Устройство для определения механических параметров грунта Советский патент 1986 года по МПК G01D21/00 E02D3/26 

Изобретение относится к исследованию параметров грунта и может быть использовано для определения его механических параметров, знание которы необходимо при испытанных и исследованиях автомобильной, тракторной и других видов техртики, осуществляющих транспортную работу на деформируемых грунтовых поверхностях.

Изобретение может быть также использовано на стадии эксплуатации вышеуказанных видов техникИд когда значения механических параметров грунта используются д,пя подбора некоторых оптимальных значений регулировочных параметров машин (например, давление воздз/ica.B шинах, крутящий момент5 подводимый к ведущим колесаМ изменение вертикальной нагрузки на ведущие колеса и т.д.),,

Цель изобретения - повышение производительности, точности и достоверности определения механических параметров грунта.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства и измерительной системы; на фиг о 2 - схема измерения глубины колеи; на фиг.З - схема ввода экспериментальных данных в ЭВМ; на фиг,4 структура математического обеспечения обработки от1щфрованных сигналов.

Устройство для определения механических параметров грунта содержит измерительные колеса 1 и 2, средство создания на них вертикальной нагрузки в виде масс 3 и 4, установленные на последних датчики 5 и 6 вертикальных перемещений, связанные с колесами 1 и 2, датчики 7-10 углов поворот штанг, обеспечивающих измерение глубины колеи каждого колеса, датчики 1 и 12 угловых скоростей вращения кдждого колеса, датчики 1.3 и 14 тяговых усилий прокатывания. Датчики подключены к регистрирующему узлу 15, например магнитографу.

На.фиг,2 изображена схема измере.ния глубины колеи при прокатывании колес, где отрезок ОА 1 - телескопическая штанга с ручной установкой длины, точка О - ось колеса, отрезок О В находится на неподвижном относительно перпендикуляра О С кронштейне, допускающем перемещение по нему точки О, в которой установлен датчик угла поворота штанги ОА - cd ;

ползун крепится в точке А штанги, расстояние ОО обозначено через Л . На схеме ввода экспериментальных данных в ЭВМ позициями 16, 1-7, 18 и 19 обозначены сигналы, пропорциональные углам поворота штанг первого и второго измерения глубины колеи ((У,, S и (V 3 соответственно); 20, 21 - сигналы тяговых усилий при прокатывании 1-го и 2-го колеса соответственно; 22, 23 - сигналы вертикальных ускорений; 24, 25 - сигналы датчиков 11, 12 угловых скоростей колес в импульсной форме; блок 26 - элект ронный коммутатор, управляемый от ЭВМ; 27 - аналого-цифровой преобразователь; 28 - управляющая ЭВМ; снабженная устройством связи с объектом; 29 - трехканальный формирователь импульсных сигналов. Позицией 30 обозначены импульсные отметки времени. Структура математического обеспечения обработки включает рекурсивньш фильтр 31 с выбором диапазонов филь- ,-. трации на базе априорной информации, блок 32 индентификации стрзктуры случайных процессов, блок 33 определения параметров обработки, блок 34 определения оценок текущих значений математического ожидания случайныхпроцессов, блок 35 определения текущих значений математического ожидания иьшульсных процессов, блок 36 определения аномальных участков грунтовых 5 поверхностей, блок 37 корректировки измеренных параметров в случае аномальных участков грунтовых поверхностей, блок 38 определения оценок механических параметров грунта-, блок 39 сортироЁки данйых для нормальных и аномальных участков грунтовых поверхностей, подготовки, формирования и вьздачи выходных документов.

Устройство работает следующим образом.

Жесткие колеса со всем вьш1еуказанным оборудованием зацепляются за тягачом (не показан), регистрирующий узел обычно размещается в кузове или кабине тягача. Два жестких измерительных колеса 1 и 2 одинакового диаметра с помощью масс 3 и 4 нагру- . жаются различными вертикальными нагрузками. Каждое колесо с каждой стороны имеет датчики 7, 8, 9,, 10 углов поворота штанг, обеспечивающих измерение глубины колеи, датчики 11

и 12 угловых скоростей, датчики 13 и 14 для измерения тяговых усилий, датчики 5 и б вертикальных ускорений. Сигналы со всех, датчиков поступают иа регистрирующий узел 15 - пре- 5 колес и времени) через формирователь цизионный многоканальный магнитограф Для измерения глубины колеи штанга АО имеет телескопическую конструкцию с фиксатором, точка О (установка пре щ зионного потенциометра - датчика угла поворота) может перемещаться по прямой ОС и фиксироваться в нужном положении. За счет этих двух особенностей конструкции достигается максимально возможный угол работы потен циометра. Глубина для каждого колеса определяется по формулам: Icoso/,; Ii2 RK ft ih- R..-a -1 costi - 1 cosc ( h,+ hi II h-3+ hi) П -5- где h,,h2,h,h - глубины колеи, onределенные с помощью устройств 7-10 a l l регулировочные па,a ,1 ,i раметры устройств 7-10; и n - глубина колеи первого и второго жестких измеритель ных колес соответственно;R - радиус жестких колес . На схеме ввода экспериментальных данных в ЭВМ 16, 17, 18, 19 - сигналы, пропорциональные углам поворота штанг of 1 , 7,oi ,«4 ; 20, 21 сигналы, пропорциональные тяговым уси лиям; 22, 23 - сигналы., пропорциональные вертикальным ускорениям в точке приложения вертикальных нагрузек к колесам. Эти сигналы вводятся в ЭВМ с помощью электронного коммута тора и АЦП, управление которыми осуществляется от той же ЭВМ. Это управ ление обеспечивает частоту дискретизации сигналов во времени на два порядка выше чем высшие граничные частоты сигналов. Такая дискретизация в дальнейшем обеспечивает анализ ста.тистической структуры, построение адекватных моделей случайных процессов, формирование выборок для даль.нейшей обработки с минимальной из12640024

быточностью, а также фиксацию участков грунтовых поверхностей с аномальньши механическими характеристиками. Сигналы 24, 25, 30 (отметки оборотов импульсных сигналов вводятся в ЭВМ при помощи блока инициативных прерыBamiii, Сигналы 16-23 поступают на блок 31j где с помощью рекурсивного цифрового фильтра ликвидируются помехи, источником, которых являются датчики измерительной системы, аппаратура записи и воспроизведения. Сигналы 24, 25, 30 обрабатываются блоком 35 математического обеспечения, где фop iиpyeтcя таблица интервалов времени для фиксированного количества отметок оборотов жестких колес, с помощью которой определяются оценки текущ11х значений математического ожидания угловых скоростей и ускорений, линейных скоростей и ускорений жестких колес. Блок32 осуществляет идентификацию структуры случайного процесса для , представле1шя вида Х., .J. U.J., ,где йС - некоторая случайная величина - 0 - конечное математическое ожидание EX.; V стационарный и эргодический относительно математического ожидания случайный процесс с нулевым математическим ожиданием. В блоке 32 этой процедуре подвергаются реализации сигналы 16-23. ITq параметрам представления случайных процессов блока 32 в блоке 33 проводится определение частоты временной дискретизации ;и оценка точности предположения о стационарности измеряемых процессов. В блоке 34 проводится вычисление оценок математических ожиданий измеренных параметров (/, Еа:, ; (ij а/, Eftf,; al /2) Q, EQ, ; Q,EQ,; P, ЕР,; P EP , где «:,,iX2, процессы, характеризующие углы отклонения штанг измерителей глубины колеи; Q,, Q2 процессы, характеризующие вертикальные ускорения в точках приложения вертикальных нагрузок к жестким колесам;Р, , Pj - гфоцессы, характеризую щие тяговые усилия для жестких колес, В этом блоке проводится также определение оценок математических олсиданий глубины колеи для обоих жестких колес по . формулам (1) (вместо значений параметров в них подставляются оценки соответствующих математических ожиданий), Проводится фиксация участков с аномальными отклонениями физико-механических параметров грунтовых поверхностей. Проверка производится по следующим условиям: w const; w const; :.0; ej Q. 0; At, , f2 оценки скоростей где w, ,Wy, и угловых ускорений соответственн В случае отсутствия аномальных от клонений в блоке 38 производится определение оценки коэффициента пропорциональности С (характеризующего начальное сопротивление грунта вдавливаний) и показатели степени щ (ха рактеризующего закон изменения сопро тивления грунта по глубине вдавливания) , Вычисления ведутся по формулам „, ig f: л Г - Р« 1 71гЬ -5- - 1; (ftTjiS (5)ig Оценки С, и Cj должны быть практически равны. Этим определяется пра вильность определения параметров. В случае наличия аномальных учасч ков измеренные параметры корректируются расчетно блоком 37 (значения вертикальных нагрузок и тяговых усиЛИЙ с учетом инерционности масс измеренной системы) и управление передается блоку 38, Блок 39 формирует таблицу значений оценок С и р и при необходимости подсчитьюает эмпирические кривые распределений. Формула изобретения Устройство для определения механических параметров грунта, содержащее измерительное колесо, средство создания на нем вертикальной нагрузки, связанные с колесом измеритель ; глубины колеи и датчик тягового усилия прокатыванияS отличающееся тем, что, с целью повышения производительности, точности я ДОСТО верности определения, оно снабжено дополнительным измерительным колесом со средством создания на нем вертикальной нагрузки, связанными с дополнительч ным колесом дополнительными измерителем глубины колеи и датчиком тягового усилия прокатывания, двумя датчиками вертикальных перемещений жестко свя занньми с осями колес, двумя датчиками угловых скоростей вращения каждого колеса, причем каждый измеритель глубины колеи включает в себя два датчика угла поворота колеса, установленных на оси колеса с возможностью регулирования начального его положения, при этом датчики подключены к регистрирующему узлу.

Изобретение относится к области испытаний и исследований автомобильной, тракторной и др. видов техники, осуществляюпрсс транспортную работу на деформируемых грунтовых поверхностях. Цель изобретения - повьппение производительности, точности и достоверности определения механическит параметров грунта. Устройство содержит два измерительных ко леса (ИК) 1 и 2 со средствами создания на них вертикальных нагрузок в виде масс 3 и 4, на которых установлены датчики (Д) 5 и 6 вертикальных перемещений. С осями ИК 1 и 2 связа- / ны Д 11 и 12 их угловых скоростей вращения, Д 13 и 14 тяговых усилий прокатьтания и измерители глубины колеи ИК, каждый из которых состоит из . двух Д7, 8и9, 10 угла поворота штанг ИК. Жесткие ИК 1 и 2 одинакового диаметра с помощью масс 3 и 4 нагружаются вертикальными нагрузками и прокатываются по грунту. Сигналы с iS Д 5-14, пропорциональные углам пово(/) рота штанг ИК, тяговым усилиям и вертикальным ускорениям, поступают в уп- равляющзш) ЭВМ регистрирующего узла 15. Здесь по результатам замеров определяются оценки 6,2 коэффициентов пропорциональностиначально го сопротивления грунта вдавливанию и показателей, характеризующих закон изменения сопротивления грунта по глубине вдавливания. Правильность определения параметров определяется равенством С, и Cj. 4 ил.

Фиг. 3

Фиг.