Установка для пространственного динамометрирования навесных сельскохозяйственных машин и орудий

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к конструкциям измерительных приборов для изучения нагруженности рабочих органов почвообрабатывающих орудий.

Известно устройство для динамометрирования рабочих органов почвообрабатывающих орудий, содержащее силоизмерительный элемент, элементы крепления и рабочий орган со стойкой, в котором на силоизмерительном элементе расположены тензодатчики сопротивления, а сам силоизмерительный элемент охватывает стойку рабочего органа (а.с. СССР №974163, G01L 5/16, опубл. 30.06.92).

Однако практическое использование данного устройства сложно в эксплуатации, поскольку требует специального тарировочного оборудования, обеспечивающего раздельную калибровку тензодатчиков сопротивления.

Известна также установка для объемного тензометрирования (Патент 2566398 RU С1) имеет измерительные звенья, устройства (кронштейны) для крепления измерительных звеньев и рабочий орган со стойкой, при этом вертикально расположенное измерительное звено присоединено к верхней грани стойки с возможностью восприятия деформаций сжатия и растяжения. Все остальные измерительные звенья установлены в горизонтальных плоскостях с возможностью восприятия деформаций сжатия, причем все они точечно уперты с разных сторон в грани стойки и обеспечивают неподвижное положение измерительных звеньев и стойки с рабочим органом в процессе проведения измерений. Помимо этого предлагаемое устройство имеет, по меньшей мере, шесть измерительных звеньев по числу измеряемых переменных, которые расположены в направлении действия внешних нагрузок.

Недостаток известного устройства заключается в том, что измерительные звенья жестко прикреплены к кронштейнам, в результате в этих точках будут действовать реакции, перпендикулярные продольным осям измерительных звеньев, а они не учтены в уравнениях статики, Кроме того, в процессе работы деформация ведущих колес и опорного основания приводит к повороту трактора, а вместе с ним и рабочего органа с.-х. орудия, измерительные звенья отклоняются от горизонтального и вертикального положений, что обуславливает ошибки при определении усилия со стороны орудия на трактор.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является установка для объемного тензометрирования, включающая две рамки, кронштейны крепления к навесной системе, механизм крепления рабочего органа, шесть тяг, на каждой из которых установлены измерительные звенья, отличающаяся тем, что рамки соединены при помощи трех параллельных тяг и трех тяг-раскосов, концы которых закреплены посредством шаровых шарниров. Для обеспечения повышенной жесткости системы точки крепления параллельных тяг к рамкам (центры шаровых шарниров) расположены в вершинах равнобедренных треугольников, вписанных в боковые грани куба; одна тяга-раскос является диагональю основания куба, две другие - диагоналями передней и задней граней куба, причем в передней проекции куба они пересекаются; обе точки крепления тяги-раскоса, расположенной в основании куба, и нижние точки крепления тяг-раскосов передней и задней граней куба имеют общую горизонтальную ось крепления и максимально сближены с точками крепления параллельных тяг, расположенных в основании куба (патент 2498245 РФ, G01L 5/13. Установка для объемного тензометрирования. Заявл. 03.05.2012, опубл. 10.11.2013).

Известное устройство обеспечивает достоверность измерения при объемном динамометрировании рабочих органов почвообрабатывающих машин и орудий, однако характеризуется сложностью конструкции и погрешностью измерения при работе тракторного агрегата. Последняя обусловлена следующими причинами.

Одной из составляющих тягового баланса трактора является горизонтальная составляющая тягового усилия со стороны сельскохозяйственного орудия и, если орудие навесное и присоединяется с помощью трех тяг, то его величина будет равна сумме горизонтальных составляющих, действующих со стороны тяг на остов трактора (Р_В, Р_Г). Обычно для определения горизонтальных составляющих применяют тензометрические пальцы, которые по концам прикрепляют к переходной плите, а к середине пальцев присоединятся тяги навески трактора. При этом точка приложения силы от тяги на палец в процессе работы может перемещаться по длине пальца (размер f фиг. 6). Горизонтальные составляющие равны произведению величин усилий, действующих вдоль них, умноженным на косинус угла между горизонтальной и продольной осью тяги. Однако в процессе работа агрегата величины углов (α, β) из-за деформаций шин и упругих элементов мостов меняются. Так, если в первоначальный момент времени угол между верхней тягой и горизонталью будет α₀, а нижняя тяга горизонтальна (β=0) (фиг. 3), то при увеличении нагрузки происходит поворот остова трактора, а вместе с ним и крепежной плиты, на угол β, величины углов поменяются (угол α₀ станет равным α₁ и угол β не будет равен нулю) (фиг. 4). В этом случае тензодатчики, установленные жестко в местах крепления тяг, будут давать не точные показания горизонтального усилия. Таким образом, для устранения погрешностей при определении горизонтального усилия со стороны с.-х. орудия требуется, чтобы тензопальцы находились в неизменном относительно горизонтальной плоскости положении, а показания тензодатчиков не изменялись от смещения точки приложения силы Р.

Задача, решаемая изобретением - обеспечение измерения усилий на тензометрических пальцах при их расположении в горизонтальной плоскости.

Технический результат - снижение погрешностью динамометрирования навесных сельскохозяйственных машин и орудий.

Указанный технический результат достигается установкой для пространственного динамометрирования навесных сельскохозяйственных машин и орудий, содержащей трактор с прикрепленной к тягам его навесной системы через тензометрические пальцы промежуточной плитой, в которой, согласно изобретению, тензометрические пальцы снабжены рычагами, соединенными тягами с рычагами установленного на плите промежуточного вала, дополнительный рычаг которого взаимодействует через тягу с серединой коромысла, по обоим концам которого в противоположных направлениях закреплены штоки гидроцилиндров, жестко закрепленных на промежуточной плите и гидравлически связанные с двумя прикрепленными к остову трактора гидроцилиндрами, на штоках которых установлены опирающиеся на почву копиры, при этом соотношение длин рычагов и расстояния между копирами связаны математической зависимостью (математическая зависимость 1).

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображена установка для пространственного динамометрирования, на фиг. 2 - кинематическая схема поворота тензометрических пальцев, на фиг. 3 - пространственное расположение тензорезисторов на тензометрических пальцах, на фиг. 4 и 5 - схема действия усилий на тяги навесной системы, на фиг. 6 - схема действия усилий на тензометрические пальцы, на фиг. 7 - эпюры напряжений от измеряемых изгибающих сил Р_г и Р_в.

Установка для пространственного динамометрирования включает жестко установленный в передней части остова трактора 1 гидроцилиндр 2 с опирающимся на почву копиром 3, сзади установлен гидроцилиндр 12 с копиром 20. К тягам 4 и 5 навесной системы трактора 1 через тензопальцы 7 присоединена плита 8. На плите 8 установлен промежуточный вал 19, к которому жестко прикреплен дополнительный рычаг 15, взаимодействующий через тягу 14 с коромыслом 13, по обоим концам которого закреплены штоки гидроцилиндров 6 и 8. К промежуточному валу 19 прикреплены три рычага 16, которые соединены тягами 17 с тремя рычагами 18, жестко соединенными с тензопальцами 7.

Тензопалец 7 представляет собой цилиндр на 2-х опорах 9, на одинаковом расстоянии b от которых наклеены тензорезисторы 21-24 (фиг. 3). Тензорезисторы 21 -24 и сила Р_Г должны лежать в одной горизонтальной плоскости по разные стороны от точки приложения силы Р_г. Передаточное отношение привода поворота тензопальцев 7 должно обеспечивать одинаковые углы поворота остова трактора 1 и тензопальцев 7. Для этого, при равных диаметрах гидроцилиндров 2, 12, 6 и 9, соотношение длин рычагов 15, 16, 18 и расстояния между копирами должно соответствовать математической зависимости (зависимость 1)

где - длина дополнительного рычага 15 промежуточного вала, м;

- длина рычага 16 промежуточного вала, м;

- длина рычага 18 тензометрических пальцев, м;

- расстояния между копирами, м.

Тензорезисторы 21-24 электрически соединены между собой по мостовой схеме, при этом резисторы 21 и 23, как и 22 и 24, расположены в противоположных плечах мостовой схемы.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

При отсутствии нагрузки в тягах навесного устройства трактора 1 тензопальцы 7 выставляют так, чтобы тензорезисторы 21-24 лежали в горизонтальной плоскости (фиг. 3) и (фиг. 4). Во время работы остов трактора поворачивается в вертикальной плоскости (фиг. 5), жидкость из связанных с копирами 3 и 20 гидроцилиндров 2 и 12 (фиг. 1) по магистралям 10 и 11 начнет перетекать в гидроцилиндры 9 и 6, что приводит к перемещению коромысла 13, перемещающего тягой 14 дополнительный рычаг 15 и повороту промежуточного вала 19, который, через рычаги 16, тяги 17 и рычаги 18, поворачивает тензопальцы 7. При этом тензорезисторы 21-24 возвращаются в горизонтальную плоскость.

Покажем, что при заявленном расположении тензорезисторов и схеме их электрического соединения, результирующий сигнал не зависит от расстояния приложения усилия вдоль оси пальца 7.

Из уравнения статики (фиг. 6):

следует

Максимальные напряжения изгиба в точке К тензометрического пальца 7 будут:

Максимальные напряжения изгиба в точке М будут:

Тогда сумма напряжений в точках К и М составит:

Как следует из последней зависимости (математическая зависимость 7), сумма напряжений не зависит от расстояния приложения силы Р_г по длине балки. Исходя из этого, места установки тензорезисторов 21-24 (фиг. 3) на пальце 7 должны лежать в одной горизонтальной плоскости (в точках 1 и 3 (фиг. 7), в которых будут действовать максимальные напряжения от горизонтальной силы Р_Г, а напряжения от сил Р_В равны нулю) на одинаковом расстоянии от опор по разные стороны от точки приложения силы.

За счет того, что в установке для пространственного динамометрирования тензометрические пальцы снабжены рычагами, соединенными тягами с рычагами промежуточного вала, дополнительный рычаг которого взаимодействует через тягу с серединой коромысла, по обоим концам которого в противоположных направлениях закреплены штоки гидроцилиндров, жестко закрепленных на промежуточной плите и гидравлически связанные с двумя прикрепленными к остову трактора гидроцилиндрами, на штоках которых установлены копиры, опирающиеся на почву, а также соотношения длин рычагов и расстояния между копирами, связанных математической зависимостью, достигается заявленный технический результат.