить местную и общую прочность инструмента, его износостойкость, а также закон распределения нагрузок по поверхности резания, необходимый для выбора оптимальной геометрии режущего инструмента, обеспечивающей наименее энергоемкий и наиболее производительный способ резания. Индикатор зоны контакта позволяет, с одной стороны, принимать правильное решение о количестве и схеме расположения датчиков контактного давления (например, на основе предварительных испытаний только с индикатором зоны контакта), а с другой стороны, грамотно оценить результаты измерений с помощью датчиков контактного давления, исключив результаты измерений тех из датчиков, которые лишь частично контактировали в процессе резания и поэтому измерения этих датчиков могут быть ошибочны.

Сущность изобретения: стенд содержит основание 1, режущий инструмент 14 и закрепленные на нем измерительные преобразователи. Стенд содержит также установленные на основании приводной двигатель 2, гребной вал 6, соединенный с двигателем 2, тележку 16 с испытуемым грунтом 17, связанную с тележкой тросом 18 лебедку и индикатор зоны контакта режущего инструмента 14 с испытуемым грунтом. Со стороны рабочей поверхности закрепленного на валу режущего инструмента 14 выполнены гнезда с перегородками, размещенными между дном гнезда и рабочей поверхностью режущего инструмента 14. Поверхность дна каждого гнезда выполнена параллельной касательной плоскости к рабочей поверхности режущего инструмента 14, ограниченной стенками этого гнезда и проходящей через точку ее пересечения с продольной осью гнезда. Измерительные преобразователи закреплены в соответствующих гнездах. Индикатор выполнен с информативным слоем, охватывающим рабочую поверхность режущего инструмента 14 и закреплен на ней, например, посредством клея. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Стенд для определения усилий резания грунта, содержащий основание, режущий инструмент и закрепленные на последнем измерительные преобразователи, отличающийся тем, что он снабжен установленными на основании приводным двигателем, соединенным с ним гребнем валом, размещенной на основании тележкой с испытуемым грунтом, связанной с ней посредством троса и установленной на основании лебедкой и индикатором зоны контакта режущего инструмента с испытуемым грунтом, режущий инструмент закреплен на гребном валу, со стороны рабочей поверхности режущего инструмента выполнены гнезда с перегородками, размещенными между дном гнезда и рабочей поверхностью режущего инструмента, поверхность дна каждого гнезда выполнена параллельной касательной плоскости к рабочей поверхности режущего инструмента, ограниченной стенками этого гнезда и проходящей через точку ее пересечения с продольной осью гнезда, каждый измерительный преобразователь закреплен в соответствующем гнезде с образованием датчика контактного давления, а индикатор зоны контакта режущего инструмента с испытуемым грунтом выполнен с информативным слоем, охватывающим рабочую поверхность режущего инструмента, и закреплен на ней. 2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что индикатор зоны контакта режущего инструмента с испытуемым грунтом закреплен на рабочей поверхности режущего инструмента посредством клея.