Іскіметр для підводних машин

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения сопротивления грунта резанию на подводных грунторазрабатывающих машинах автономных и буксируемых исследовательских установках. Известны устройства для измерения сопротивления грунта резанию под гидростатическим давлением, включающие опорную раму, размещенную в гипербарической камере с водой, тележку с резцодержателем, направляющие для ее передвижения, сменные ножи с тензочувствительными элементами и регистрирующую аппаратуру [1]. Недостатками их являются невозможность измерения сопротивления грунта резанию в условиях естественного залегания, ограниченность количества образцов грунта и рабочего хода ножа; они не могут быть установлены на подводных машинах, работающих на глубине. Наиболее близким из известных к заявляемому техническому решению является датчик сопротивления грунта резанию (искиметр), установленный на глубоководной буксируемой установке SIC Mk-ll, содержащей лезвие (нож), заглубленное в осадки и шарнирно подвешенное к раме за свои верхние концы, тягу, соединяющую центральную часть лезвия с чувствительным элементом, выполненным в виде цилиндра с резиновым компенсатором изменения гидростатического давления [2]. Недостатком, известного технического решения является низкая надежность работы искиметра, обусловленная незащищенностью конструкции от механической перегрузки, из-за чего он может использоваться для испытаний только слабых и рыхлых гр унтов типа донных осадков. При опускании на прочный грунт или встрече локальных, непреодолимых для ножа, препятствий при буксировании конструктивные элементы искиметра могут быть повреждены, так как его масса значительно меньше массы установки, в то время как основная нагрузка будет приложена к ножу. Задача изобретения состоит в повышении надежности работы искиметра. Указанная задача решается тем, что известный искиметр, содержащий маслозаполненную гильзу с резиновым компенсатором изменения гидростатического давления, чувствительный элемент, установленный внутри гильзы, рабочий нож и тягу для передачи деформации ножа к чувствительному элементу, согласно настоящему изобретению, снабжен двумя щеками выполненными в виде параллельных пластин, жестко соединенных между собой перемычками, упругим элементом - в виде прямоугольной балочки, консольно защемленной на вертикальной перемычке в средней части щек, валом для шарнирного крепления щек спереди, пригрузами, установленными с противоположной стороны щек на горизонтальной перемычке, образующей поддон, упорным болтом, прикрепленным внизу поддона с зазором, равным максимальному прогибу балочки, тензопреобразователем силы, установленным в гильзе на резьбе. Гильза герметично закреплена на крышке, установленной в верхней части щек и выполнена с герметичным разъемом, рабочий нож прикреплен к свободному концу упругой балочки. При этом щеки искиметра опираются на раму подводной машины с возможностью поворота вокруг вала, закрепленного на этой же раме. Тензопреобразователь силы включает цилиндрический корпус с отверстием в нижней части, металлическую мембрану, в качестве чувствительного элемента, закрепленную по периметру корпуса, приклеенную к ней сапфировую подложку, на которой нанесены методом напыления кремниевые тензорезисгоры. соединенные в измерительный мост, рычаг, жестко прикрепленный к центру металлической мембраны и пропущенный в нижнее отверстие корпуса, предохранительную пластину, установленную в корпусе над тензорезисторами и дренажные отверстия для протока гидроизоляционного масла в полости над мембраной. Причем тяга искиметра выполнена в виде диска, закрепленного на свободном конце рычага и упирающегося в нижнюю часть упругой балочки. Таким образом, заявленный искиметр для подводных машин соответствует критерию изобретения"новизна". Сравнение заявленного решения с прототипом и другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявленное решение от прототипа. Это позволило сделать вывод о соответствии его критерию "существенные отличия". На фиг 1 показан искиметр для подводных машин вид сбоку; на фиг. 2 - искиметр, вид сверху: на фиг. 3 искиметр, вид спереди; на фиг. 6 гензопреобразователь силы в сечении; на фиг. 5 - схема включения тензорезисторов, Искиметр содержит две щеки 1, выполненные в виде параллельных пластин, жестко соединенных между собой перемычками, упругий элемент - в виде прямоугольной балочки 2, консольно защемленной на вертикальной перемычке в средней части щек, вал 3 для шарнирного крепления щек спереди и пригрузы 4, установленные с противоположной стороны щек на горизонтальной перемычке, образующей поддон 5. Внизу поддона прикреплен упорный болт 6 с зазором 6, равным максимальному прогибу упругой балочки. К ее свободному концу прикреплен рабочий нож 7. Щеки опираются на раму 8 подводной машины с возможностью поворота вокруг вала, закрепленного на этой же раме. В верхней части щек установлена крышка 9, на которой герметично закреплена маслозаполненная гильза 10, выполненная с герметичным разъемом 11 и резиновым компенсатором 12 изменения гидростатического давления. Внутри гильзы на резьбе установлен тензопреобразователь силы 13, который включает цилиндрический корпус 14 с отверстием 15 в нижней части, металлическую мембрану 16, в качестве чувствительного элемента, закрепленную по периметру корпуса, приклеенную к ней сапфировую подложку 17, на которой нанесены методом напыления кремниевые тензорезисторы, соединенные в измерительный мост. К центру металлической мембраны жестко прикреплен рычаг 19, пропущенный в нижнее отверстие корпуса. Над тензорезисторами в корпусе установлена предохранительная пластина 20 и выполнены дренажные отверстия 21 для протока гидроизоляционного масла в полости над мембраной. На свободном конце рычага закреплена тяга искиметра, выполненная в виде диска 22, упирающегося в нижнюю часть упругой балочки. Работает искиметр следующим образом. В гильзу 10 устанавливают тензопреобразователь силы 13 и подключают его к герметичному разъему 11. Заливают через нижнее отверстие 15 корпуса 14 гидроизоляционное масло, например ПМС-10, и закрепляют резиновый компенсатор 12 с помощью хомутов на гильзе 10 и рычаге 19. Перед погружением грунторазрабатывающей машины на дно предварительно оценивают прочность грунта, ,на котором ей предстоит работать. По этим данным выбирают параметры режущего ножа 7 и упругой балочки 2 искиметра. Закрепляют диск 22 на рычаге 19 таким образом, чтобы он касался балочки 2 в ее свободном (не напряженном состоянии). Устанавливают на щеках 1 крышку 9 с закрепленной на ней гильзой 10. Регулируют величину зазора 6 между балочкой 2 и упорным болтом 6, который не должен превышать величину максимального хода рычага 19 тензопреобразователя силы. Искиметр закрепляют на подводной машине и устанавливают в поддон 5 необходимое расчетное количество пригрузов 4. После установки машины на грунт и включения ее в работу нож 7 воспринимает сопротивление грунта резанию. Измеряемые напряжения подаются в систему управления подводной грунторазрабатывающей машиной, где формируются команды на подъем и заглубление рабочего органа в грунт в зависимости от его крепости. Шарнирная подвеска искиметра предохраняет его от аварийных перегрузок в момент установки агрегата на грунт и при его движении. Так, при встрече участков с сопротивлением грунта, превышающем расчетное Fmax, или локальных препятствий, когда выталкивающая сила грунта становится больше установленного веса в поддоне (т.е. пpи где b и а - плечи приложения соответствующи х сил), щеки 1 искиметра, вращаясь вокруг вала 3, поднимаются относительно поверхности грунта, и режущий нож 7 преодолевает препятствие. Этим достигается повышение надежности работы искиметра в условиях эксплуатации на дне водоема. Ниже приведена техническая характеристика разработанного искиметра для подводных машин. Размеры упругой балочки, мм: длина 300; ширина 40; толщина 10, 12, 16. Допустимый прогиб балочки в точке измерения 0,8 мм. Размеры ножа, мм: длина 150; 200; 250; ширина 40; 60; 100; толщина 20; 40. Глубина резания, мм: 50; 100; 150. Давление на нож, кПа: расчетное 7,0; максимальное 20,0. Масса пригрузов 25 кг. Защита от перегрузок режущего ножа предусмотрена поворотом вокруг переднего шарнира. Радиус поворота крайней точки подвижной части искиметра 450 мм. Номинальное значение диапазона изменения силы тензопреобразователя 50 Н Начальное значение выходною сигнала при нулевом значении измеряемого параметра, не более ±25 мВ. Диапазон изменения выходного сигнала, соответствующий номинальному значению измеряемого параметра, не менее 230 мВ. Способ защиты тензопреобразователя -герметичный разгруженный корпус, масло-заполненный, гидрокомпенсированный. Схема измерения - термокомпенсированная. Питание тензопреобразователя постоянным током 2 ±0,3 мА. Перемещение конца рычага 0,18..0,8 мм Рабочая глубина искиметра 6000 м. Максимальное гидростатическое давление 65 МПа Габариты искиметра (без ножей), мм: длина 480; ширина 80; высота 200. Для регистрации выходного сигнала искиметра разработан контроллер, обеспечивающий фильтрацию, усиление и передачу сигнала по каналу связи на бортовую ЭВМ для дальнейшей обработки. Разработанный искиметр испытан в мелководных условиях и барокамере под давлением 65 МПа, показал хорошую работоспособность и рекомендован для установки на глубоководных грунторазрабатывающих машинах [3]. Его применение обеспечивает обратную связь в системе "машина-грунтовая среда" при дистанционном управлении глубоководными машинами, что позволяет повысить надежность и эффективность их эксплуатации.