Устройство для определения механических параметров грунта

 

Изобретение относится к области испытаний и исследований автомобильной , тракторной и др. видов техники , осуществляюпрсс транспортную работу на деформируемых грунтовых поверхностях. Цель изобретения - повьппение производительности, точности и достоверности определения механическит параметров грунта. Устройство содержит два измерительных ко леса (ИК) 1 и 2 со средствами создания на них вертикальных нагрузок в виде масс 3 и 4, на которых установлены датчики (Д) 5 и 6 вертикальных перемещений. С осями ИК 1 и 2 связа- / ны Д 11 и 12 их угловых скоростей вращения, Д 13 и 14 тяговых усилий прокатьтания и измерители глубины колеи ИК, каждый из которых состоит из . двух Д7, 8и9, 10 угла поворота штанг ИК. Жесткие ИК 1 и 2 одинакового диаметра с помощью масс 3 и 4 нагружаются вертикальными нагрузками и прокатываются по грунту. Сигналы с iS Д 5-14, пропорциональные углам пово (/) рота штанг ИК, тяговым усилиям и вертикальным ускорениям, поступают в управляющзш) ЭВМ регистрирующего узла 15. Здесь по результатам замеров определяются оценки 6,2 коэффициентов пропорциональностиначально го сопротивления грунта вдавливанию и показателей , характеризующих закон изменения сопротивления грунта по глубине вдавливания . Правильность определения параметров определяется равенством С, и Cj. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (111

C

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР п0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3814254/22-03 (22) 10 ° 10. 84 (46) 15.10.86. Бюл. Р 38 (71) Центральный научно-исследовательский автомобильный полигон Центрального ордена Трудового Красного

Знамени научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института (72) С.Б.Шухман и 0,3.lllyp (53) 620.17 (088.8) (56) Агейкин Л.С. Проходимость автомобилей. М.: Машиностроение, 1981, с. 231.

Беккер M.Ã. Введение в теорию местность-машина. М.: Машиностроение, 1973, с. 520. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ГРУНТА (57) Изобретение относится к области испытаний и исследований автомобильной, тракторной и др. видов техники, осуществляющих транспортную работу на деформируемых грунтовых поверхностях. Цель изобретения — повышение производительности, точности и достоверности определения механических параметров грунта. Устрой(50 4 G 01 Р 21/00 // Е 02 D 3/026 ство содержит два измерительных колеса (ИК) 1 и 2 со средствами создания на них вертикальных нагрузок в виде масс 3 и 4, на которых установлены датчики (Д) 5 и 6 вертикальных перемещений. С осями ИК 1 и 2 связа-, ны Д 11 и 12 их угловых скоростей вращения, Д 13 и 14 тяговых усилий прокатывания и измерители глубины ко" леи ИК, каждый из которых состоит из . двух Д 7, 8 и 9, 10 угла поворота штанг ИК. Жесткие ИК 1 и 2 одинакового диаметра с помощью масс 3 и 4 нагружаются вертикальными нагрузками и прокатываются по грунту. Сигналы с

Д 5-14, пропорциональные углам:поворота штанг ИК, тяговым усилиям и вертикальным ускорениям, поступают в управляющую ЭВМ регистрирующего узла 15, Здесь по результатам замеров определ ляются оценки С,д коэффициентов пропорциональности:начального сопротивления грунта вдавливанию и показателей, характеризующих закон изменения сопротивления грунта по глубине вдавливания. Правильность определения параметров определяется равенством л л

С, и С . 4 ил.

1264002

Иsoáðåòåíèå относится к исследованию параметров грунта и может быть использовано для определения его механических параметров, знание которых реобходимо нри испытаниях и исследованиях автомобильной, тракторной и других видов техники, осуществляющих транспортную работу на деформируемых грунтовых поверхностях.

Изобретение может быть также ис.пользовано на стадии эксплуатации вышеуказанных видов техники, когда значения механических параметров грунта используются для подбора некоторых оптимальных значений регулировочных параметров машин (например, давление воздуха.в шинах, крутящий момент, подводимый к ведущим колесам, изменение вертикальной нагрузки на ведущие колеса и т.д.)„

Цель изобретения — повышение производительности, точности и достоверности определения механических параметров грунта.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства и измерительной системы; на фиг.2 — схема измерения глубины колеи; на фиг.3 — схема ввода экспериментальных данных в ЗВМ; на фиг.4 структура математического обеспечения обработки отцифрованных сигналов.

Устройство для определечия механических параметров грунта содержит измерительные колеса 1 и 2, средство создания на них вертикальной нагрузки в виде масс 3 и 4, установленные на последних датчики 5 и 6 вертикальных перемещений, связанные с копесами 1 и 2, датчики 7-10 углов поворота штанг, обеспечивающих измерение глубины колеи каждого колеса, датчики 11 и 12 угловых скоростей вращения каждого колеса, датчики 13 и 14 тяговых усилий ппокатывания. Датчики подключены к регистрирующему узлу 15, например магнитографу.

На фиг,2 изображена схема измерения глубины колеи при прокатывании колес, где отрезок ОА =1 — телескопическая штанга с ручной установкой ( длины точка Π— ось колеса отре1

У зок О В находится на неподвижном от( носительно перпендикуляра 0 С кронштейне, допускающем перемещение по нему точки О, в которой установлен датчик угла поворота штанги ОА — M полэун крепится в точке А штанги, расстояние О О обозначено через

На схеме ввода экспериментальных данных в ЭВМ позициями 16, 17, 18

5 и 19 обозначены сигналы, пропорциональные углам поворота штанг первого и второго измерения глубины колеи (,, + и R g соответственно); 20, 21 — сигналы тяговых усилий при прокатывании 1-го и 2-го колеса соответственно; 22, 23 — сигналы вертикальных ускорений; 24, 25 — сигналы датчиков 11, 12 угловых скбростей колес в импульсной форме; блок 26 — электронный коммутатор, управляемый от ЗВИ; 27 — аналого-цифровой преобразователь; 28 — управляющая ЭВМ; снабженная устройством связи с объектом; 29 - трехканальный формирователь импульсных сигналов. Позицией 30 обозначены импульсные отметки времени, Структура математического обеспечения обработки включает рекурсивный фильтр 3 1 с выбором диапазонов филь-,трации на базе априорной информации, блок 32 индентификации структуры случайных процессов, блок 33 определения паоаметров обработки, блок 34 определения оценок текущих значений математического ожидания случайных процессов, блок 35 определения текущих значений математического ожидания импульсных процессов, блок 36 определения аномальных участков грунтовых поверхностей, блок 37 корректировки измеренных параметров в случае аномальных участков грунтовых поверхностей, блок 38 определения оценок механических параметров грунта, 4О блок 39 сортировки данных для нор" мальных и аномальных участков грунтовых поверхностей, подготовки, формирования и выдачи выходных документов, I5 Устройство работает следующим образом.

Жесткие колеса со всем вышеуказанным оббрудованием зацепляются за тягачом (не показан), регистрирую5О щий узел обычно размещается в кузове или кабине тягача, Два жестких измерительных колеса 1 и 2 одинакового диаметра с помощью масс 3 и 4 нагру- . жаются различными вертикальными нагрузками. Каждое колесо с каждой стороны имеет датчики 7, 8, 9, IO углов поворота штанг, обеспечивающих измерение глубины колеи„ датчики 11

1264002

I г

h = К -a(- 1 cosof h = К -а" — 1 cos< л к (д= K и л л 20 к

h = R "а -1 cos(((. h =R — а — 1 cosa к q( (hi+ hz и — --—

2 л hg+ ?ц п =

2 — глубины колеи, оп- >? ределенные с помощью устройств 7-10;

- регулировочные параметры устройств

7-10; 30 — глубина колеи первого и второго жестких измерительных колес соответi,h<вh>âh4 ((а,а,l,l ((( и лп ственно; 35

R„ " радиус жестких колес.

На схеме ввода экспериментальных данных в ЭВМ 16, 17, 18, 19 — сигналы, пропорциональные углам поворота штанг М(, Ф ° М, с((, 20, 21 сигналы, пропорциональные тяговым усилиям; 22, 23 — сигналы, пропорциональные вертикальным ускорениям в точке приложения вертикальных нагру- 4 зок к колесам. Эти сигналы вводятся в ЭВМ с помощью электронного коммутатора и АЦП, управление которыми осуществляется от той же 3ВМ. Это управление обеспечивает частоту дискрети- 5О зации сигналов во времени на два порядка выше чем высшие граничные частоты сигналов, Такая дискретизация в дальнейшем обеспечивает анализ статистической структуры, построение адекватных моделей случайных процессов, формирование выборок для даль,нейшей обработки с минимальной изи 12 угловых скоростей, датчики 13 и 14 для измерения тяговых усилий, датчики 5 и 6 вертикальных ускорений. Сигналы со всех. датчиков поступают на регистрирующий узел 15 — пре- 5 цизионный многоканальный магнитограф.

Для измерения глубины колеи штанга

А0 имеет телескопическую конструкцию с фиксатором, точка 0 (установка прецизионного потенциометра — датчика угла поворота) может перемещаться по прямой ОС и фиксироваться в нужном положении. 3а счет этих двух особенностей конструкции достигается максимально возможный угол работы потен- 15 циометра. Глубина для каждого колеса определяется по формулам: л л о г E<ã < (л (Q -ЕЯд, Р, = л

Е((< = ЕФ4 (2)

ЕР,; P2= ЕР, ф, =Ea, Q,= EQ, где („м,,a (— процессы, характеризующие углы отклонения штанг измерителей глубины колеи; процессы, характеризующие вертикальные ускорения в точках приложения вертикальных нагрузок к жестким коQ(лесам; быточностью, а также фиксацию участков грунтовых поверхностей с аномальными механическими характеристиками.

Сигналы 24, 25, 30 (отметки оборотов колес и времени) через формирователь импульсных сигналов вводятся в ЭВМ при помощи блока инициативных прерываний.

Сигналы 16-23 поступают на блок 31, где с помощью рекурсивногб цифрового фильтра ликвидируются помехи, источником которых являются датчики измерительной системы, аппаратура записи и воспроизведения.

Сигналы 24, 25, 30 обрабатываются блоком 35 математического обеспечения, где формируется таблица интервалов времени для фиксированного количества отметок оборотов жестких колес, с помощью которой определяются оценки текущих значений математического ожидания угловых скоростей и ускорений, линейных скоростей и ускорений жестких колес.

Блок 32 осуществляет идентификацию структуры случайного процесса для представления вида Х =(K:+(<+ U,,где с — некоторая случайная величина Е(, = 0, — конечное математическое ожидание P = ЕХ, Uq стационарный и эргодический относительно математического ожидания случайный процесс с нулевым математическим ожиданием. В блоке 32 этой процедуре подвергаются реализации сигналы 16-23. По параметрам представления случайных процессов блока 32 в блоке 33 проводится определение частоты временной дискретизации и оценка точности предположения о стационарности измеряемых процессов.

В блоке 34 проводится вычисление оценок математических ожиданий измеренных параметров

1264

ОО2 б

В случае наличия аномальных учаеТ ков измеренные параметры корректируются расчетно блоком 37 (значения вертикальных нагрузок и тяговых усилий с учетом инерционности масс из" меренной системы).и управление передается блоку 38. Блок 39 формирует таблицу значений оценок С и р и при необходимости подсчитывает эмпирические кривые распределений, Р,, Р— процессы, характеризующие тяговые усилия для жестких колес.

В этом блоке проводится также определенне оценок математических ожиданий глубины колеи для обоих жестких колес по формулам (1) (вместо значений параметров в них подставляются оценки соответствующих математических ожиданий). 1I0

Проводится фиксация участков с аномальными отклонениями физико-механических параметров грунтовых поверхностей. Проверка производится по следующим условиям: 15

w, фсопз ; vzgconst; Я фО; с-. /О;

Q,фО; Л и

20 где ч,,ч, t,, Ez - оценки скоростей и угловых ускорений соответственно.

В случае отсутствия аномальных отклонений в блоке 38 производится on25 ределение оценки коэффициента пропорциональности E (характеризующего начальное сопротивление грунта вдавливаний) и показатели степени р (характеризующего закон изменения сопротивления грунта по глубине вдавлива30 ния) . Вычисления ведутся по формулам:

1 л

Л, 1

Оценки С, и С должны быть практически равны. Этим определяется правильность определения параметров. 40

Формула изобретения

Устройство для определения механических параметров грунта, содержащее измерительное колесо, средство создания на нем вертикальной нагрузки, связанные с колесом измеритель глубины колеи и датчик тягового усилия рокатывания, о т л и ч а ю щ е " е с я тем, что, с целью повышения производительности, точности и досто верности определения, оно снабжено дополнительным измерительным колесом со средством создания на нем вертикальной нагрузки, связанными с дополнитель ным колесом дополнительными измерителем глубины колеи и датчиком тягового усилия прокатывания, двумя датчиками вертикальных перемещений, жестко связанными с осямн колес, двумя датчиками угловых скоростей вращения каждого колеса, причем каждый измеритель глубины колеи включает в себя два датчика угла поворота колеса, установленных на оси колеса с возможностью регулирования начального его положения, при этом датчики подключены к регистрирующему узлу.

12á 4002

Составитель В.Петрова

Техред В.Кадар

Редактор В.Ковтун

Корректор М.Самборская

Заказ 5549/40.Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæroðoä, ул. Проектная, 4

/б

t7

f9

21

22

25 р

Тираж 705 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5