книги из ГПНТБ / Лихачев В.С. Испытания тракторов учеб. пособие

лйчйтеле сцепного веса. На трактор через тяги навесной системы воздействуют не только горизонтальное тяговое сопротивление машины, но и вертикальные нагрузки. При этом нагрузки распре­ делены в нескольких точках крепления тяг к остову трактора и часто имеют различные знаки.

Определение тяговых показателей трактора при работе с на­ весными орудиями, и в особенности его тяговой динамики тре­

в изготовлении и поэтому используются лишь при специальных исследованиях.

В НАТИ разработан способ динамометрирования тракторов с навесными системами при помощи тензометрических пальцев. Способ основывается на том, что величина усилий, нагружающих тяги навесной системы, определяется по величине реакций в шар­ нирах, соединяющих тяги с трактором. Для этой цели на цапфы шарниров (тензометрические пальцы) наклеивают проволочные тензорезисторы, сигналы от которых при деформации цапф под действием нагруженных тяг регистрируются осциллографом.

Тензометрический палец может быть одноопорным (консольным) и двухопорным.

Чтобы избежать ошибки при изменении точки приложения силы, нагружающей палец, на него наклеивают два тензорезистора R1 и R2, как показано на рис. 79, включая их в два рабочих плеча измерительного моста. При такой наклейке тензорезисторов

117

ІіЗмеііенпе плеча I приложений силы Р не влияет На показаний прибора, так как в этом случае измеряется деформация не на всей длине пальца, а только на плече а между тензорезисторами. Эта деформация, как видно из эпюры, пропорциональна силе Р и не зависит от точки ее приложения.

В нем имеются четыре диаметрально противоположных паза в вер­ тикальной и горизонтальной плоскостях, предназначенные для наклейки проволочных тензорезисторов. Наклейка последних

в горизонтальной плоскости позволяет измерить горизонтальную составляющую усилия, которым нагружена тяга, независимо от

118

угла ее наклона к плоскости пути. Тензорезисторами, наклеен­ ными в вертикальной плоскости, измеряют вертикальную состав­ ляющую усилия.

Рис. 82. Переходная тензо­ метрическая рамка (а) и схе­ ма ее использования (б):

1 — рамка; 2 — тяги навесной системы; 3 — тензопальцы; 4 — орудие

Применение тензометрических датчиков позволяет производить электрическое сложение результатов измерений усилий в верхней и нижних тягах и получать непосредственно величины равнодей­ ствующих горизонтальных или вертикальных составляющих сил, действующих в тягах навесной системы. Для этого тензорезисторы, наклеенные на пальцах нижних и верхней тяг в данной плоскости, включаются последовательно в рабочие плечи измерительного мо­ ста (рис. 81).

С целью повышения универсальности устройства с тензоме­ трическими пальцами в КубНИИТИМе изготовлена переходная тензометрическая рамка (рис. 82) для установки двухопорных

119

тензометрических пальцев. Рамка крепится болтами к заднему мосту трактора, а к ней с помощью тензометрических пальцев присоединяются тяги навески.

Применение тензометрических пальцев позволило преодолеть ряд трудностей при динамометрировании тракторов с навесными системами, устранило необходимость математической обработки

Рис. 83. Переходная тензоплатформа для динамометрирования трактора с навесными орудиями

результатов измерений усилий в каждой тяге навесной системы, так как на ленте осциллографа записывается лишь равнодействую­ щая усилий всей навесной системы в желаемой плоскости. По сравнению с другими устройствами тензометрические пальцы поз­ воляют получить более высокую точность измерения равнодей­ ствующей (1,5%).

Для динамометрирования с использованием тензометрических пальцев необходимо наличие подвижной тензолаборатории.

Для измерения горизонтальной составляющей тягового усилия при динамометрировании трактора Т-150 с навесными орудиями

вКубНИИТИМ изготовлена переходная тензоплатформа, пока­ занная на рис. 83. Платформа крепится к трактору в трех точках на шарнирных подвесках 2 и 5, пальцы которых установлены в ще­ ках на широкоподшипниках. Передняя подвеска прикреплена к по­ перечной балке рамы 1 трактора и соединена с платформой тягой 3, приваренной к платформе. Задние подвески закреплены на буге­ лях 4 заднего моста трактора.

Верхний и нижний валы 7 и 8 навесной системы установлены

встойках платформы; таким образом навесная система отделена от трактора. Горизонтальное тяговое усилие передается на трак­ тор через тяговое звено 6 динамографа. Горизонтальное переме­ щение рамы ограничено упорами, приваренными к тяге 3 спереди и сзади балки рамы 1,

120

§ 28. ИЗМЕРЕНИЕ КРУТЯЩИХ МОМЕНТОВ НА ПОЛУОСЯХ И ВАЛАХ

Измерение крутящих моментов на валах трансмиссий, полу­ осях ведущих колес, валах отбора мощности необходимо при опре­ делении мощностного баланса трактора, его тягового к. п. д., к. п. д. трансмиссий и других механизмов, при измерении нагру­ зок на механизмы трактора, сопротивления его перекатыванию, при испытаниях трактора с отбором мощности на привод сельско­ хозяйственных машин, испытаниях систем автоматического управ­ ления гидротрансмиссиями тракторов и при других работах.

Рис. 84. Схема наклейки тензорезисторов на ступицу ведущего колеса гусеничного трактора

Измерение крутящих моментов обычно производится с помощью тензорезисторов, которые наклеивают на вал, на проточку в полу­ оси, на ступицу или муфту и включают в измерительный мост. Выводы от тензорезисторов, наклеенных на вращающиеся валы, соединяют с мостовой схемой через токосъемные устройства. О схемах наклейки тензорезисторов было сказано в § 12. Для из­ мерения крутящих моментов используют также и индуктивные тензометрические датчики.

Для измерения крутящего момента на ведущем колесе тракторов ДТ-54А и ДТ-75 в НАТИ изготовлена ступица колеса с уменьшен­ ной в диаметре средней частью. Это сделано для повышения чувствительности к передаваемому крутящему моменту. В четырех диаметрально противоположных точках этой цилиндрической части ступицы наклеены четыре тензорезистора так, что каждый распо­ ложен под углом 45° к продольной оси ступицы и под углом 90° к диаметрально противоположному тензорезистору. Тензорезисторы включены попарно в два плеча полумоста, причем на одном плече они расположены под углом 90° к тензорезисторам другого плеча. Такая наклейка тензорезисторов обеспечивает температур­ ную компенсацию и исключает влияние деформаций изгиба. Вто­ рой полумост является элементом усилителя.

Во всех случаях наклейки тензорезисторов на оси и валы предъ­ является жесткое требование к точности наклейки относительно оси симметрии; даже небольшие геометрические отклонения

121

ß ІючНости наклейки вызывают НекомпеНсируемьіе погрешности от влияния деформаций изгиба.

На рис. 84 показана схема наклейки тензорезисторов на сту­ пице колеса. Справа и слева показаны два вида ступицы, распо­ ложенные под углом 90° друг к другу. Ступица показана «про­ зрачной», чтобы были видны тензорезисторы, наклеенные сверху и снизу.

200

П ровол очны е со п роти вл ен и я -.

Рис. 85. Измерительная схема безусилительного тензометрирования трактора МТЗ-50

Фольговые, а также «мощные» проволочные тензорезисторы с сопротивлением до 50 Ом позволяют получить мощные тензо­ метрические сигналы, что допускает осциллографическую запись без предварительного усиления. Безусилительное тензометрирование получило распространение и при измерении крутящих мо­ ментов.

На рис. 85 показана измерительная схема безусилительного тензометрирования трактора МТЗ-50, использованная автором при определении передаточной функции системы трактор—дви­ гатель—регулятор в условиях динамических нагрузок.

Для повышения чувствительности к крутящему моменту на полуосях трактора на расстоянии 500 мм от их наружных концов, между опорными подшипниками, проточены кольцевые канавки шириной 40 мм и глубиной 5 мм. Для вывода проводов к концевым токосъемникам вдоль полуоси профрезерованы канавки 5X5 мм. Тензорезисторы наклеивались в проточке и включались в качестве

122

активных в четыре рабочих плеча тензомоста по схеме на рис. 31, а и б. Были использованы фольговые тензорезисторы сопротивле­ нием по 100 Ом, включенные в каждое плечо в параллели попарно (сопротивление каждого плеча 50 Ом). Питание тензомоста осуще­ ствлялось напряжением 15—20 В от двух аккумуляторных ба­ тарей через реостат. Балансировка мостов производилась рео­

статами R2 и R3.

Питание схемы осуществляется от двух двенадцативольтовых аккумуляторных батарей. Рубильник П1 предназначен для пооче­ редного переключения батарей на подзарядку. С помощью рубиль­ ника П2 батареи включают на питание схемы или на подзарядку от тракторного генератора. Переключатели BR и ПЗ служат для переключения мостов на осциллограф или на миллиамперметр визуального контроля. Регистрация числа оборотов ведущих колес осуществлялась с помощью шестикулачковых автомобильных прерывателей (ГАЗ-51), установленных на полуосях, и счетчиков электроимпульсов СБ-1М/100. Для регистрации числа оборотов двигателя прерыватель был установлен на коромысло клапана двигателя. Четвертый прерыватель, показанный на схеме, — это телефонный наборный диск с замыкающими контактами для отме­ ток номера опыта. Измерение угловой скорости вала двигателя регистрировалось с помощью тахогенератора через полупровод­ никовые выпрямитель и стабилизатор, при этом условный нуль устанавливался включением той или другой ступени стабилизатора с помощью переключателя 174. Для записи хода рейки был уста­ новлен реостатный датчик.§

§ 29. ТОКОСЪЕМНИКИ

Токосъемник представляет собой коммутирующее устройство, предназначенное для подведения питания к тензометрическим дат­ чикам, укрепленным на вращающихся валах и полуосях, и для снятия сигналов этих датчиков. Основным условием надежной работы токосъемника является малое и постоянное по величине контактное сопротивление в точках контакта вращающихся и не­ подвижных деталей токосъемника.

Чтобы уравновесить влияние контактных сопротивлений на погрешность прибора, токосъемник включают так, чтобы выводные концы проводов от диагоналей измерительного моста или от полу­ моста были подключены к токосъемнику, как показано на рис. 86 и 39 (узел ТС).

Токосъемники бывают со скользящими контактами, ртутные и ртутноамальгамированные.

Существует большое разнообразие конструкций токосъемников со скользящими контактами (с меднографитовыми’щетками, струн­ ных), а также выполненных на базе”шариковых'*'и',:’роликовых подшипников. В контактных парах этих токосъемников вследствие износа, появления оксидных пленок и загрязнения постоянно

123

меняется контактное сопротивление (по уровню и циклически). Кроме того, особенно в парах металл по металлу, возникает термо­ электродвижущая сила, налагающая на сигнал датчика постоян­ ную составляющую в зависимости от температуры в точках кон­ такта, и переменную составляющую из-за циклически меняю­ щейся полярности контактных поверхностей. Поэтому токосъем­ ники со скользящими контактами употребляют лишь в стацио­ нарных лабораторных усло­ виях при небольших угло­ вых скоростях и при пере­ даче мощных сигналов, ког­ да возникающие в контакт­ ных парах помехи на два порядка ниже уровня сиг­ нала.

Ртутные токосъемники, в которых подвижные кон­ такты работают в ртутной ванне, используют редко

встационарных лабораторных условиях. Они требуют хороших уплотнений и драгоценных металлов для электродов, работающих

вконтакте с ртутью.

Наиболее совершенными являются ртутноамальгамированные токосъемники, широко используемые при испытаниях тракторов Центральной машиноиспытательной станцией: проходные (ТРАП)— для установки на валах различных диаметров и концевые (ТРАК) — для установки на концах осей. Эти токосъемники вы­ полняют на 4; 6 и 8 контактных колец. Имеются также конструк­ ции, разработанные НАТИ.

В ртутноамальгамированном токосъемнике (рис. 87) непо­ движные 1 и вращающиеся 2 медные контактные кольца располо­ жены в корпусе токосъемника с радиальным зазором 0,1 мм. Кон­ тактные поверхности колец амальгамированы, ртуть между ними

124

удерживается свойствами капиллярности. Для заполнения кон­ тактного зазора ртутью вывертывают винты 3 ив отверстия зали­ вают по нескольку капель ртути.

Контактные кольца собраны и блок с кольцами 5 и 6 из орга­ нического стекла. Подвижную часть 8 корпуса токосъемника на­ девают на вал, на котором установлены датчики. Неподвижная часть 9 сопряжена с подвижной через шарикоподшипники. Про­ водники 7 от вращающихся колец подключаются к датчикам, про­ водники от неподвижных колец — к прибору. Планки 4 и 10 вмон­ тированы в корпус для изоляции проводников 11 и винтов 3.

Работа с ртутноамальгамированными токосъемниками и их хранение требуют особой осторожности ввиду токсичности паров ртути. Амальгамирование должно производиться в закрытом вы­ тяжном шкафу с помощью манипуляторов или рукавов-перчаток. Хранение токосъемников обязательно в герметичной таре. При хранении трактора со ртутноамальгамированными токосъемниками в закрытом помещении зараженность воздуха парами ртути около трактора, при отсутствии в этой зоне вентиляции, может в не­ сколько раз превышать допустимые нормы. В полевых условиях работа с ртутноамальгамированными токосъемниками, установ­ ленными на внешних валах и осях, опасности не представляет.

В настоящее время все чаще находят применение токосъем­ ники с серебрянными кольцами (толщиной менее 2 мм) и серебряно­ графитовыми токосъемными щетками. Они имеют несколько худшую характеристику и более дороги, но безопасны с точки зрения санитарных требований.

§ 30. РАСЧЕТ ТЕНЗОЗВЕНЬЕВ

Расчет тензозвена как чувствительного элемента для измерения тягового усилия трактора или крутящнго момента на полуоси ведущего колеса состоит в увязке деформации звена в плоскости наклейки тензорезистора с сигналом на выходе измерительного моста. По подсчитанной деформации рассчитывают размеры тензо­ звена (тензостержня, тензопальца, проточки на полуоси и т. п.).

Учитывая, что тензорези'стор наклеивают на деталь таким об­ разом, чтобы на него действовали только деформации растяжения или сжатия, а другие виды деформации исключались или компен­ сировались, имеем исходное уравнение

где а — напряжение растяжения или сжатия; Е —- модуль упругости стали;

а— относительная деформация растяжения или сжатия в пло­ скости наклейки тензорезистора.

Всоответствии с § И

125

где k — коэффициенттензочувствительности тензорезистора (учи­ тывающий также и коэффициент Пуассона);

R — сопротивление тензорезистора;

A.R — изменение сопротивления тензорезистора вследствие деформации е.

Из формул (11) и (12) имеем

ДR

(13)

R k

Рассмотрим задачу относительно измерительного моста с че­ тырьмя активными плечами (см. рис. 31, а и б) для безусилительного тензометрирования. Сопротивления всех плеч моста равны между собой (разницей между величинами сопротивлений

и — R вследствие неравноценности напряжений растяжения и сжатия на противоположных сторонах стержня для случая изгиба пренебрегаем). Необходимо увязать заданную величину ординаты осциллограммы с деформацией тензорезистора.

Высота ординаты h при данной чувствительности гальванометра

h

S j = -у— мм/мА

* Г

определяется током гальванометра (сигналом измерительного мо­ ста) / г:

Величину тока гальванометра Іг найдем, используя метод эк­ вивалентного генератора. Представим мост (рис. 88, а) в виде ак­ тивного двухполюсника (рис. 88, б). Тогда ток гальванометра определится из выражения

где Ra — суммарные сопротивления гальванометра, проводов и регулировочных сопротивлений в цепи.

Эквивалентное сопротивление R3' относительно точек а и b найдем из условия короткого замыкания источника э. д. с. Еэ:

Эквивалентную э. д. с. Еэ найдем из условия холостого хода контура (рис. 88, б):

£ э = U ab XX-

Напряжение Uabхх между точками а и b равно разности потен­ циалов в этих точках:

U a b \ * = Ф а - ф * = h ( R + А / ? ) - / Л * - А / ? ) .

126