Устройство для определения механических параметров грунта

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН л, 9 38научно-исслильный полиг Трудового Кследовательавтомоторно дован Цен асног ого инь авт1981 Проходимос остроение,еориюостроение вМаш ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАГРУНТАосится к обласедований автомои др, видов техтранспортную мых грунтовых зобретения - поьности, точцоспределения меха- грунта. Устройил. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ САНИЕ ИЗОБ(71) Центральныйтельский автомобтрального орденаЗнамени научно-исавтомобильного иститута(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ(57) Изобретение отнти испытаний и исслбильной, тракторнойники, осуществляющихработу на деформируеповерхностях. Цель ивышение производителти и достоверности онических параметров о 4 С 01 Р 21/00 // Е 02 и 3 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 определяются оценки С,д коэффициентов пропорциональности"начального сопротивления грунта вдавливанию и показателей, характеризующих закон изменения сопротивления грунта по глубине вдавливания. Правильность определения параметров определяется равенством С, и С4Изобретение 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 использовано 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 ЭВМ; 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 прокатывания. 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 О - ось колеса отреУ зок О В находится на неподвижном относительно перпендикуляра О С кронштейне, допускающем перемещение по нему точки О, в которой установлен датчик угла поворота штанги ОА - Ж; ползун крепится в точке А штанги,расстояние О О обозначено черезНа схеме ввода экспериментальныхданных в ЭВМ позициями 16, 17, 185 и 19 обозначены сигналы, пропорциональные углам поворота штанг первогои второго измерения глубины колеи( ж, и ш 1 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 скоростей колесв импульсной форме; блок 26 - электронный коммутатор, управляемый отЗВМ; 27 - аналого-цифровой преобразователь; 28 - управляющая ЭВМ;снабженная устройством связи с объектом; 29 - трехканальный формирователь импульсных сигналов. Позицией 30обозначены импульсные отметки времени,Структура математического обеспечения обработки включает рекурсивныйфильтр 31 с выбором диапазонов Филь-,трации на базе априорной информации,блок 32 индентификации структуры случайных процессов, блок 33 определенияпаоаметров обработки, блок 34 определения оценок текущих значений математического ожидания случайных процессов, блок 35 определения текущихзначений математического ожиданияимпульсных процессов, блок 36 определения аномальных участков грунтовыхЗБ поверхностей, блок 37 корректировкиизмеренных параметров в случае аномальных участков грунтовых поверхностей, блок 38 определения оценокмеханических параметров грунта,4 О блок 39 сортировки данных для нормальных и аномальных участков грунтовых поверхностей, подготовки, Формирования и выдачи выходных документов,45 Устройство работает следующим образом.Жесткие колеса со всем вышеуказанным оббрудованием зацепляютсяза тягачом (не показан), регистрируют щий узел обычно размещается в кузовеили кабине тягача, Два жестких измерительных колеса 1 и 2 одинаковогодиаметра с помощью масс 3 и 4 нагру- .жаются различными вертикальными нагрузками, Каждое колесо с каждойстороны имеет датчики 7, 8, 9, 10углов поворота штанг, обеспечивающихизмерение глубины колеи датчики 11и 12 угловых скоростей, датчики 13и 14 для измерения тяговых усилий,датчики 5 и 6 вертикальных ускорений. Сигналы со всех. датчиков поступают на регистрирующий узел 15 - прецизионный многоканальный магнитограф.Для измерения глубины колеи штангаАО имеет телескопическую конструкциюс Фиксатором, точка 0 (установка прецизионного потенциометра - датчикаугла поворота) может перемещаться попрямой ОС и фиксироваться в нужномположении. За счет этих двух особенностей конструкции достигается максимально возможный угол работы потенциометра, Глубина для каждого колесаопределяется по формулам: и й+ Ьп =2 Ьс+ Ья и--2- глубины колеи, определенные с помощью устройств 7-10; - регулировочные параметры устройств 7-10; 30 - глубина колеи первого и второго жестких измерительных колес соответгде Ь лЬ 2 1 14 лла,а,1,1( лп,п ственно; 35Кк " радиус жестких колес.На схеме ввода экспериментальных данных в ЭВМ 16, 17, 18, 19 - сигналы, пропорциональные углам поворота штанг М Ф, М й; 20, 21 сигналы, пропорциональные тяговым усилиям; 22, 23 - сигналы, пропорциональные вертикальным ускорениям в точке приложения вертикальных нагру зок к колесам. Эти сигналы вводятся в ЭВМ с помощью электронного коммутатора и АЦП, управление которыми осуществляется от той же ЭВМ. Это управление обеспечивает частоту дискрети О 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 из,/Ь = К -а - 1 созЫ Ь = К -а"-1 созе;ф к ки л л 20кй = К "а -1 созМ Ь =К - а - 1 совыкгде кмк - процессы, характеризующие углы отклонения штанг измерителейглубины колеи;процессы, характеризующие вертикальные ускорения в точках приложения вертикальныхнагрузок к жестким колесам; 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 рекурсивного 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 = к +1+ П, ,где М - некоторая случайная величина Е = 0,- конечное математическое ожидание= ЕХ 3 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 параметров1264 ОО 2 бВ случае наличия аномальных учйс Г 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 9 формирует таблицу значений оценок С ии при необходимости подсчитывает эмпирические кривые распределений,Р Р - процессы, характеризующие тяговые усилия дляжестких колес.В этом блоке проводится также определение оценок математических ожиданий глубины колеи для обоих жестких колес по.формулам (1) (вместо значений параметров в них подставляются оценки соответствующих математических ожиданий), 0Проводится фиксация участков с аномальными отклонениями физико-механических параметров грунтовых поверхностей. Проверка производится по следующим условиям: 15 д фсопзйъ 1 сопз 1 у Я: Оу1 ОуЯ,фО; Ь и 20 где дч, Ь Я, - оценки скоростейи угловых ускорений соответственно.В случае отсутствия аномальных отклонений в блоке 38 производится оп 25 ределение оценки коэффициента пропорциональности С (характеризующего начальное сопротивление грунта вдавливаний) и показатели степени р (характеризующего закон изменения сопротивления грунта по глубине вдавлива 30 ния). Вычисления ведутся по формулам: 11 л лЛ,Оценки 1, и С должны быть практически равны. Этим определяется правильность определения параметров. Формула изобретения Устройство для определения механических параметров грунта, содер" жащее измерительное колесо, средство создания на нем вертикальной нагруз" ки, связанные с колесом измеритель глубины колеи и датчик тягового усилия нрокатывания, 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 осями 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 узлу12 б 4002 Сос тель В.ПВ.Кадар а Редактор В.Ковту ектор М.Сааб каз 5549/4 ПодписноеСССР роизводственно-полиграфическое предприятие, г,ужгоро оектная 25 5 Тираж 70 ВНИИПИ Государствен по делам изобрет 035, Москва, Ж, ого комитета ний и открыт аушская наб,