Измерительное устройство для исследования рабочих органов дорожных машин

Введение. Качество зимнего содержания покрытий автомобильных дорог и аэродромов определяется не только своевременностью проведения снегоуборочных работ, но и эффективностью использования снегоуборочной техники, материальных, трудовых и денежных ресурсов, направляемых на их выполнение. Основной целью зимнего содержания покрытий дорог и аэродромов является обеспечение пропускной способности автомобильных дорог и снижение количества ДТП путем удаления снежных образований с дорожного основания, тем самым увеличивая коэффициент сцепления колес.

Для удаления снежных образований с дорожных покрытий наиболее широко применяют снегоуборочные машины, оснащенные отвальными рабочими органами, как наиболее универсальные, простые в применении и техническом обслуживании. Для эффективного использования снегоуборочных машин, оснащенных отвалами, необходимо знать их оптимальные параметры установки, т.е. параметры, обеспечивающие наименьшее сопротивление резания при взаимодействии рабочего органа отвального типа с разрабатываемой средой.

Литературный анализ показал, что исследованиями резания уплотненного снега занимались такие ученые, как И.С. Вайсберг, Г.Г. Воскресенский, А.Л. Горбунов, А.П. Куляшов и Ю.И. Молев. Имеющихся данных недостаточно для определения оптимальных параметров установки отвала снегоуборочной машины, необходимы дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования для установления закономерностей формирования усилий резания уплотненного снега на отвале с учетом угла установки, угла резания и глубины резания и физико-механических свойств разрушаемого массива. Определение оптимальных параметров установки отвала на реальных снегоуборочных машинах технически сложно и экономически затратно.

Целью настоящей работы является разработка измерительного устройства, позволяющего проводить экспериментальные исследования по разрушению массива уплотненного снега моделями рабочих органов дорожных машин, установление закономерностей формирования горизонтальной, боковой и вертикальной составляющих усилия резания с учетом изменения физико-механических свойств уплотненного снега и геометрических параметров установки рабочего органа.

Методика исследования . Проведен анализ авторских свидетельств и патентов в области измерений усилий грунтов резанию (классы: G 01 L / 22, G 01 N 13 / 00) и выбран в качестве прототипа наиболее значимый патент № 734514 «Стенд для измерения сопротивления грунтов резанию» (рис. 1). Данный стенд предназначен для исследования влияния геометрических параметров установки резца, физико-механических свойств разрабатываемого массива и параметров среза на усилия резания.

Рис. 1. Стенд для измерения сопротивления грунтов резанию: 1 – неподвижные направляющие; 2 – катки;

3 – рама; 4 – винт; 5 – Т-образный упругий элемент; 6 – палец; 7 – резцедержатель; 8 – винт; 9 – режущий орган

Рис. 2. Внешний вид измерительного устройства с установленной моделью отвала автогрейдера

Недостатком данного стенда является взаимное влияние горизонтальной составляющей усилия резания на величину боковой составляющей, так как на величину деформации вертикальной части Т-образной консоли, на поверхности которой по ходу движения стенда установлены тензодатчики, влияет боковая составляющая усилия резания, равная этому усилию на плечо установки датчиков, и горизонтальная составляющая на меньшее плечо, которая изменяется как по величине, так и по направлению, а разделить по отдельности влияние их на изгибающий момент не предоставляется возможным. Это приводит к взаимному влиянию горизонтальной составляющей на показания боковой составляющей усилия резания и точность измерения.

Результаты исследования . Для устранения перечисленных недостатков на основе данного патента была разработана конструкция измерительного устройства. Внешний вид устройства, установленного на направляющих специального стенда, представлен на рисунке 2. Измерительное устройство содержит раму с упругим консольным элементом, держатель с моделью рабочего органа и три горизонтальные тяги с установленными на них проволочными тензодатчиками сопротивления ФКПА 20-200 согласно схемам, предложенным в работах [1, 2], регистрирующими составляющие усилия резания.

Тарировка тяг измерительного устройства производилась на специально изготовленной раме непосредственно на измерительном устройстве при помощи динамометра растяжения ДПУ-500, винтового приспособления и информационно-измерительного комплекса (рис. 3 и 4). Полученные тарировочные данные обрабатывались в программе «Microsoft Excel». На основании результатов обработки построены тарировоч-ные графики и определены тарировочные коэффициенты для каждой составляющей усилия резания.

Конструкция измерительного устройства позволяет, используя тензометрические датчики, воспринимать усилия каждой составляющей в отдельности, исключить их взаимное влияние друг на друга, реализовывать цифровую запись составляющих усилий резания при различных параметрах среза и физикомеханических свойствах разрабатываемых материалов.

в

Рис. 4. Тарировка тяг измерительного устройства: а – горизонтальной; б – вертикальной; в – боковой

Вывод

Данное измерительное устройство позволяет проводить лабораторные исследования по резанию уплотненных снежных образований и определять оптимальные параметры углов резания и установки рабочих органов отвального типа, применение которых позволяет повысить производительность снегоуборочных машин и эффективность зимнего содержания дорожных покрытий.