стенд для определения усилий резания грунтов

Формула изобретения

СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСИЛИЙ РЕЗАНИЯ ГРУНТОВ, содержащий основание, режущий инструмент и динамометр, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности за счет возможности испытания образцов льда вращающимся режущим инструментом и увеличения достоверности, в него введены размещенные на основании приводной двигатель, соосно установленные в подшипниковых опорах промежуточный вал и гребной вал с датчиком частоты вращения, инерционная масса, жесткая и эластичная муфты, тележка для испытуемого образца льда с датчиком скорости поступательного перемещения, установленная на рельсовом пути с возможностью перемещения относительно режущего инструмента, механическая лебедка с барабаном, через замкнутый трос связанная с одной стороной тележки, и механизм натяжения троса, связанный с другой стороной тележки, при этом режущий инструмент закреплен на свободном конце гребного вала, который через жесткую муфту соединен с промежуточным валом, а через эластичную муфту и редуктор - с приводным двигателем, инерционная масса закреплена на промежуточном валу, динамометр состоит из размещенных на гребном валу датчика осевой силы, датчика крутящего момента и датчиков изгибающего момента, и размещенного на режущем инструменте датчика скручивания, причем основание выполнено в виде фермы, редуктор - в виде коробки передачи, механизм натяжения троса - в виде червячного редуктора, связанного с горизонтально расположенным ходовым винтом с неподвижной опорой и подвижной гайкой, через тяги связанной с подвижной опорой, на которой закреплен блок для замкнутого троса механической лебедки, снабженной механизмом регулировки скрости подачи льда.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к определению усилий резания грунтов, и может быть использовано для измерения сил, возникающих на лопастях гребного винта ледоколов и судов активного ледового плавания при их взаимодействии со льдом.

Известен стенд для определения усилий резания грунтов, выполненный по авт. свид. СССР N 334494, кл. G O1 L. 1/22, 1972, содержащий основание, по которому с помощью троса и лебедки перемещается тележка, снабженная динамометром и режущим инструментом.

Недостатком известного стенда является ограничение его функциональных возможностей. Он, в частности, не позволяет определить усилия резания, возникающие на вращающемся режущем инструменте, не обеспечивает требуемой достоверности измерения в динамическом режиме при разрушении режущим инструментом твердых грунтов.

Цель изобретения -повышение эффективности за счет возможности испытания образцов льда вращающимся режущим инструментом и повышение достоверности.

Для этого в стенд для определения усилий резания грунтов, содержащий основание, режущий инструмент и динамометр, введены размещенные на основании приводной двигатель, соосно установленные в подшипниковых опорах промежуточный вал и гребной вал с датчиком частоты вращения, инерционная масса, жесткая и эластичная муфты, тележка для испытуемого образца льда с датчиком скорости поступательного перемещения, установленная на рельсовом пути с возможностью перемещения относительно режущего инструмента, механическая лебедка с барабаном, через замкнутый трос связанная с одной стороной тележки, и механизм натяжения троса, связанный с другой стороной тележки, при этом режущий инструмент закреплен на свободном конце гребного вала, который через жесткую муфту соединен с промежуточным валом, а через эластичную муфту и редуктор - с приводным двигателем, инерционная масса закреплена на промежуточном валу, динамометр состоит из размещенных на гребном валу датчика осевой силы, датчика крутящего момента и датчиков изгибающего момента и размещенного на режущем инструменте датчика скручивания, причем основание выполнено в виде формы, редуктор - в виде коробки передач, механизм натяжения троса - в виде червячного редуктора, связанного с горизонтально расположенным ходовым винтом с неподвижной опорой, на которой закреплен блок для замкнутого троса механической лебедки, снабженной механизмом регулировки скорости подачи льда.

На фиг. 1 показано устройство, общий вид; на фиг. 2 - конструкция механической лебедки.

Стенд состоит (фиг. 1) из основания 1, на котором установлены приводной двигатель 2, редуктор с коробкой передач 3, опоры 4, 5. На опорах подвешен промежуточный вал 6 и гребной вал 7, связанные между собой жестко посредством муфты 8. Такая же муфта 8 соединяет между собой приводной двигатель с редуктором. На промежуточном валу закреплена инерционная масса 9, а вал связан с редуктором через эластичную муфту 10. Гребной вал оборудован тензометрическим динамометром 11 осевой силы и датчиком 12 частоты вращения. На консольно установленном участке гребного вала закреплен режущий инструмент 13 в виде двух диаметрально расположенных лопастей гребного винта. По звену рельсового пути 14 на ходовых колесах 15 перемещается относительно режущего инструмента тележка 16, на которой закреплен испытуемый образец 17 льда. Перемещение тележки осуществляется с помощью бесконечного троса 18, связанного с барабаном 19 механической лебедки. Трос проходит через блок 20, закрепленный на оси подвижного кронштейна 21. На тележке установлен датчик 22 скорости поступательного перемещения тележки. На ферме установлено подвижно подъемное устройство 23. Гребной вал оборудован токосъемником 24 и датчиком 25 крутящего момента. На режущем инструменте размещен датчик 26 скручивания. На консольной части гребного вала установлены датчики 27 изгибающего момента.

Стенд оборудован устройством натяжения троса, содержащим червячный редуктор 28. горизонтально расположенный ходовой винт 29, неподвижную опору 30, подвижную гайку 31 с двумя тягами 32, которые соединены с подвижным в осевом направлении кронштейном 21.

Механическая лебедка (фиг. 2) содержит электродвигатель 33, тахогенератор 34, соединенный с валом электродвигателя, колодочный электрический тормоз 35, двухступенчатый редуктор 36, муфту 37 сцепления и барабан 19. Для поддержания постоянной скорости вращения электродвигателя независимо от нагрузки управление им осуществляется от тиристорного преобразователя 38 по замкнутой схеме с введением обратной отрицательной связи от тахогенератора 34. Регулировка скорости подачи льда осуществляется управлением скорости электродвигателя от задатчика 39. На ферме установлены буферные ограничители 40 хода тележки.

Стенд работает следующим образом.

На тележку 16 с помощью подъемного устройства 23 устанавливают испытуемый образец 17 льда. С помощью двигателя 2 и редуктора 3 задают необходимую частоту вращения режущему инструменту 13, которую фиксируют датчиком 12. С помощью задатчика 39 и электродвигателя 33 задают необходимую скорость перемещения тележки по рельсовому пути 14. Движение тележки 16 обеспечивается намоткой замкнутого троса 18 на барабане 19 механической лебедки при вращении электродвигателя 33. Скорость движения тележки фиксируется датчиком 22.

Силы, возникающие на режущем инструменте 13, измеряются динамометром, содержащим датчики осевой силы 11, крутящего момента 25, изгибающего момента 27, напряжений скручивания 26. Информация от измерительных датчиков снимается с вращающегося вала с помощью токосъемника 24.

Для повышения достоверности измерений за счет снижения влияния инерционных сил, возникающих при разрушении льда и ударах режущего инструмента, на валу режущего инструмента установлена инерционная масса 9, которая через эластичную муфту 10 связана с редуктором 3, а тележка 16 с испытуемым образцом связана через замкнутый трос 18 с устройством его натяжения.

При достижении некоторой частоты вращения инерционность системы становится достаточно большой, чтобы обеспечить равномерность вращения режущего инструмента при резании льда и устранение инерционных нагрузок. Эластичная муфта 10 фильтрует динамические "шумы" со стороны редуктора, а также служит для смещения нижней частоты собственных колебаний системы в область низких частот за пределы рабочих частот вращения режущего инструмента.

Устройство натяжения троса обеспечивает равномерность движения тележки при сломе стружки, образовании трещин в образце и отделении кусков от массива. При этом снижаются динамические искажения, обусловленные ударами испытуемого образца о режущий инструмент.

Измерения скорости перемещения режущего инструмента, испытуемого образца, а также сил и моментов на режущем инструменте позволяют определить наименее энергоемкий и наиболее производительный способ отделения грунтов от массива, оптимальную геометрию режущего инструмента.