RU2017098C1

RU2017098C1 - Stand for determination of grounds cutting efforts

Info

Publication number: RU2017098C1
Authority: RU
Inventors: О.Н. Беззубик; В.А. Беляшов; Т.П. Морозова; Б.И. Смирнов
Original assignee: Центральный научно-исследовательский институт им.акад.А.Н.Крылова
Priority date: 1991-06-03
Filing date: 1991-06-03
Publication date: 1994-07-30

Abstract

FIELD: measurement engineering. SUBSTANCE: auxiliary shaft and propelling shaft, connected by a coupling, are located on a bed-frame of a stand. A driven engine and a reduction gear are also connected by a coupling. Inertial mass is fixed on the auxiliary shaft and the shaft is connected with the reduction gear by an flexible coupling. A strain-measuring dynamometer of axial force and a rotation rate sensor are mounted on the propelling shaft. A cutting tool, made as blades of the propelling shaft, is fixed on the propelling shaft. A truck with tested sample of ice is moving along a railway. A current collector and a sensor of torque are located on the propelling shaft, a sensor of twisting - on the cutting tool, a sensor of bending - on cantilever part of the propelling shaft. The truck movement is caused by winding of a closed loop rope on a drum by a mechanical winch during electric engine rotation and speed of movement is measured by a sensor. EFFECT: stand is used for determination of cutting efforts of propelling shafts of ice-breakers. 2 dwg

Description

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. The invention relates to testing equipment, in particular to determining the cutting forces of soils, and can be used to measure the forces arising on the propeller blades of icebreakers and vessels of active ice navigation during their interaction with ice.

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. Known stand for determining the efforts of cutting soil, made by ed. testimonial. USSR N 334494, class G O1 L. 1/22, 1972, containing a base on which a trolley equipped with a dynamometer and a cutting tool moves with a cable and a winch.

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. A disadvantage of the known stand is the limitation of its functionality. In particular, it does not allow to determine the cutting forces arising on a rotating cutting tool, does not provide the required reliability of the measurement in dynamic mode when the cutting tool destroys hard soils.

Цель изобретения -повышение эффективности за счет возможности испытания образцов льда вращающимся режущим инструментом и повышение достоверности. The purpose of the invention is to increase efficiency due to the possibility of testing ice samples with a rotating cutting tool and increase reliability.

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. To do this, in the stand for determining the cutting forces of soils, containing a base, a cutting tool and a dynamometer, a drive motor located on the base, an intermediate shaft and a propeller shaft with a speed sensor, an inertial mass, a rigid and flexible coupling, a cart for test ice sample with translational speed sensor mounted on a rail with the ability to move relative to the cutting tool, a mechanical winch with a drum, through a closed cable connected to one side of the carriage and a cable tensioning mechanism connected to the other side of the carriage, while the cutting tool is mounted on the free end of the propeller shaft, which is connected to the intermediate shaft through a rigid coupling, and with a drive motor through an elastic coupling and gearbox, the inertial mass is fixed on the intermediate shaft, the dynamometer consists of an axial force sensor located on the propeller shaft, a torque sensor and bending sensors, and a scrue sensor mounted on the cutting tool and the base is made in the form of a gear, the gear is in the form of a gearbox, the cable tension mechanism is in the form of a worm gear connected to a horizontally mounted spindle with a fixed support, on which a unit for a closed cable of a mechanical winch equipped with a feed speed adjustment mechanism is fixed ice.

На фиг. 1 показано устройство, общий вид; на фиг. 2 - конструкция механической лебедки. In FIG. 1 shows a device, a General view; in FIG. 2 - design of a mechanical winch.

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. The stand (Fig. 1) consists of a base 1, on which a drive motor 2, a gearbox with a gearbox 3, bearings 4, 5 are mounted. An intermediate shaft 6 and a propeller shaft 7 are rigidly connected to each other by means of a coupling 8. The same clutch 8 connects the drive motor to the gearbox. An inertial mass 9 is fixed on the intermediate shaft, and the shaft is connected to the gearbox through an elastic coupling 10. The propeller shaft is equipped with an axial force tensometric dynamometer 11 and a speed sensor 12. On a cantilever mounted portion of the propeller shaft, a cutting tool 13 is fixed in the form of two diametrically arranged propeller blades. Along the link of the rail track 14 on the running wheels 15, a trolley 16 is moved relative to the cutting tool, on which the test ice sample 17 is fixed. Moving the cart is carried out using an endless cable 18 connected to the drum 19 of a mechanical winch. The cable passes through the block 20, mounted on the axis of the movable bracket 21. On the trolley mounted sensor 22 speed translational movement of the trolley. A movable lifting device 23 is installed on the farm. The propeller shaft is equipped with a current collector 24 and a torque sensor 25. A twisting sensor 26 is arranged on the cutting tool. Sensors 27 of bending moment are installed on the console part of the propeller shaft.

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. The stand is equipped with a cable tension device containing a worm gear 28. A horizontally mounted spindle 29, a fixed support 30, a movable nut 31 with two rods 32, which are connected to an axially movable bracket 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. The mechanical winch (Fig. 2) contains an electric motor 33, a tachogenerator 34 connected to the electric motor shaft, a shoe electric brake 35, a two-stage gearbox 36, a clutch 37 and a drum 19. To maintain a constant rotation speed of the electric motor, regardless of the load, it is controlled from a thyristor converter 38 in a closed circuit with the introduction of negative feedback from the tachogenerator 34. The adjustment of the ice feed speed is carried out by controlling the speed of the electric motor from the master 39 The farm has buffer trolley 40 limit stops.

Стенд работает следующим образом. The stand works as follows.

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. A test sample 17 of ice is mounted on the trolley 16 using a lifting device 23. Using the engine 2 and the gearbox 3, the required speed of the cutting tool 13 is set, which is fixed by the sensor 12. Using the gear unit 39 and the electric motor 33, the necessary speed of the trolley is moved along the rail 14. The movement of the trolley 16 is ensured by winding the closed cable 18 on the reel 19 of a mechanical winch during rotation of the electric motor 33. The speed of the trolley is fixed by the sensor 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. The forces arising on the cutting tool 13 are measured by a dynamometer containing sensors of axial force 11, torque 25, bending moment 27, torsional stresses 26. Information from the measuring sensors is removed from the rotating shaft using a current collector 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. To increase the reliability of measurements by reducing the influence of inertial forces arising from the destruction of ice and impacts of the cutting tool, an inertial mass 9 is installed on the shaft of the cutting tool, which is connected through a flexible coupling 10 to gearbox 3, and the trolley 16 is connected to the test sample through a closed cable 18 with the device of its tension.

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. Upon reaching a certain speed, the inertia of the system becomes large enough to ensure uniformity of rotation of the cutting tool during ice cutting and the elimination of inertial loads. The elastic coupling 10 filters the dynamic "noise" from the gearbox side, and also serves to shift the lower frequency of the natural oscillations of the system to the low frequencies beyond the operating frequencies of the cutting tool.

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. The cable tensioning device ensures uniform movement of the trolley when breaking chips, the formation of cracks in the sample and the separation of pieces from the array. This reduces the dynamic distortion due to impacts of the test sample on the cutting tool.

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. Measurements of the speed of movement of the cutting tool, the test sample, as well as the forces and moments on the cutting tool, make it possible to determine the least energy-intensive and most productive way of separating soil from the array, and the optimal geometry of the cutting tool.

Claims

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. STAND FOR DETERMINING THE EARTH'S CUTTING EFFORTS, containing a base, cutting tool and dynamometer, characterized in that, in order to increase efficiency due to the possibility of testing ice samples with a rotating cutting tool and increase reliability, a drive motor placed on the base, coaxially mounted in bearings, is introduced into it supports an intermediate shaft and a propeller shaft with a speed sensor, inertial mass, rigid and flexible couplings, a trolley for a test ice sample with a speed sensor movement, mounted on the track with the possibility of movement relative to the cutting tool, a mechanical winch with a drum through a closed cable connected to one side of the carriage, and a cable tensioning mechanism connected to the other side of the carriage, while the cutting tool is mounted on the free end of the propeller shaft, which through a rigid coupling is connected to the intermediate shaft, and through an elastic coupling and gearbox to a drive motor, the inertial mass is fixed to the intermediate shaft, the dynamometer consists of p axial force sensors, torque sensors and bending sensors placed on the propeller shaft, and twisting sensors placed on the cutting tool, the base being made in the form of a truss, the gearbox in the form of a transmission, the cable tension mechanism in the form of a worm gearbox connected horizontally an installed spindle with a fixed support and a movable nut, through rods connected with a movable support, on which a block for a closed cable of a mechanical winch equipped with a mechanism for adjusting the sk growth of ice flow.