Стенд для дослідження робочих процесів будівельно-дорожніх машин

1. Стенд для дослідження робочих процесів будівельно-дорожніх машин, який включає станину, несучу раму, рухому платформу, електродвигун з редуктором, встановлені на станині, приводний вал, розташований перпендикулярно напрямку руху платформи, притискні ролики, піддон для розміщення грунту, вимірювальні вузли з чутливими елементами і тензорезисторами, пристрій для закріплення вимірювальних вузлів, горизонтальний гвинт з маховиком, гнучку передачу, вертикальний гвинт з приводом підйому і опускання вимірювальних вузлів, який відрізняється тим, що пристрій для закріплення вимірювальних вузлів виконаний у вигляді поворотної касети, встановленої на несучій рамі за допомогою чотирьох напрямних стержнів, горизонтального гвинта і двох сепараторів з опорами і забезпечуючи х йому горизонтальний, обертальний і вертикальний рух, станина являє собою прямокутний каркас із швелерів, несуча рама виконана у вигляді двох стійок, вертикально закріплених на бічних сторонах в середній частині станини, кожна з яких складається з двох паралельно встановлених на певній відстані труб прямокутного перерізу, рухома платформа виконана з двох паралельно розміщених швелерів, до верхніх полиць яких приварений металевий лист для установлення піддона, а до нижніх – зубчасті рейки, редуктор приводу рухомої платформи виконаний з двома співвісними вихідними валами, на кінцях яких жорстко закріплені зубчасті колеса, що взаємодіють з зубчастими рейками, піддон являє собою порожнистий металевий короб, при цьому поворотна касета виконана у вигляді барабана з чотирма плоскими гранями з зовнішньої сторони і п'ятьма отворами, один з яких центральний, виконаний з різьбою під горизонтальний гвинт, а решта розташовані радіально і виконані з діаметром, рівним діаметру напрямних стержнів, напрямні стержні виконані круглими, пропущені в радіальні отвори поворотної касети і жорстко за A (54) СТЕНД ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ РОБОЧИХ ПРОЦ ЕСІВ БУДІВЕЛЬНО-ДОРОЖНІХ МАШИН 30123 Винахід відноситься до будівництва і може бути використаний для визначення опору гр унту різанню одиничним ножем, бульдозерним відвалом, коченню катка та інших сил, діючих на робочий орган будівельно-дорожніх машин, а також для вимірювання несучої здатності і липкості грунту плоским штампом. Відомий прилад для вимірювання опору гр унту різанню, який складається з опорної рами, приводу, візка з робочим ножем, реєструючого пристрою, додаткової рами з кронштейнами і предметним столом для керна, розташованої в площині, перпендикулярній опорній рамі, і притискних резинокордних рукавів [1]. Недоліки цього приладу з заключаються в обмежених функціональних можливостях, зв'язаних з установкою тільки одного вимірювального вузла, і неможливістю регулювання параметрів зрізу по ширині керна. Вимірювання на ньому проводяться тільки в одному напрямку, а наявність холостого ходу знижує продуктивність дослідження грунту. Найбільш близьким по технічнім сутності до теперішнього є вибраний за прототип стенд для визначення фізико-механічних характеристик грунту, який включає станину, несучу раму, рухому платформу, піддон для розміщення зразків грунту, електродвигун з редуктором, гнучкою передачею і фрикційними приводними валами, притискні ролики, стійки з поперечною направляючою, горизонтальний гвинт з маховиком і повзуном, суппорт для закріплення двох вимірювальних вузлів, р ухомо встановлених на повзуні, вузли вимірювання опору різанню і обертального зрізу гр унту [2]. Недоліками відомого технічного рішення є такі. На суппорті є тільки два посадочних місця для вимірювальних вузлів, а електродвигун піддона не дозволяє регулювати швидкість взаємодії з грунтом робочих органів, що обмежує функціональні можливості стенда. Пристрій для закріплення вимірювальних вузлів передбачає демонтаж одного з них при випробуваннях грунту і повторну тарировку при наступній установці на стенд, що знижує продуктивність дослідження. Задача винаходу - розширення функціональних можливостей стенда і підвищення продуктивності досліджень. Вказана задача вирішується тим, що у відомому стенді ддя визначення фізико-механічних характеристик грунту, який включає станину, несучу раму, рухому платформу, електродвигун з редуктором, встановлені на станині, приводний вал, розташований перпендикулярно напрямку руху платформи, притискні ролики, піддон для розміщення грунту, вимірювальні вузли з чутливими елементами і тензорозисторами, пристрій для закріплення вимірювальних вузлів, горизонтальний гвинт з маховиком, гнучку передачу, вертикальний гвинт з приводом підйому і опускання вимірювальних вузлів, згідно з цим винаходом пристрій для закріплення вимірювальних вузлів виконаний у вигляді поворотної касети, встановленої на несучій рамі за допомогою чотирьох направляючих стержнів, горизонтального гвинта і двох сепараторів з опорами і забезпечуючи х йому горизонтальний, обертальний і вертикальний рух. Станина представляє собою прямокутний каркас із швелерів, несуча рама ви конана у вигляді двох стійок, вертикально закріплених на бокових сторонах в середній частині станини, кожна з котрих складається з двох паралельно встановлених на певній відстані труб прямокутного перерізу. Рухома платформа виконана із двох паралельно розміщених швелерів, до верхніх полиць яких приварений металевий лист для установки піддона, а до вихніх - зубчасті рейки. Редуктор привода рухомої платформи виконаний з двома співвісними валами, на кінцях яких жорстко закріплені зубчасті колеса, взаємодіючі з зубчастими рейками, піддон представляє собою порожній металевий короб. При цьому поворотна касета виконана у вигляді барабана з чотирма плоскими гранями з зовнішньої сторони і п'ятьма отворами, один з яких, центральний, виконаний з різьбою під горизонтальний гвинт, а решта розташовані радіально і виконані з діаметром, рівним діаметру направляючих стержнів. Направляючі стержні виконані круглими, пропущені в радіальні отвори поворотної касети і жорстко закріплені своїми кінцями в двох сепараторах. Сепаратори виконані у вигляді циліндрів з радіальними отворами для закріплення направляючих стержнів і центральними, в які пропущений горизонтальний гвинт, що переміщує за допомогою маховика поворотну касету в поперечному напрямку, і р ухомо встановлені в двох опорах. Кожна з опор сепараторів виконана з зовнішнім профілем і внутрішнім круглим отвором, рівним діаметру сепаратора і забезпечуючим його обертання навколо своєї вісі, споряджена двома кришками, що утримують опору на стійці несучої рами між трубами прямокутного перерізу, фіксуючим гвинтом для встановлення вимірювальних вузлів в робочий стан і гайкою, жорстко прикріпленою до нижньої частини опори. Привод підйому і опускання опор сепараторів виконаний електричним і вміщає електроднигун, клинопасову передачу і два редуктора, встановлений в нижній частині стійок несучої рами. Вхідні вали цих редукторів співвісно з'єднані з двома кінцями вала шківа клинопасової передачі, а вихідні вали жорстко з'єднані з двома, вертикальними гвинтами, розташованими всередині стійок в проміжку між трубами і взаємодіючими з гайками опор сепараторів, переміщуючи їх вздовж несучої рами. Вимірювальні вузли встановлені на поворотній касеті, чутливі елементи кожного з них виконані у вигляді Г-образної балки з наклеєними на обох полицях тензорезисторами, один кінець якої жорстко закріплений на плоскій грані барабана, а до другого прикріплена одна з моделей робочого органа машини - одиничний нiж, бульдозерний відвал, штамп, каток. Причому кількість робочих органів, встановлених на поворотній касеті, не перевищує кількості плоских граней її барабана, число радіальних отворів барабана і сепараторів відповідає числу направляючих стержнів, а відстань між трубами стійок дорівнює ширині прямокутного профіля опор сепараторів. Привод переміщення рухомої платформи виконаний з електродвигуном постійного струму і тиристорним керуванням. Стенд відрізняється також тим, що він споряджений кінцевими вимикачами переміщення рухомої платформи і опор сепараторів, пультом керування з пусковою і захисною апаратурою, встановленими у вер хній частині несучої рами. 2 30123 Таким чином, запропонований стенд для дослідження робочих процесів будівельно-дорожніх машин відповідає критерію винаходу "новизна". Зіставлення запропонованого рішення з прототипом та інших технічними рішеннями в даній галузі техніки не дозволило виявити в них ознаки, що відрізняють запропоноване рішення від прототипа. Це дозволило зробити висновок про відповідність його критерію "суттєви відзнаки". На фіг. 1 представлений загальний вид стенда, на фіг. 2 - те ж, вид спереду, на фіг. 3 показана поворотна касета з вимірювальними вузлами, на фіг. 4 дана принципова електрична схема керування електроприводами стенда, Стенд для дослідження робочих процесів будівельно-дорожніх машин включає станину 1, яка представляє собою прямокутний каркас із швелерів, встановлену на неї несучу раму 2, виконану у вигляді двох стійок, вертикально закріплених на бічних сторонах в середній частині станини. Кожна стійка складається з двох паралельно встановлених на певній відстані труб 3 прямокутного перерізу. На станині розміщена рухома платформа 4, виконана із двох паралельно розміщених швелерів 5, до верхніх полиць яких приварений металевий лист 6 для установки піддона, а до нижніх – зубчасті рейки 7. На рухому платформу встановлений піддон 8 для розміщення грунту, що представляє собою порожнистий металевий короб. Привод переміщення рухомої платформи складається з електродвигуна 9 постійного струму з тиристорним керуванням і редуктора 10, встановлених на станині і дозволяючих плавно змінювати швидкість переміщення піддона з грунтом відносно робочих органів. Редуктор виконаний з двома співвісними вихідними валами 11, розташованими перпендикулярно напрямку руху р ухомої платформи, на кінцях якої жорстко закріплені зубчасті колеса 12, взаємодіючі з зубчастими рейками. В нижній частині станини на кронштейнах 13 встановлені чотири притискних ролика 14 з можливістю притискання нижніх полиць швелерів рухомої платформи до зубчастих коліс. На несучій рамі рухомо встановлений пристрій для закріплення вимірювальних вузлів, який складається з поворотної касети 15, чотирьох направляючих стержнів 16, горизонтального гвинта 17 і двох сепараторів 18 з опорами 19 і забезпечуючих йому горизонтальний, обертальний і вертикальний рух. Поворотна касета виконана у вигляді барабана 20 з чотирма плоскими гранями з зовнішньої сторони і п'ятьма отворами. Один з них, центральний, виконаний в різьбою під горизонтальний гвинт 17, а решта розташовані радіально і виконані з діаметром, рівним діаметру направляючих стержнів 16. Направляючі стержні виконані круглими, пропущені в радіальні отвори поворотної касети і жорстко закріплені своїми кінцями в двох сепараторах 18. Сепаратори виконані у вигляді циліндрів з радіальнами отворами для закріплення направляючих стержнів і центральними, в які пропущений горизонтальний гвинт, що переміщує за допо-могою маховика 21 поворотну касету в поперечному напрямку, і рухомо встановлені в двох опорах 19. Кожна з опор сепараторів виконана з зовнішнім прямокутним профілем і внутрішнім круглим отвором, рівним діаметру сепаратора, і забезпечуючим його обертання навколо своєї вісі, споряджена двома кришками 21, що утримують опору на стійці несучої рами між трубами прямокутного перерізу, фіксуючім гвинтом 23 для встановлення вимірювальних вузлів в робочий стан і гайкою 24, жорстко прикріпленою до нижньої частини опори. Привод підйому і опускання опор сепараторів виконаний електричним і вміщає електродвигун 25, клинопасову передачу 26 і два редуктора 27, встановлених в нижній частині стійок несучої рами. Вхідні вали цих родукторів співвісно з'єднані з двома кінцями вала шківа 28 клинопасової передачі, а вихідні вали жорстко з'єднані з двома вертикальними гвинтами 29, pозташованими всередині стійок в проміжку між трубами, і взаємодіючими з гайками опор сепараторів, переміщуючи їх вздовж несучої рами. На поворотній касеті встановлені чотири вимірювальних вузла. Чутливі елементи кожного з них виконані у вигляді Г-образної балки 30 з наклеєними на обох полках тензорезисторами 31. Один кінець балки жорстко закріплений на плоскій грані барабана 20, а до другого прикріплена одна з моделей робочого органа машини - одиничний ніж 32, бульдозерний відвал 33, штамп 34, каток 35. Причому кількість робочих органів, встановлених на поворотній касеті, не перевищує кількості плоских граней 11 барабана 20. Число радіальних отворів поворотної касети сепараторів відповідає числу направляючих стержнів 16. Відстань між трубами 3 стійок дорівнює ширині прямокутного профіля опори 19 сепаратора. Привод переміщення рухомої платформи виконаний з електродвигуном постійного струму і тиристорним керуванням. Стенд споряджений кінцевими вимикачами переміщення рухомої платформи і опор сепараторів, пультом корування 36 з пусковою і захисною апаратурою, встановленими у верхній частині несучої рами 2. Система керування електроприводами стенда дозволяє реалізувати такі команди керування: переміщення робочого органа "уверх" і "вниз"; переміщення піддона з грунтом "вперед" і "назад"; регулювання швидкості переміщення піддона. Установка робочого органа в поперечному направленні здійснюється вручну. Технічна характеристика стенда для дослідження робочих процесів будівельно-дорожніх машин: Кількість змінних робочих органів, одночасно встановлених на поворотній касеті 4 Швидкість переміщення піддона, м/с 0,1-3,0 Робочий хід піддона, мм 1000 Крок квантування вимірюваних сигналів, с 0,01 Похибка вимірювання зусиль деформації, % 10 Встановлена потужність електроприводів, кВт 3,0 Джерело живлення 380 B, 50 Гц Габарити, мм 17´850´1350 Маса, кг 150 Працює стенд таким чином. На рухому платформу 4 встановлюють піддон з грунтом. Вмикнувши електропривод М2 переміщують рухому плат 3 30123 форму в крайнє положення "назад" (кнопкою SВ4) або "вперед" (кнопкою SВ3). Проміжну або аварійну зупинку здійснюють кнопкою SB5. Вимірювальний інструмент 32-35 встанавлюють на Г-образних тензобалках поворотної касети 15. Як робочі органи застосовують моделі бульдозерного відвалу, одиничний ніж, зуб, ковш, штамп, каток та ін. (одночасно до 4 шт.). Обертаючи сепаратори 18 в опорах 19 за допомогою направляючих стержнів 16 встанавлюють поворотну касету в робочий стан і закріплюють її фіксуючим гвинтом 23. За допомогою маховика 21 і горизонтального гвинта 17 переміщують поворотну касету в поперечному напрямку. У вертикальному напрямку касету переміщують за допомогою електропривода M1, вмикнувши кнопку SB1 (р ух "уверх") або кнопку SB2 (рух "вниз"). Крайні положення рухомої платформи і опор сепараторів обмежуються кінцевими вимикачами SQ1-SQ4. Встановивши робочі органи і необхідні кінематичні параметри вмикають реєструючу апаратуру (не показана) і досліджують робочі процеси будівельно-дорожніх машин. При цьому операції підйому-опускання і переміщення в поперечному (відносно піддона 3 напрямку для таких робочих органів як ніж, зуб, ковш, відвал, каток є допоміжними (установочними). Їх робочий рух здійснюється електроприводом постійного струму М2, який переміщує піддон з грунтом. Тиристорне керування дозволяє плавно регулювати швидкість переміщення робочих органів відносно масиву грунту зi швидкістю від 0,1 до 3,0 м/с. Для штампа допоміжними є переміщення поворотної касети в поперечному напрямку і піддона з грунтом - по горизонталі відносно вимірювальних вузлів, а робочим - рух у вертикальному напрямку з постійною швидкістю 2 мм/с, що здійснюється електроприводом M1. Перед початком досліджень тарирують всі чотири вимірювальних вузла, встановлені на поворотній касеті. Чутливі елементи вимірювальних вузлів (Г-образні тензобалки) дозволяють вимірювати одночасно дотичну і нормальну складаві зусиль опору робочих органів грунтовому середовищу. Вимірювальні сигнали з кроком квантування 0,01 с подаються в систему реєстрації і обробки даних. Таким чином, запропонований стенд дозволяє досліджувати процеси: різання грунту одиничним ножем або зубом ковша (варійовані параметри глибина, ширина, кут і швидкість різання); планування поверхні грунту грейдерним відвалом (варійовані параметри - глибина, кут і швидкість різання); розробка грунту ковшем екскаватора і бульдозерним відвалом з урахуванням заповнення ковша і притаскування стружки; укатки і ущільнення грунту (варійовані параметри - діаметр і ширина катка, глибина і швидкість його руху); вимірювання несучої здатності грунту при зануренні штампа і липкості гр унту - при підйомі із нього (варійовані параметри - діаметр і площа поверхні штампа, глибина, зусилля вдавлювання індентора і його відриву від поверхні грунту). Переваги розробленого стевда заключаються в розширенні функціональних можливостей установки і підвищенні продуктивності дослідження робочих процесів будівельно-дорожніх машин. Функціональні можливості стенда розширюються завдяки застосуванню поворотної касети, на якій одночасно можна встановити до чотирьох вимірювальних вузлів з моделями робочих органів машин, а також використанню електропривода постійного струму з тиристорним керуванням, що дозволяє мати робочі характеристики процесів в функції часу. Підвищення продуктивності досліджень досягається за рахунок автоматизації процесів вимірювання фізико-механічних характеристик грунтових середовищ і параметрів взаємодії робочих органів з грунтом, а також використання швидкозйомної поворотної касети, що дозволяє до мінімума скоротити час на установку нових робочих органів і їх тарирування в процесі досліджень. Джерела інформації 1. Авторське свідоцтво СРСР № 1102851, кл. Е02D1/02, G01C1/08, 1984. 2. Патент України № , кл. МПК 6 Е02D1/00, 1997 (прототип). Заявка № 97020602 від 12.02.1997, позитивне рішення від 29.08.1997. 4 30123 Фіг. 1 Фіг. 2 Фіг. 3 5 30123 Фіг. 4 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6