Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для измерения усилий на рабочий орган сельскохозяйственных машин, преимущественно в почвенном канале

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к конструкциям измерительных приборов для изучения нагруженности и тягового сопротивления 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 использование данного устройства сложно в эксплуатации, поскольку требует использования специального тарировочного оборудования, обеспечивающего раздельную калибровку каждого из тензодатчиков сопротивления.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является установка для объемного тензометрирования (Патент 2566398 RU С1), которая 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 (Пат. RU 2566398, Установка для объемного тензометрирования, G01L 5/13 (2006.01), Опубл. 27.10.2015, Бюл. №30).

Недостаток известного устройства заключается в том, что измерительные звенья требуют подстройки под каждый конкретный рабочий орган. Поскольку измерения от боковых воздействий на рабочий орган осуществляются только односторонними усилиями, то они не препятствуют повороту рабочего органа. Поскольку размеры поперечного сечения стойки малые, то усилия на датчиках (и деформации) значительные, что негативно сказывается на точности замера.

Задача, решаемая изобретением, - обеспечение измерения усилий на рабочий орган в трех перпендикулярных направлениях, как на сжатие, так и на растяжение.

Технический результат - повышении точности измерения усилий навесных сельскохозяйственных машин и орудий в трех направлениях.

Указанный технический результат достигается устройством для измерения усилий, действующих на рабочий орган со стороны почвы, включающем почвенный канал с подвижным рабочим органом, установленным на тележке с рамой, и измерительные звенья, отличающимся тем, что оно снабжено дополнительной прямоугольной рамкой, а измерительные звенья выполнены в виде тензометрических балок, одни концы которых посредством промежуточных звеньев шарнирно прикреплены к дополнительной прямоугольной рамке, а вторые концы которых жестко закреплены на раме тележки, при этом тензобалки установлены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, параллельных вертикальному, горизонтальному и боковому измеряемым усилиям, а продольные плоскости поперечного сечения тензобалок параллельны плоскостям, в которых лежат определяемые силы.

Кроме того, точки крепления промежуточных звеньев к дополнительной прямоугольной рамке расположены в одной плоскости

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображено устройство для определения усилий, на фиг. 2 - схема действия вертикальных, горизонтальных и боковых усилий, на фиг. 3- сечение А-А на фиг. 1 на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 1, на фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 1, на фиг. 6 сечение Г-Г на фиг. 1, показывающее пространственное расположение тензорезисторов на тензобалке.

Устройство для измерения усилий, действующих на рабочий орган со стороны почвы, содержит раму 1 для сменного рабочего органа 7, размещаемых в почвеннном канале на подвижной тележке (на чертеже не показана). Дополнительная прямоугольная рамка 2 с жестко закрепленным на ней рабочим органом 7, например культиваторной стойкой, присоединяется к раме 1 с помощью тензобалок 3, 4, 5 и промежуточных звеньев 6. Тензометрические балки установлены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях (фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5). Устройство имеет по крайней мере шесть измерительных звеньев, расположенных: три в одной плоскости, два в другой и одно в третьей (фиг. 2). Продольные плоскости тензобалок (фиг. 6) параллельны плоскостям, в которых лежат определяемые силы Р_Г, Р_В, Р_Б (фиг. 2). Тензобалка 4 служит для замера продольной силы, тензобалки 5 служат для замера поперечной силы, тензобалки 3 служат для замера вертикальной силы посредством тензорезисторов 8 (фиг. 6). Промежуточные звенья 6 перпендикулярны продольным плоскостям тензобалок.

При работе устройства усилия Р_Г, Р_В, Р_Б, воздействующие на рабочий орган 7 (фиг. 2), передаются на рамку 2 и, через промежуточные звенья 6, на тензобалки 3, 4, 5. В результате на тензобалки 3-5 действуют усилия R₁, … R₇ (фиг. 2). Для указанной системы сил можно записать уравнения статики, из которых по измеренным усилиям R₁, … R₇ можно определить расчетным путем искомые усилия Р_Г, Р_В, Р_Б.

За счет введения дополнительной прямоугольной рамки и выполнения измерительных звеньев в виде тензометрических балок, одни концы которых шарнирно прикреплены к ней посредством промежуточных звеньев, а вторые концы жестко закреплены на раме тележки, при этом упомянутые тензобалки установлены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, обеспечивается достижение заявленного технического эффекта. Кроме того, заявленное устройство обеспечивает повышение точности измерения усилий за счет устранения дополнительных моментов, учитываемых в системе уравнений и не требуется настройка устройства каждый раз под конкретный рабочий орган.