Оборудование для исследования процессов резания и копания грунта землеройными машинами

Для экспериментальных исследований процессов копания грунта на физических моделях землеройных машин необходимы установки, обеспечивающие максимальное приближение рабочего процесса модели к условиям работы натурной машины, а также точное измерение усилий и других параметров. Ранее созданные стенды (А. с. 248310, 275481 СССР) не обеспечивают моделирования процесса копания, так как заглубление и выглубление рабочего органа осуществляется по заранее заданным траекториям и не связано с самим рабочим процессом. Вместе с тем при работе толщина срезаемой стружки зависит от силы тяги, развиваемой машиной.

Тензометрические элементы у таких стендов закреплены шарнирно в четырех и более точках, поэтому, как при их монтаже, так и при изготовлении необходима высокая точность. Кроме того, при шарнирном закреплении тензоэлементов наблюдается их взаимонагружение. Так, деформация тензоэлементов, воспринимающих усилие в одной плоскости, приводит к деформации тензоэлементов, измеряющих усилие в другой плоскости, а это снижает точность измерения.

В Белорусско-Российском университете разработан и эксплуатируется стенд (А. с. 775647 СССР), позволяющий в значительной мере устранить отмеченные недостатки. Стенд уже много лет эксплуатируется, и показал свою надежность.

Стенд состоит из тяговой станции, грунтового канала, тележки с автоматической следящей системой и тензоизмерительной аппаратуры.

Основной элемент стенда — тележка (рис. 5.1), состоящая из ходовой 1 рамы и тензометрической 12, на которой закреплен исследуемый рабочий орган 2землеройной машины.

Рисунок 5.1 – Тензометрическая тележка

Ходовая рама на колесах 6установлена в натравляющих 11 грунтового канала, по которым перемещается посредством канатов, приводимых в движение тяговой станцией, представляющей собой электродвигатель, коробку перемены передач и лебедку.

Для измерения горизонтальных и вертикальных усилий, действующих на рабочий орган, используется тензометрическая рама, которая опирается на тензобалочки 8, 10, воспринимающие вертикальные усилия. Они расположены по длине тензометрической рамы таким образом, что позволяют измерять нормальные реакции на оси колесной машины. Положение по высоте тензобалочки 9, воспринимающей горизонтальное усилие и перемещающей тензометрическую раму, определяется местом приложения тягового усилия на исследуемой машине. Для уменьшения сил трения все модели рабочего органа опираются на тензобалочки через подшипники 7.

Такая конструкция тензометрической рамы позволяет, с одной стороны, исключить взаимонагружение тензобалочек во время работы стенда, поскольку при деформации какой-либо тензобалочки, под воздействием приложенной к ней нагрузки, отсутствуют деформации других тензобалочек, а с другой — снизить требования к точности и соосности установки тензобалочек. Тензобалочка 13 может поворачиваться на некоторый угол к вертикальной плоскости, так как имеется шарнирное крепление к винту редуктора 16. Этим обеспечивается установка тензометрической рамы на три точки и исключается влияние погрешностей изготовления и монтажа тензобалочек на их деформацию, повышается точность измерений.

Автоматическая следящая система стенда позволяет максимально приблизить процесс копания моделью рабочего органа к условиям работы натурной машины, так как моделируются два параметра: максимальные сила тяги и толщина стружки.

Чувствительным элементом системы при моделировании горизонтального усилия служит тензобалочка 9, на свободном конце которой находится рычаг 5, контактирующий с концевыми выключателями 3 и 4. Настройку системы на определенное усилие осуществляют винтами рычага. В корпусе редуктора 16 установлен концевой выключатель, который позволяет моделировать второй параметр — максимальную толщину стружки. Эти концевые выключатели через пусковые реле управляют электродвигателем 17.

Работа следящей системы осуществляется следующим образом. При копании грунта тензобалочка 9 перемещает тензометрическую раму с моделью рабочего органа и одновременно регистрирует горизонтальное усилие. При ее деформации, пропорциональной действующему усилию, свободный конец тензобалочки перемещается на определенный угол, изменяя положение рычага 5, контактирующего с концевыми выключателями 3 и 4. В зависимости от срабатывания нормально замкнутого 4 или нормально разомкнутого 3 контакта, электродвигатель через редуктор и тензобалочку 13 перемещает переднюю часть тензометрической рамы вместе с моделью соответственно вниз или вверх. Вследствие этого изменяется толщина срезаемой стружки и горизонтальное усилие, которое и (будет поддерживаться на заданном постоянном уровне, равном силе тяги машины с учетом масштаба модели.

Для планировки грунта используют отвал 14. установленный на ходовой раме. Усилие, действующее на этот отвал, воспринимается ходовой рамой и не передается на тензометрическую раму. Рабочий орган и отвал, помещенные на одной тележке, обеспечивает точное выдерживание заданной толщины стружки при работе без следящей системы и повышает точность измерения стружки при копании с переменной ее толщиной. Толщину стружки измеряют потенциометром 15, встроенным в редуктор 16.

В зависимости от настройки стенда можно осуществлять копание при постоянной толщине стружки без следящей системы (рис. 5.2 кривая 1) и при заданной силе тяги машины (рис. 5.2, кривые 2, 3).

Рисунок 5.2 – Зависимости горизонтального усилия и толщины h срезаемой стружки от пути L копания

Стенд обеспечивает в последнем режиме моделирование рабочего процесса землеройной машины в двух вариантах. Если действуют контакты 3 к 4 (см. рис. 5.1), то моделируется параметр «максимальная сила тяги». При копании грунта происходит заглубление рабочего органа до тех пор, пека горизонтальное усилие не достигнет определенного значения. В этом случае размыкается нормально замкнутый контакт 4. При дальнейшем копании срабатывает нормально разомкнутый контакт 3 и осуществляется копание с постоянной силой тяги в результате выглубления модели рабочего органа.

Если действует контакт 3 и контакт, установленный в корпусе редуктора, то обеспечивается моделирование параметров «максимальная сила тяги» и «максимальная толщина стружки». Рабочий процесс состоит из заглубления ковша на величину, определяемую настройкой, копании при постоянной толщине стружки с последующим вытлублением ковша при постоянной силе тяги, определяемой также настройкой.

Таким образом, конструкция стенда позволяет исследовать рабочее оборудование на всех режимах, включая процессы заглубления и выглубления рабочего органа, как с помощью следящей системы, так и без нее, путем замыкания вручную необходимых контактов конечных выключателей. При этом обеспечивается точное измерение усилий, действующих на рабочий орган. Исследования процессов копания грунта с помощью данного стенда позволяют более обоснованно подходить к оценке новых конструктивных решений, а также к выбору рациональных параметров рабочего оборудования землеройных машин.