Тензометрическая навеска для измерения сопротивления грунтов копанию Российский патент 2019 года по МПК G01L1/04 G01N3/58 

Настоящее изобретение относится к технике измерения сопротивлений грунтов копанию и может быть использовано для определения сил, действующих на рабочий орган землеройной машины в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и определение точки приложения вектора результирующей силы во фронтальном и вертикальном направлении.

Из существующего уровня техники известна установка для объемного тензометрирования (RU 2498245, опубл. 10.11.2013), который снабжен двумя рамками, кронштейнами для крепления к навесной системе, механизмом для крепления рабочего органа, шести тяг с установленными на них измерительными звеньями. Рамки соединены при помощи трех параллельных тяг и трех тяг-раскосов, концы которых закреплены посредством шаровых шарниров. Недостатками данного устройства являются большие размеры держателя рабочего органа и пространственной системы тензометрических тяг и то что невозможно определить точку приложения вектора результирующей силы.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является стенд для измерения сопротивления грунтов и снежно-ледяных образований резанию (RU 2461809, опубл. 20.09.2012), который снабжен основанием, на котором установлен жестко держатель с режущим органом, шарнирно связанным с рамой с установленными на ней кронштейнами, горизонтальными тягами и с установленными на них тензодатчиками, регистрирующими составляющие усилия резания. Недостатками данного технического решения являются сложность изготовления и то, что невозможно определить точку приложения вектора результирующей силы.

Техническим результатом заявленного изобретения является возможность определения трех составляющих результирующей силы сопротивления копанию и определение точки приложения вектора результирующей силы во фронтальном и вертикальном направлении.

Заявленный технический результат достигается тем, что тензометрическая навеска, включающая тяги для передачи горизонтальных, вертикальных и боковых усилий, направляющие профили, тензозвенья для регистрации усилий, при этом четыре тяги для передачи горизонтальных усилий копания одним концом соединяются с рабочим органом через проушины, а другим концом соединяются с тензозвеньями для регистрации горизонтальных усилий, в свою очередь тензозвенья для регистрации горизонтальных усилий соединятся с двумя вертикальными тягами, две тяги для передачи вертикальных усилий копания на концах содержат горизонтальные тяги с направляющими профилями для регистрации горизонтальных усилий, направляющие профили вертикальных тяг устанавливаются с вертикальными тягами соосно и между верхними и нижними горизонтальными тягами, для измерения вертикальных усилий копания тензозвенья соединяются одним концом к вертикальным тягам, а другим концом к вертикальным направляющим профилям, для регистрации бокового усилия сопротивления копания два вертикальных направляющих профиля соединяются с боковой тягой, которая содержит боковой направляющий профиль, а тензозвено для регистрации бокового усилия копания соединяется одним концом к боковой тяге, а другим концом к боковому направляющему профилю, для крепления тензометрической навески к раме машины на боковом профиле есть отверстия, а на боковой тяги прорези. Направляющие профили ограничивают степени свободы тяг, допуская только поступательное движение, за счет установки тяг в направляющие профили, а тензозвенья крепятся к тягам и направляющим профилям через проушины.

На фиг. 1 показана тензометрическая навеска; на фиг. 2 - тензометрическая навеска, разрез Б-Б; на фиг. 3 - тензометрическая навеска, разрез А-А; на фиг. 4 - схема сил, действующих на рабочий орган в горизонтальном (фронтальном) направлении; на фиг. 5 - схема сил, действующих на рабочий орган в вертикальном направлении; на фиг. 6 - схема сил, действующих на рабочий орган в боковом направлении.

Тензометрическая навеска состоит из направляющего профиля 1 с отверстиями 2 для крепления к раме машине, боковой тяги 3 с прорезями 4 и проушиной 5, боковую тягу 3 устанавливают на направляющий профиль 1, затем проушину 6 жестко соединяют с направляющим профилем 1, проушины 5 и 6 соединяют тензозвеном 7, направляющих профилей 8, которые жестко соединяют с боковой тягой 3, вертикальных тяг 9, которые устанавливают на направляющие профили 8 с проушинами 10, затем к вертикальным тягам 9 жестко соединяют проушины 11, проушины 10 и 11 соединяют тензозвеньями 12, направляющих профилей 13, которые проходят сквозь вертикальные тяги 9 и жестко с ними соединяются, горизонтальных тяг 14 с проушинами 15, проушины 16 жестко соединяют с вертикальными тягами 9 и горизонтальные тяги 14 устанавливают на направляющие профили 13 со стороны боковой тяги 3, тензозвенья 17 соединяют проушины 15 с проушинами 16, горизонтальные тяги 14 соединяют с проушинами 18 рабочего органа 19.

Перед работой тензометрическую навеску через отверстия 2 соединяют с рамой машины, затем рабочий орган 19 через проушины 18 соединяют с тензометрической навеской.

Тензометрическая навеска работает следующим образом. До начала опыта измеряются все усилия, которые возникают в тензозвеньях от веса тензометрической навески и рабочего органа (нулевые значения). Рабочий орган выставляют на необходимую глубину с нужными углами установки. Проводят опыт. Из показаний тензозвеньев отнимают нулевые значения и подставляются в уравнения, которые были выведены из формул равновесия сил и моментов, для определения составляющих результирующей силы сопротивления копанию R и координат их приложения к рабочему органу.

Величина и направление реакции тензозвеньев на составляющие результирующей силы сопротивления копанию R нам известны из опыта. Считаем, что, если тензозвено i растягивается, то величина F_i и реакция тяги i положительная, если же тензозвено i сжимается, то тогда величина F_i и реакция тяги i отрицательная. Соответствующие значения со знаком подставляем в уравнения.

Составляющая результирующей силы R и ее точка приложения на рабочий орган во фронтальном направлении (фиг. 4):

R_Ф=F₁+F₂+F₃+F₄

Составляющая результирующей силы R и ее точка приложения на рабочий орган в вертикальном направлении (фиг. 5):

R_B=F₅+F₆

Составляющей результирующей силы R, действующая в боковом направлении (фиг. 6):

R_Б=F₇

Таким образом, заявленное изобретение позволяет определять три составляющих результирующей силы сопротивления копанию и определять точки приложения вектора результирующей силы во фронтальном и вертикальном направлении.

Изобретение относится к технике измерения сопротивлений грунтов копанию. Тензометрическая навеска содержит тяги для передачи горизонтальных, вертикальных и боковых усилий, направляющие профили, тензозвенья для регистрации усилий. Четыре тяги для передачи горизонтальных усилий копания одним концом соединяются с рабочим органом через проушины, а другим концом соединяются с тензозвеньями для регистрации горизонтальных усилий, в свою очередь тензозвенья для регистрации горизонтальных усилий соединятся с двумя вертикальными тягами. Две тяги для передачи вертикальных усилий копания на концах содержат горизонтальные тяги с направляющими профилями для регистрации горизонтальных усилий, направляющие профили вертикальных тяг устанавливаются с вертикальными тягами соосно и между верхними и нижними горизонтальными тягами. Для измерения вертикальных усилий копания тензозвенья присоединяются одним концом к вертикальным тягам, а другим концом - к вертикальным направляющим профилям, для регистрации бокового усилия сопротивления копания два вертикальных направляющих профиля соединяются с боковой тягой, которая содержит боковой направляющий профиль, а тензозвено для регистрации бокового усилия копания присоединяется одним концом к боковой тяге, а другим концом - к боковому направляющему профилю. Для крепления тензометрической навески к раме машины на боковом профиле есть отверстия, а на боковой тяге - прорези. Технический результат: возможность определения трех составляющих результирующей силы сопротивления копанию и определение точки приложения вектора результирующей силы во фронтальном и вертикальном направлениях. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Тензометрическая навеска для измерения сопротивления грунтов копанию, включающая тяги для передачи горизонтальных, вертикальных и боковых усилий, направляющие профили, тензозвенья для регистрации усилий, отличающаяся тем, что четыре тяги для передачи горизонтальных усилий копания одним концом соединяются с рабочим органом через проушины, а другим концом соединяются с тензозвеньями для регистрации горизонтальных усилий, в свою очередь тензозвенья для регистрации горизонтальных усилий соединяются с двумя вертикальными тягами, две тяги для передачи вертикальных усилий копания на концах содержат горизонтальные тяги с направляющими профилями для регистрации горизонтальных усилий, направляющие профили вертикальных тяг устанавливаются с вертикальными тягами соосно и между верхними и нижними горизонтальными тягами, для измерения вертикальных усилий копания тензозвенья присоединяются одним концом к вертикальным тягам, а другим концом - к вертикальным направляющим профилям, для регистрации бокового усилия сопротивления копания два вертикальных направляющих профиля соединяются с боковой тягой, которая содержит боковой направляющий профиль, а тензозвено для регистрации бокового усилия копания присоединяется одним концом к боковой тяге, а другим концом - к боковому направляющему профилю, для крепления тензометрической навески к раме машины на боковом профиле есть отверстия, а на боковой тяге - прорези.

2. Тензометрическая навеска по п. 1, отличающаяся тем, что направляющие профили ограничивают степени свободы тяг, допуская только поступательное движение, за счет установки тяг в направляющие профили.

3. Тензометрическая навеска по п. 1, отличающаяся тем, что тензозвенья крепятся к тягам и направляющим профилям через проушины.