МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН
ТАШКЕНТСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ
На правах рукописи
УДК 621.878.6:006.354
Абдукаримов Азиз Абдухаликович
«Разработка аппаратуры для оценки эргономических
показателей землеройных машин»
5А521105 – ДОРОЖНЫЕ И СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание академической степени магистра
Научный руководитель:
к.т.н.доц.Сенчило А.Г.
«_____»___________2011
Ташкент – 2011
80
Ташкентский автомобильно-дорожный институт
Факультет «Автомобилестроение»
Кафедра «Строительно-дорожные машины»
«УТВЕРЖДАЮ»
Ректор ТАДИ, проф.
Икрамов М.А.
________________
«_____»_________ 2009 г.
ПЛАН
диссертационной работы магистранта гр. 509-09 СДМ
Абдукаримова Азиза Абдухаликовича
на тему: «Разработка аппаратуры для оценки эргономических
показателей землеройных машин»
на соискание академической степени магистр по специальности
5А521105 –«Дорожные и строительные машины»
1. Введение.
2. Обзор и анализ технической литературы.
2.1. Назначение и классификация землеройных машин (ЗМ).
2.2. Особенности конструкций ЗМ производства России (СНГ).
2.3. Особенности конструкций ЗМ производства ведущих фирм мира (США,
Японии, ФРГ).
2.4. Анализ эргономических показателей ЗМ, методов и средств их определения.
2.5. Выводы по главе. Цели и задачи исследования.
3. Разработка аппаратуры для оценки эргономических показателей
землеройных машин.
3.1. Измерение усилий на рычагах и педалях ЗМ.
3.2. Испытание систем рулевого управления колесных машин.
3.3. Определение параметров кабин (рабочего места оператора) ЗМ.
Устройство для определения контрольной точки сиденья (КТС).
3.4. Обзорность с рабочего места оператора ЗМ.
3.5. Выводы по главе.
4. Экспериментальное исследование.
4.1. Определение усилий на рулевом колесе землеройных машин.
4.2. Определение минимального рабочего пространства вокруг оператора землеройных машин.
4.3. Выводы по главе.
Заключение.
Список использованной литературы.
Приложение.
Эксперт, академик
Зав. кафедрой «СДМ»,
профессор
Научный руководитель,
доцент
Магистрант
Лебедев О.В.
Шукуров Р.У.
Сенчило А.Г.
Абдукаримов А.А.
81
Разрешение
Я, Абдукаримов Азиз Абдухаликович, разрешаю использование своей магистерской диссертации на тему: «Разработка аппаратуры для оценки эргономических показателей землеройных машин» в научных и учебных целях библиотекой Ташкентского
автомобильно-дорожного института и коллективом кафедры «СДМ», а также разрешаю
копировать из нее интересующую информацию.
В случае использования диссертации в коммерческих целях прошу уведомить меня по следующему адресу:
Ташкентская область, Бастандыкский район, пос. Искандер, ул. Фуркат, д. 39.
Тел. (+99893)588-8240, (+99897)736-0848.
01 июня 2011 г.
Абдукаримов А.А.
82
Аннотация
Диссертационная работа посвящена разработке аппаратуры для оценки эргономических показателей землеройных машин. Предназначена для испытателей, конструкторов, научных работников, слушателей Высшей школы.
Работа состоит из введения, разделов 1, 2, 3, заключения, списка литературы и
приложения, написана на 110 страницах (включая список литературы и приложение), содержит 33 рисунков, 14 таблицы.
Во введении рассмотрены труды Президента Республики Узбекистан И.А. Каримова, являющиеся основополагающими руководящими документами, определяющими основные направления исследований, их актуальность.
В разделе 1 дан обзор и анализ технической литературы. Освещены общие вопросы назначения и классификации землеройных машин, приведены их основные параметры, выполнен анализ эргономических показателей, методов и средств их определения.
Сделаны выводы, сформулированы цели и задачи исследования.
Раздел 2 посвящен разработке измерительной аппаратуры для испытания системы
рулевого управления колесных землеройных машин. Сформулированы требования к системе рулевого управления колесных землеройных машин и методы ее испытания, регламентируемые на территории Республики Узбекистан ГОСТ 27254 – 87 (ИСО 5010 – 84) и ГОСТ
12.2.011- 75. Приведены основные термины и определения. Рассмотрены эргономические и
технические требования. Даны схемы движения машин по испытательным коридорам при
основных и альтернативных испытаниях, испытаниях рабочей и аварийной систем управления.
Сформулированы технические требования и приведено описание конструкций измерителей усилия на рулевом колесе механического и тензометрического типа (измерителя с
использованием тензометрических методов измерения). Выполнена экспериментальная оценка погрешности измерителя усилия механического типа с двумя различными съемными упругими элементами, дан расчет их характеристик, сделаны прочностные расчеты его основных
несущих элементов. Приведены мостовая и полумостовая блок-схемы измерения усилия с
использованием стандартной измерительной аппаратуры, а также современных персональных компьютеров (мобильных «ноутбуков»).
Разработан и создан прибор – «пятое колесо», позволяющий с высокой точностью измерять скорость движения машин в диапазоне от 0 до 60 км/ч. Описана его конструкция, дана принципиальная схема измерения, основанная на создании импульсного светового потока,
и последующего его преобразования в аналоговый сигнал напряжения (или тока), измеряе-
83
мый стандартными электронными устройствами. Частота следования импульсов прямо пропорциональна скорости движения машины.
Приборы - измеритель усилия механический и измеритель скорости движения машин
идентифицированы соответственно: как «Измеритель усилия рулевого управления ИУ –
01» № 01; как «Измеритель скорости ИС – 1» № 01. На их конструкцию и параметры ГП
ЦОМУ агентства «Узстандарт» выданы сертификаты метрологической аттестации соответственно № 034/ 06 и № 033/ 06 от 30.04.2010 г. Указанная аппаратура используется на
кафедре «ЙКМ» ТАДИ при проведении занятий по курсу «Машиналарни синаш» и в ИЛ
ООО «MEGA TEST SYSTEM» при испытаниях машин. По ней имеется полный комплект необходимой технической документации, методика ежегодной поверки, правила обслуживания, хранения и эксплуатации. Ее производство не требует специального промышленного оборудования
и может быть рекомендовано для выпуска мелкими сериями при наличии заказов заинтересованных сторон. Сделаны выводы.
В разделе 3 – выполнено экспериментальное исследование работы системы рулевого управления одноковшового гидравлического колесного экскаватора ЭО-4321, широко
используемого
на
территории
Республики
Узбекистан.
Дана
техническая
характеристика машины , описана его конструкция. При испытаниях определись усилия
на рулевом колесе при работе рабочей системы рулевого управления. Движение экскаватора в соответствии с ГОСТ 27254 – 87 ( ИСО 5010 – 84) осуществлялось по коридору № 1 со
скоростью прохождения всей дистанции (16 ± 2) км/ч. Измерение усилий на рулевом колесе осуществлялось «Измерителем усилия рулевого управления ИУ – 01» № 01, измерение
скорости движения «Измерителем скорости ИС – 1» № 01. Программой испытаний было
предусмотрено выполнение пяти единичных (повторных) проездов. Испытания проводились на сухой горизонтальной площадке с твердым покрытием с разметкой коридора №1,
атмосферное давление при этом составляло 723 мм. рт. ст.; температура воздуха + 26 0С;
без осадков. Полученные результаты обработаны методами математической статистики с
оценкой стандартной, суммарной и расширенной неопределенности измерений. В результате испытаний получено, что усилие на рулевом колесе испытываемой машины составило Х
= 70 ± 4,38 Н при коэффициенте охвата k =2 и доверительной вероятности
р = 0,95.
Сделаны выводы.
В заключении, даны выводы и обобщения, предложены практические рекомендации.
Список литературы содержит 32 наименований. В приложении приведены тексты
статей и копии сертификатов метрологической аттестации описанных приборов.
84
Работа выполнялась в Ташкентском автомобильно-дорожном институте,
на ка-
федре
«ЙКМ» - строительно-дорожные машины.
РЕЗЮМЕ
диссертационная работа Абдукаримова Азиза Абдухаликовича на тему:
«Разработка аппаратуры для оценки эргономических показателей землеройных машин»,
представленная на соискание академической степени магистра
по специальности 5А521105 – Дорожные и строительные машины
Ключевые слова: Землеройные колесные машины, эргономические показатели,
система рулевого управления рабочая, аварийная, измерение усилий на рулевом колесе,
измерение скорости движения машин, погрешность, неопределенность измерения, экспериментальное исследование, испытательные коридоры.
Объект исследования: Землеройные колесные машины.
Системы рулевого
управления.
Цель работы: Разработка и создание измерительного оборудования для испытания системы рулевого управления колесных землеройных машин по ГОСТ 27254 – 87
(ИСО 5010 – 84).
Метод исследования: Расчетно-аналитический, экспериментальный.
Полученные результаты и их новизна: Разработаны и предложены высокоточные приборы для измерения усилий на рулевом колесе и скорости движения землеройных
машин идентифицированные: как «Измеритель усилия рулевого управления ИУ – 01» №
01; как «Измеритель скорости ИС – 1» № 01. На конструкцию и параметры указанных
приборов ГП ЦОМУ агентства «Узстандарт» выданы сертификаты метрологической аттестации соответственно № 034/ 06 и № 033/ 06 от 30.04.2010 г.
Прибор «Измеритель усилия рулевого управления ИУ – 01» может также использоваться при измерении усилий на рычагах / педалях управления в соответствии с ГОСТ
ИСО 12.2.120 – 2005 и на других элементах машин (усилий для закрытия и открытия распашной двери кабины), в соответствии с ГОСТ ИСО 2867-2002.
Предложена методика проведения испытаний и обработки результатов экспериментального исследования, включающая также оценку неопределенности измерений:
стандартной неопределенности UA, i (по типу А) единичного измерения i-й входной величины; стандартной неопределенность UA (Xi) (по типу А) измерений i-й входной величи85
ны, определяемой как среднее арифметическое; расширенной неопределенности измерения (по типу В). Принятый уровень доверия составлял р = 0,95 и коэффициент охвата k
= 2.
Практическая значимость: Разработанные приборы, методы проведения экспериментального исследования и обработки полученных результатов позволяют объективно
оценивать параметры системы рулевого управления колесных землеройных машин, в соответствии с требованиями ГОСТ 27254 – 87 (ИСО 5010 – 84), а также усилия на рычагах
/ педалях управления в соответствии с ГОСТ ИСО 12.2.120 – 2005 и на других элементах
машин (усилий для закрытия и открытия распашной двери кабины), в соответствии с
ГОСТ ИСО 2867-2002. Они могут быть рекомендованы для промышленного производства и внедрены в научно-исследовательских и производственных объединениях, использованы в учебном процессе в высшей школе, а также в испытательных лабораториях при
проведении исследовательских, доводочных, приемочных и сертификационных испытаниях машин.
Степень внедрения и экономическая эффективность: Результаты представленной работы внедрены на кафедре «ЙКМ» - строительно-дорожные машины Ташкентского
автомобильно-дорожного института при изучении слушателями курса «Машиналарни синаш» и в ИЛ ООО «MEGA TEST SYSTEM» при испытаниях машин землеройных машин.
Область
применения:
Научно-производственные
объединения,
научно-
исследовательские институты, конструкторские бюро, организации и предприятия, проводящие разработку и испытания систем рулевого управления колесных землеройных машин, учебные заведения Высшей школы, испытательные лаборатории. Полученные
результаты могут быть предметом экспорта, как в ближнее, так и в дальнее зарубежье.
86
№
1.
1.1.
1.2.
1.2.1.
1.2.2.
1.2.3.
1.3.
1.4.
2.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
3.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
4.
5.
Содержание
Введение
Обзор и анализ литературы
Назначение и классификация землеройных машин (ЗМ).
Особенности конструкций современных ЗМ. Основные параметры
Землеройно-транспортные машины
Экскаваторы
Катки
Анализ эргономических показателей ЗМ. Методы и средства
их определения
Выводы по главе. Цели и задачи исследования
Разработка аппаратуры для оценки усилий на рулевом колесе землеройных машин
Требования к системе рулевого управления колесных машин
Методы испытаний систем рулевого управления колесных
машин
Измеритель усилий механический
Измеритель усилий тензометрический
Разработка измерителя скорости движения машин
Выводы по главе
Экспериментальное исследование усилий на рулевом колесе землеройных машин
Объект исследования
Методы определения неопределенности измерений
Анализ и обработка полученных результатов
Выводы по главе
Заключение
Список литературы
Приложение
стр.
9
12
12
15
15
22
24
26
28
30
30
35
45
61
72
78
80
80
84
90
94
95
98
100
87
ВВЕДЕНИЕ
«Когда мы говорим о сути и значении Конституции нашей страны, то в первую
очередь следует отметить одну истину: все наши успехи и достижения за прошедший период в сфере законодательства и реализации политики в деле строительства правового
государства, демократического общества, защиты интересов, прав и свобод человека, как
наивысших и приоритетных ценностей, неразрывно связаны с требованиями и нормами,
закрепленными в Основном Законе» И.А. Каримов [1, 3].
«Самая актуальная проблема сегодняшнего дня – это разразившийся в 2008 году
мировой финансовый кризис, его воздействие и негативные последствия, поиск путей выхода из ситуации.
Получив начало с провалов и несостоятельности ипотечного кредитования в США,
кризис нашел свое масштабное отражение в кризисе ликвидности важнейших банков и
финансовых структур, катастрофическом падении индексов и рыночной стоимости крупнейших компаний на ведущих фондовых рынках мира. Все это, в свою очередь, явилось
причиной серьезного спада производства, резкого снижения темпов роста экономики во
многих странах, со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями.
Состоявшийся в ноябре в Вашингтоне Саммит 20 крупнейших государств, объединяющих около 85 процентов мирового совокупного продукта, подтвердил все возрастающие масштабы глобального финансового кризиса.
Принятая в Узбекистане собственная модель реформирования и модернизации,
ставя перед собой целью достижение национальных интересов в долгосрочной перспективе, изначально подразумевала отказ от настойчиво навязываемых нам методов шоковой
терапии, наивных обманчивых представлений о саморегулировании рыночной экономики.
Мы выбрали эволюционный подход в процессе перехода от административнокомандной к рыночной системе управления, путь постепенных и поэтапных реформ,
действуя по известному принципу: «не построив нового дома, не разрушай старый».
88
И что было особенно важным – для того, чтобы не подвергаться влиянию стихии и хаоса, мы четко определили, что в переходный период именно государство
должно взять на себя ответственность главного реформатора.
В Узбекистане созданы достаточный запас прочности и необходимая ресурсная база для того, чтобы обеспечить устойчивою и бесперебойную работу нашей финансовоэкономической, бюджетной, банковско-кредитной системы, а также предприятий и отраслей реальной экономики.
Узбекистан зарекомендовал себя как надежный и платежеспособный партнер, где
созданы практически беспрецедентные условия для привлечения иностранного капитала.»
И.А. Каримов [2].
«Сегодня, рассуждая о стратегии строительства мирной и благополучной жизни, ее
законодательных основах, мы должны выделить два ее главных принципа.
Первый – критический анализ всесторонне оправдавшего себя опыта развитых демократических государств и внедрение его в процесс построения нового общества в
нашей стране.
Второй – учитывать древнюю традицию и богатую историю нашего народа, его
духовные ценности, традиции и обычаи, которые наши предки сохраняли и оберегали в
течении многих столетий…» И.А. Каримов [3].
«Весь мир един и взаимосвязан. Наш общий долг оставить планету нашим детям
и внукам благоустроенной и пригодной для достойной и счастливой жизни. Неразрывны
экология среды обитания, природы и экология духовности.
Республика располагает мощной развитой энергетической базой. Разведанные запасы газа составляют около 5 триллионов кубометров, угля – свыше 2 млрд. тонн, 140
месторождений нефти – свыше 5 млрд. тонн. Узбекистан входит в десятку стран – крупнейших экспортеров газа» И.А. Каримов [4].
«Основные направления экономического и социального развития Республики Узбекистан на период до 2020 года предусматривают с целью неуклонного повышения материального и культурного уровня жизни народа обеспечить быстрое продвижение вперед
на всех ключевых направлениях развития экономики, создать производственный потенциал, намного превышающий уровень времен, когда Узбекистан использовали лишь, как
сырьевую базу» И.А. Каримов [5].
На основании изучения и творческого анализа вышеуказанных трудов Президента
Республики Узбекистан И.А. Каримова [2, 3, 4, 5] было определено основное направление
и содержание настоящего исследования, сформулированы его цели и задачи.
Ежегодно в нашей стране неуклонно увеличиваются объемы строительных работ –
89
сооружаются новые линии железных дорог, возводятся заводы и фабрики, растет жилищное строительство, развивается добыча полезных ископаемых. Большое значение приобретают сельскохозяйственное строительство, мелиорация и ирригация земель, поливное
земледелие. Особенно высокими темпами идет строительство автомобильных дорог Республиканского и Международного значений.
Все это требует проведения, растущего из года в год, большого объема земляных и
дорожно-строительных работ, расширения парка и номенклатуры дорожно-строительных
машин.
Сегодня, наряду с разработкой и постановкой на производство отечественными
учеными, конструкторами и инженерами машин этого типа идет их широкое поступление
в Республику из зарубежа. При этом, согласно постановления КАБИНЕТА МИНИСТРОВ
РЕСПУПБЛИКИ УЗБЕКИСТАН № 318 от 06.07.2004 г, «О дополнительных мерах по
упрощению процедуры сертификации продукции», поступающий на территорию Узбекистана данный вид техники, подлежит обязательной сертификации (проведению сертификационных испытаний) и в первую очередь, по показателям качества и безопасности.
Одними из важных показателей общей безопасности машин, их качества являются
эргономические показатели. К ним относятся, в первую очередь: уровень вибрации и звука;
температура, уровень загазованности и уровень запыленности на рабочем месте; усилия на органах управления (на рычагах / на педалях); параметры кабины оператора - размеры минимального рабочего пространства вокруг него; усилия на рулевом управлении.
Требования к указанным показателям регламентируются Международными, Межгосударственными и Национальными стандартами, в частности, ГОСТ 12.2.011- 75, ГОСТ
ИСО 12.2.120 – 2005, ГОСТ 20062 – 96, ГОСТ ИСО 11112 – 2000, ГОСТ 12.2.121 – 88,
ГОСТ ИСО 5353 – 2003, ГОСТ 27254 – 87 (ИСО 5010 – 84), ГОСТ ИСО 2867-2002 и др.
При этом, определение значений ряда эргономических показателей
возможно
только с использованием специального оборудования, аппаратуры и средств измерения.
Анализ показывает, что в большинстве случаев, такое оборудование, выпускаемое серийно, промышленным способом отечественными производителями, в настоящий момент отсутствует.
В этой связи, одним из перспективных путей решения проблемы представляется
разработка и создание необходимых приборов силами отечественных ученых, инженеров
и конструкторов, освоение их выпуска на базе существующих промышленных предприятий и объединений Узбекистана. Такое направление, наряду с интеллектуальным и экономическим эффектами имеет также и социальное значение.
90
Решению этой важной и актуальной задачи и посвящена настоящая диссертационная работа.
Работа выполнялась на кафедре «ЙКМ» Ташкентского автомобильно-дорожного
института.
Полученные результаты могут быть предметом экспорта, как в ближнее, так и в
дальнее зарубежье.
91
1. Обзор и анализ литературы
1.1. Назначение и классификация землеройных машин
Интенсивное развитие народного хозяйства, увеличивающиеся объемы строительства промышленных и гражданских сооружений, сети автомобильных и железных дорог
предопределяют необходимость, как разработки и постановки на производство широкого
ряда типов строительных и дорожных машин, так и расширение их импорта в Узбекистан.
Значительное место среди этих машин занимают машины для земляных
работ.
На современном этапе идентификация машин для земляных работ осуществляется
в соответствии Межгосударственным стандартом ГОСТ ИСО 6165 – 2002. Настоящий
стандарт устанавливает классификацию, а также термины и определения землеройных
машин, предназначенных для выемки, погрузки транспортирования, распределения и
уплотнения грунта и других материалов при строительстве дорог, сооружении дамб, на
строительных площадках, при прокладке траншей и т.д.
Термины, установленные в настоящем стандарте, могут использоваться также для
строительно-дорожных машин и кранов.
Классификация.
Землеройные машины по принципу действия подразделяют на следующие подгруппы:
 экскаватор-погрузчик;
 землевоз;
 экскаватор;
 автогрейдер;
 уплотняющая машина;
 погрузчик;
 трубоукладчик;
 каток;
 скрепер;
 бульдозер;
 траншеекопатель.
Каждая подгруппа машин может иметь несколько моделей (типов), обозначения
которым присваивает изготовитель машины.
Каждой машине присваивают собственный идентификационный номер (PIN) в соответствии со стандартом ИСО 10261.
Общие термины.
Землеройная машина. Самоходная или прицепная машина на гусеничном, колесном или шагающем ходу с рабочим или дополнительным оборудованием (рабочим органом), предназначенная главным образом для выполнения работ по выемке, рыхлению,
92
погрузке, транспортированию, распределению, уплотнению земли, скального грунта и
других материалов, а также прокладыванию в них траншей.
Примечание – Управление землеройной машиной осуществляется оператором с базовой
машины или с земли, или дистанционно.
Бульдозер. Самоходная колесная или гусеничная машина с рабочим оборудованием, имеющая либо бульдозерное оборудование, которое срезает, перемещает и распределяет материал за счет движения вперед, либо навесное оборудование, используемое для
реализации напорного или тягового усилия.
Погрузчик. Самоходная колесная или гусеничная машина с фронтальным рабочим
оборудованием, предназначенная главным образом для погрузочных операций (использование ковша) посредством загрузки или копания грунта при движении машины вперед.
Примечание – Рабочий цикл погрузчика включает черпание, подъем, транспортирование и
разгрузку материала.
Мини-погрузчик. Погрузчик, имеющий эксплуатационную массу (по ГОСТ
27922) не более 4500 кг, предназначенный для работы в стесненных условиях, требующих
большой мобильности.
Погрузчик с бортовым поворотом. Мини-погрузчик, управляемый посредством
изменения скорости и (или) направления вращения колес (гусениц) на противоположных
сторонах машин, и имеющий фиксированные оси.
Экскаватор-погрузчик. Самоходная колесная или гусеничная машина с главной
рамой, предназначенной для навески рабочего оборудования спереди и обратной лопаты
сзади (обычно с аутригерами).
При работе в режиме погрузчика машина производит загрузку при движении вперед.
Примечание – Рабочий цикл в режиме экскаватора включает в себя следующие операции:
копание, подъем, перемещение с поворотом и разгрузку материала.
Экскаватор. Самоходная машина на колесном, гусеничном или шагающем ходу,
имеющая верхнюю часть, способную поворачиваться на 3600, со смонтированным рабочим оборудованием, предназначенная главным образом для копания с помощью ковша
без перемещения ходовой части в течение всего рабочего цикла машины.
Примечание – Рабочий цикл экскаватора включает в себя копание, подъем, перемещение с
поворотом и разгрузку материала.
Шагающий экскаватор. Экскаватор, имеющий три или более опор. Опоры могут
быть шарнирно-сочлененными и (или) телескопическими и могут быть оснащены колесами.
93
Мини-экскаватор. Экскаватор с эксплуатационной массой (по ГОСТ 27922) не
более 6000 кг.
Траншеекопатель. Самоходная колесная или гусеничная машина с установленным спереди или сзади рабочим или дополнительным оборудованием, предназначенным
для прокладки траншей при непрерывной работе за счет движения машины. Таким оборудованием являются: цепь, ротор, фреза, плужный отвал или другое аналогичное оборудование.
Землевоз. Самоходная гусеничная или колесная машина с открытым кузовом,
предназначенная для транспортирования, выгрузки и распределения материала. Загрузку
землевоза осуществляют внешними средствами.
Землевоз с жесткой рамой. Землевоз, имеющий жесткую раму с управляемыми
колесами или гусеницами.
Землевоз с шарнирно-сочлененной
рамой. Землевоз, имеющий шарнирно-
сочлененную раму, с помощью которой осуществляется управление землевозом.
Мини-землевоз. Землевоз с шарнирно-сочлененной или жесткой рамой, имеющий
эксплуатационную массу (по ГОСТ 27922) не более 4500 кг. Мини-землевоз может иметь
встроенное самозагружающее устройство.
Скрепер. Самоходная или прицепная колесная машина, имеющая открытый ковш с
режущей кромкой, расположенный между передней и задней осями, который срезает, загружает, транспортирует, выгружает и распределяет материал при движении вперед. Загрузке материала при движении вперед может способствовать снабженный приводом
механизм элеваторной загрузки, установленный на ковше скрепера.
Прицепной скрепер. Несамоходный скрепер, управляемый буксирующей машиной. Пульт оператора установлен на буксирующем устройстве.
Автогрейдер. Самоходная колесная машина с регулируемым отвалом, расположенным между передней и задними осями. Машина может быть также оборудована передним отвалом или рыхлителем, установленным между передней и задними осями.
Рыхлитель может быть также установлен в задней части машины.
Примечание – Автогрейдер предназначен главным образом для профилирования, срезания
склонов, засыпки канав и рыхления материалов при движении вперед.
Уплотняющая машина. Самоходная колесная машина, оснащенная устанавливаемым спереди бульдозерным или погрузочным оборудованием, имеющая колеса с устройствами для разрушения и уплотнения материала, предназначенная для уплотнения,
смещения, профилирования и загрузки грунта и мусора при движении машины.
94
Каток. Самоходная или прицепная машина с уплотняющим устройством, состоящим из одного или более металлических цилиндрических вальцов (барабанов) или резиновых шин, предназначенная для уплотнения материалов, например,
щебня, грунта,
асфальта или гравия, путем укатывания и (или) вибрационного воздействия уплотняющего устройства.
Прицепной каток. Несамоходный каток, управляемый буксирующей машиной.
Пульт оператора установлен на буксирующем устройстве.
Трубоукладчик. Самоходная колесная или гусеничная машина, имеющая укладочное оборудование с главной рамой, механизм подъема груза, боковую стрелу, поворачивающуюся в вертикальной плоскости, и противовес, и предназначенная главным
образом для подъема и укладки труб.
1.2. Особенности конструкций современных ЗМ. Основные параметры
1.2.1. Землеройно-транспортные машины
Бульдозеры. Землеройно-транспортная машина (ЗТМ) с отвальным рабочим оборудованием, расположенным вне колесной базы, периодического действия, предназначенная для послойной разработки грунта и транспортировки его
к месту отвала путем
волочения. Основные параметры бульдозеров представлены на рис. 1.1 а,б.
Бульдозеры классифицируют по назначению, номинальному тяговому усилию и
различным конструктивным признакам.
По назначению различают бульдозеры общего назначения и специальные.
По ходовой части различают бульдозеры гусеничные и колесные.
По типу рабочего органа различают бульдозеры:
-с неповоротным отвалом (обычно их называют просто бульдозерами или бульдозерами с прямым отвалом), который установлен перпендикулярно продольной оси машины и не может поворачиваться в плане;
-с поворотным отвалом, устанавливаемым в горизонтальной плоскости под углом в
обе стороны от продольной оси машины или перпендикулярно к ней;
-универсальные (или путепрокладчики) с шарнирно сочлененным отвалом из двух
половин, которые по отдельности или вместе можно устанавливать в горизонтальной
плоскости под углом к продольной оси машины или перпендикулярно к ней.
95
а)
б)
Рис. 1.1. Основные параметры бульдозеров:
L – длина; А – высота; Lт – база; Вт – колея; b – ширина гусеницы; а, d, e – положение центра масс; С – дорожный просвет; α, β – углы заезда, съезда; Вн – ширина отвала с ножами;
В – ширина отвала; Н – высота отвала; Нп ,h – высота подъема и опускания отвала; R – радиус кривизны поверхности отвала; γ, δ, τ – углы резания, заострения, задний угол; θ –
угол опрокидывания; ε – угол перекоса; α1 – угол установки отвала в
плане (угол захвата)
Скреперы. ЗТМ с ковшовым рабочим оборудованием, расположенным в пределах
колесной базы, периодического действия, предназначенная для послойной разработки
грунта и транспортировки его в ковше к месту отвала. Основные
параметры
скреперов
представлены на рис. 1.2 и 1.3.
На рисунке 1.2 показаны классификация и основные параметры скреперов.
На рисунке 1.3 показана принципиальная схема выбранной модели скрепера.
96
Рис. 1.2. классификация и основные параметры скреперов:
а – прицепной; б –полуприцепной (самоходный) трехосный; в – самоходный двухосный;
1,8 – тракторы; 2 – сцепное и седельно-сцепное устройство; 3 – тяговая рама; 4 - подрезной нож; 5 – грунт; 6 – средняя линия; 7 – ковш; 9 – одноосный тягач; Во – ширина
захвата
ковша; V, Vш – объемы грунта в ковше и с «шапкой»
Рис. 1.3. Принципиальная схема прицепного скрепера ДЗ – 33 (Д -569):
1 – сцепка; 2 – передняя ось; 3 – шкворень; 4 – тяговая рама; 5 – гидросистема; 6 – механизм подъема заслонки; 7 – заслонка;
8 – ковш с режущими ножами;
9–
задняя стенка;
10 – колесо
Скреперы применяются для грунтов до IV категории при возведении насыпей из
боковых резервов или грунтовых карьеров, устройстве выемок с отвозкой грунта в насыпи или кавальеры, планировке площадей и аэродромов, вскрыше карьеров. В зависимости
от емкости ковша скрепера и скоростей передвижения их в груженом и порожнем состоянии скреперы применят при перевозке грунта на расстояние от 100 до 5000 м.
97
Классификация учитывает основные признаки скреперов -способ загрузки ковша,
способ разгрузки, тип привода рабочего оборудования, способ агрегатирования, колесную формулу агрегата, тип трансмиссии и др.
По способу агрегатирования скреперы подразделяют на прицепные, полуприцепные, самоходные и скреперные поезда.
По типу трансмиссий скреперы подразделяют на механические, гидромеханические, электрические и гидростатические. Наиболее распространенной для самоходных
скреперов является гидромеханическая трансмиссия.
Автогрейдеры. ЗТМ с отвальным рабочим оборудованием, расположенным в пределах колесной базы, непрерывного действия,
Различают рабочий и транспортный режимы работы автогрейдера.
Основной рабочий режим заключается в срезании и перемещении грунта. При прямолинейном движении автогрейдера край отвала 2 (рис. 1.4 в) с помощью гидроцилиндров 1 опускают ниже опорной грунтовой
грунт,
поверхности 4, заглубляя его тем самым в
который срезают стружкой определенной толщины. Срезаемый грунт скаплива-
ется в виде призмы 3 перед отвалом,
перемещается
в сторону по повернутому в плане
отвалу и сходит с него в валик 5. Призма 3 перед отвалом все время пополняется за счет
постоянно срезаемой стружи
грунта. При движении
автогрейдера
машинист
в
зависимости от
Рис. 1.4. Схемы движения автогрейдера
а — при планировке поверхности, б—при преодолении неровностей,
в — при работе:
1 — гидроцилиндр управления отвалом, 2 — отвал, 3 — призма грунта, 4 — грунтовая поверхность, 5 — валик грунта
98
рельефа поверхности 4
изменяет включением гидроцилиндров 1 положение отвала 2,
добиваясь необходимой ровности срезаемого грунта.
ся,
например, одна из
основных
Таким
образом, осуществляет-
рабочих операций — профилирование
рожного полотна, при которой автогрейдер отвалом
до-
срезает грунт и, непрерывно
двигаясь, перемещает его к оси дороги. В результате этого образуется требуемый профиль
дорожной поверхности.
При транспортном режиме, необходимом для передвижения машины к месту работы, отвал 2 максимально поднимают. Работа автогрейдера в этом режиме практически
не отличается от работы обычных транспортных средств, например автомобиля. Основные параметры автогрейдера представлены на рис. 1.5, общее устройство на рис. 1.6.
Классификация. Автогрейдеры классифицируют по следующим основным признакам: массе, колесной схеме, типу задней тележки, типу трансмиссии.
По массе автогрейдеры делят на легкие, средние, тяжелые.
Колесная схема оказывает существенное влияние на тяговое усилие, развиваемое
автогрейдером, и его планирующие способности.
Колесная схема автогрейдера определяется формулой А х Б х В, где А —число
осей с управляемыми колесами; Б — число осей с ведущими колесами и В — общее число
осей.
Рис. 1.5. Основные параметры и размеры автогрейдера
А-длина, С-ширина, D-высота, L1-общая колесная база, Lо —колесная база задней тележки,
Впколея
передних
колес,
В3
—
колеи
задних
колес,
99
h1 — дорожный просвет под отвалом L — длина отвала, l — боковой вынос отвала,
Н — высота отвала, h — заглубление отвала, β — угол резания ножа отвала,
γ - угол cрезания откосов, γ1 — угол наклона отвала, α — угол захвата отвала,
/, // -- положения отвала
Рис. 1.6. Автогрейдер
1 – кабина, 2 – механизм подвески, 3,6 – рамы, 4 – дополнительное
оборудование, 5 – передняя ось, 7 – отвал, 8 – трансмиссия, 9 – тележка,
10 – двигатель
Колесная схема, выпускаемых автогрейдеров—1 x 2 х 3 и 1 х 3 x 3, т. е. трехосные
автогрейдеры с двумя или тремя ведущими осями. У всех автогрейдеров передние колеса
управляемые. Легкие и средние автогрейдеры оборудуют двумя задними ведущими осями, тяжелые — всеми тремя ведущими осями.
Погрузчики. Фронтальные одноковшовые погрузчики пневмоколесные и гусеничные представляют собой погрузочные и землеройные машины циклического действия, состоящие из базовой машины и погрузочного оборудования.
Наибольшее распространение получили одноковшовые фронтальные погрузчики,
загрузка ковша которых осуществляется напорным движением машины вперед при разгрузке ковша с той же стороны.
Основным рабочим органом погрузчиков является ковш нормальной вместимости,
который может быть заменен для придания универсальности машине другими видами
сменного рабочего оборудования: ковшами различной вместимости и назначения, грузовыми вилами, челюстным захватом, крановой безблочной стрелой, рыхлителем (навешиваемым с задней стороны машины) и др.
100
Погрузчики применяют в качестве основного и вспомогательного оборудования в
карьерах на разработке и погрузке грунта, разрыхленных (взрывом или механическим
способом) различных пород; в условиях строительных площадок при производстве земляных (послойная разработка, перемещение, планировка, засыпка грунта) и погрузочноразгрузочных работ с сыпучими и кусковыми материалами; для транспортно-складских
работ со штучными и пакетированными грузами, в том числе на грузовых дворах и различных вспомогательных и специальных работах.
Изготовляемые погрузчики предназначены для эксплуатации в районах с умеренным климатом при температуре +40 … – 40 0 С (ГОСТ 15150 – 89).
Главный и основные параметры. Главным параметром одноковшовых погрузчиков является номинальная грузоподъемность. Она определяет конструктивные особенности и основные параметры – вместимость ковша, наибольшую высоту разгрузки,
разгрузочный вылет и др.
Основные эксплуатационно-технологические параметры одноковшовых погрузчиков являются – силовые, скоростные и размерные.
К силовым параметрам, помимо номинальной грузоподъемности, относят удельное усилие резания, развиваемое на кромке ковша, вырывные и выглубляющие усилия.
К скоростным параметрам относят скорости: передвижения и маневрирования
погрузчика (рабочие и транспортные), подъема и опускания стрелы, запрокидывания и
опрокидывания ковша.
К размерным параметрам относят: высоту разгрузки, разгрузочный вылет, углы
запрокидывания и опрокидывания ковша, ширину режущей кромки, радиус поворота, дорожный просвет, габариты и др.
На рисунке 1.7, 1.8 показаны обозначения основных размерных конструкторскотехнологических параметров пневмоколесных и гусеничных погрузчиков и принципиальная конструктивная схема выбранной модели.
101
Рис. 1.7. Обозначение основных размерных конструкторско-технологических
параметров пневмоколесных (а), гусеничных (б) погрузчиков
Н - высота разгрузки; L – разгрузочный вылет кромки ковша; εр max – угол запрокидывания
ковша в нижнем положении стрелы; εр max – угол запрокидывания ковша в верхнем положении стрелы; εр max – угол разгрузки ковша; Гдл – габарит по длине; Гв – габарит по
высоте;
Б – колесная (гусеничная) база; γ – задний угол съезда
102
Рис. 1.8. Принципиальная конструктивная схема одноковшового фронтального пневмоколесного погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой ТО – 18
1 – ковш; 2 – стрела; 3 – передняя полурама; 4 – рулевая колонка; 5 – кабина; 6 – двигатель;
7 – задняя полурама; 8, 11 – шины; 9, 12 – обода; 10 – карданный вал
1.2.2. Экскаваторы.
Экскаватор – землеройная машина, предназначенная для копания грунта. Одноковшовый экскаватор – машина периодического действия.
Гидравлический привод позволяет преобразовать вращательное движение приводного двигателя в возвратно-поступательные движения рабочих органов (РО) с малыми
скоростями и большими усилиями без громоздких зубчатых и канатных передач и сложных фрикционных устройств.
Большая вместимость ковша и усилия резания при одинаковой с механическим
экскаватором массе достигаются благодаря более совершенной кинематике РО. Отсюда
более высокая производительность и качество земляных работ, сокращение объема ручных зачистных работ.
Основные агрегаты экскаватора с гидравлическим приводом: силовая установка,
гидрооборудование, механизмы вращения поворотной части и движителя, рабочее оборудование.
Силовая установка: дизельный двигатель и системы питания, смазочная система и
система охлаждения.
Гидрооборудование: насосы, гидродвигатели (гидроцилиндры и гидромоторы),
клапанно-распределительная аппаратура, трубопроводы, системы охлаждения и фильтрации рабочей жидкости.
Механизмы вращения поворотной части полноповоротных экскаваторов приводятся гидромоторами, которые вращают через редуктор бегунковую шестерню, находящуюся
103
в зацеплении с венцом опорно-поворотного устройства. Поворот РО экскаватора ЭО –
2621 А осуществляется гидроцилиндрами.
Ходовое устройство: гусеничное с индивидуальным приводом на каждую гусеницу от двух моторов (ЭО – 5015 А, ЭО – 4121 А, МТП – 71 (ЭО – 4221) и ЭО – 5122 А);
пневмоколесное от одного гидродвигателя с приводом через механическую трансмиссию
на предний и задний мосты (ЭО – 3322 Б) или с индивидуальным приводом колес от четырех гидромоторов (ЭО – 4321); на базе пневмоколесного трактора (ЭО – 2621 А); гусеничное с увеличенной поверхностью гусениц (МТП – 71 (ЭО-4221)).
Все экскаваторы на пневмоколесном ходу оборудованы выносными опорами, повышающими устойчивость при копании; экскаваторы ЭО – 2621 А, ЭО – 4321 – бульдозерным отвалом.
Рис. 1.9. Принципиальная конструктивная схема экскаватора модели ЭО - 4321
с обратной лопатой
1 – пневмоколесный ход, 2 – выносные опоры, 3 – силовая установка, 4 – капот, 5 – поворотная платформа, 6 – опорно-поворотное устройство, 7 – кабина, 8 – базовая часть стрелы, 9 – головная часть стрелы, 10, 12 и 15 – гидроцилиндры, 11 – рукоять, 13 – ковш,
14 – бульдозер
а)
б)
Рис. 1.10. Схемы конструкторско-технологических параметров одноковшового
гидравлического экскаватора модели с обратной лопатой:
а) параметры базовой машины; б) параметры РО
104
1.2.3. Катки.
Назначение и классификация катков. Уплотнение грунта и других дорожностроительных материалов осуществляемое
машинами, действие которых основано на
следующих принципах: использования статического давления перекатывающихся вальцов
(рис. 1.11 а), имеющих различную форму рабочей поверхности (гладкую, ребристую, кулачковую) и катки на пневматических шинах; сообщения уплотняемому материалу колебаний,
близких
по частоте к собственным колебаниям материала
(вибрационные
машины, рис. 1.11 б); динамических ударов (трамбовочные машины, рис. 1.1I в).
Рис. 1.11. Способы уплотнения грунтов и дорожно-строительных
материалов:
а – укатка; б – виброуплотнение; в – трамбование; m – масса; h – толщина
уплотняемого слоя; Н – высота подъема трамбующего органа
На этих принципах созданы следующие машины:
- катки;
- виброплиты самопередвигающиеся и навесные на тракторах, кранах, экскаваторах;
- многосекционные виброплиты на гусеничном и колесном ходу;
- трамбовочные машины на колесном и гусеничном ходу с свободнопадающим рабочим органом и принудительного (активного) действия;
- трамбовки ручные – пневматические, электрические и взрывные.
Некоторые виды грунтоуплотняющих машин показаны на рисунке 1.12.
В соответствие с ГОСТ Р 52156 – 2003 по конструктивным признакам дорожные катки подразделяются на следующие типы [21]:
 по способу уплотнения – статические (КСД) и вибрационные (КДВ);
 по конструкции рабочего органа – с гладкими вальцами (1), кулачковые (2), пневмоколесные (3), комбинированные (4), решетчатые (5), пластинчатые (6), ребристые (7);
 по числу осей – одноосные, двухосные, трехосные и т. д.;
 по числу вальцов – одновальцовые, двухвальцовые, трехвальцовые и т. д.
Эксплуатационную массу в тоннах рекомендуется выбирать из ряда: 1,0; 1,5; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0;
6,0; 7,0; 8,0; 9,0; 10,0; 12,0; 14,0; 17,0; 20,0; 24,0. Допустимое отклонение ± 12%.
105
Рис. 1.12. Схемы грунтоуплотняющих машин:
а — каток с гладкими вальцами; б — кулачковый прицепной каток; в — пневмоколесный
прицепной каток; г — трамбовочная плита на тракторе; д —самоходная виброплита; 1 —
пневматические шины; 2 — балластные ящики; 3 — механизм подъема и сбрасывания плиты;
4 — плита; 5 — направляющие; 6 — вибровозбудитель; 7 — двигатель
Самоходные катки с гладкими металлическими вальцами статического и вибрационного действия подразделяются по весу и удельному давлению на три типоразмера:
I–легкие весом от 0,6 до 4 т для уплотнения облегченных черных и асфальтобетонных покрытий, парковых дорожек, заводских полов, стадионов и т. д.;
II — средние весом 6—8 т для уплотнения гравийно-щебеночных, черных и асфальтобетонных оснований и покрытий;
I I I—тяжелые
весом
10—18
т
для
окончательного
уплотнения
гравийно-
щебеночных, черных и асфальтобетонных покрытий.
Рис. 1.13. Схемы самоходных катков статического действия
с гладкими вальцами
106
По числу и взаимному расположению вальцов: на одновальцовые с поддерживающим
роликом и без него (рис. 1.13 а); трехвальцовые двухосные с двумя задними ведущими вальцами (рис. 2.3 б); двухвальцовые двухосные с одним или обоими ведущими вальцами (рис.
1.13 в); трехвальцовые трехосные с одним или со всеми ведущими вальцами (рис. 1.13 г).
В нормативных документах (НД) на катки конкретных моделей рекомендуется устанавливать следующие показатели: тип катка; эксплуатационную массу (с балластом и без
балласта); диаметр вальцов; ширину вальцов; линейное давление вальцов; число и диаметр
шин, давление в шинах (для пневмоколесных катков); ширину уплотняемой полосы; скорости движения (рабочую и транспортную); минимальный радиус поворота; максимальный
преодолеваемый уклон; угол поперечной устойчивости; вынуждающую силу вибровозбудителя (для вибрационных катков); тип двигателя; мощность двигателя; тип трансмиссии; габаритные размеры (длину, ширину, высоту катка с кабиной или тентом и без них); базу
катка; 80 % - ный ресурс до первого капитального ремонта и критерии предельного состояния; дымность отработавших газов двигателя катка в соответствии с ГОСТ 17.2.2.02 или с
ГОСТ 17.2.2.03 (по документации на двигатель); выброс вредных веществ с отработавшими
газами из системы выпуска двигателя в соответствии с ГОСТ 17.2.2.03 или с ГОСТ 17.2.2.05
(по документации на двигатель).
Для конкретных моделей катков, проектируемых после введения в действие настоящего стандарта, рекомендуется следующая схема условного обозначения (индексации):
«ХХХ – Х – ХХ – ХХ»
( 1)
(2)
(3)
(4)
1 – буквенное обозначение типа катка по способу уплотнения;
2 – тип катка по конструкции рабочего органа;
3 – максимальная эксплуатационная масса, т (округляют до ближайшего числа, выбранного из вышеуказанного ряда);
4 – порядковый номер модели (01, 02, 0,3 и т. д.).
П р и м е р у с л о в н о г о о б о з н а ч е н и я дорожного вибрационного катка с
кулачковыми вальцами массой 1085 кг четвертой модели:
КДВ – 2 – 1,0 - 0,4.
1.3. Анализ эргономических показателей ЗМ.
Методы и средства их определения
Испытания машин представляют собой систему проверок, с помощью которых в зависимости от их вида решаются различные задачи. Испытания проверки делятся на две
группы: испытание и приемка опытного образца (опытной партии) машин; испытание машин серийного производства.
107
Опытный образец (опытную партию) подвергают следующим видам испытаний:
предварительным и приемочным (рис. 1.14).
Рис. 1.14. Структура видов испытаний строительных машин
Предварительные испытания проводят для определения соответствия опытного образца ТЗ, требованиям стандартов и технической документации, а также для решения вопроса о возможности представления образца на приемочные испытания.
Все опытные образцы строительных и дорожных машин проходят государственные
испытания.
Государственные испытания важнейших видов строительных машин, согласно системе этих испытаний, осуществляются головными организациями по государственным испытаниям (ГОГИ).
Установлены следующие виды государственных испытаний: приемочные, квалификационные, инспекционные, аттестационные, сертификационные.
Целью этих испытаний является получение объективной, достоверной информации о
фактических значениях показателей качества машин и принятие решения о постановке новой машины на производство, продолжении или окончании серийного производства, возможности производства машины на экспорт, импорт данных машин, выдаче сертификата
соответствия.
Одними из важных показателей качества машин, их общей безопасности являются эргономические показатели. К ним относятся, в первую очередь: уровень вибрации и звука;
температура, уровень загазованности и уровень запыленности на рабочем месте; усилия на органах управления (на рычагах / на педалях); параметры кабины оператора - размеры минимального рабочего пространства вокруг него; усилия на рулевом управлении.
108
Требования к указанным показателям регламентируются Международными, Межгосударственными и Национальными стандартами, в частности, ГОСТ 12.2.011- 75, ГОСТ
ИСО 12.2.120 – 2005, ГОСТ 20062 – 96, ГОСТ ИСО 11112 – 2000, ГОСТ 12.2.121 – 88,
ГОСТ ИСО 5353 – 2003, ГОСТ 27254 – 87 (ИСО 5010 – 84), и др.
Анализ этих НД, содержащихся в них требований и методов показывает, что для
значительного ряда эргономических показателей, их оценка возможна только с использованием специального оборудования, измерительной аппаратуры и средств измерения.
При этом в большинстве случаев, на данный момент, такое оборудование, выпускаемое
промышленным способом отечественными производителями, отсутствует. Данные приборы серийно сегодня выпускаются, в основном, зарубежными фирмами. Их применение у
нас сопряжено с затратой значительных валютных средств (на приобретение, обучение
персонала работе с ними, на проведение ежегодной поверки, приобретения специальной
эталонной аппаратуры, поверочных методик и т.п.), с известными техническими сложностями при эксплуатации и обслуживании.
В этой связи, одним из перспективных путей
решения проблемы представляется разработка и создание необходимых приборов силами
отечественных ученых, инженеров и конструкторов, освоение их выпуска на базе существующих промышленных предприятий и объединений Узбекистана.
В частности, при испытаниях систем рулевого управления колесных землеройных
машин в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.011- 75 и ГОСТ 27254 – 87 (ИСО 5010 –
84) необходимо наличие специальных мобильных динамометров для рулевого колеса (с
возможностью итоговой регистрации усилий) и специальных высокоточных измерителей
скорости движения машины в целом.
Учитывая вышесказанное, разработке данной измерительной аппаратуры и посвящена настоящая диссертационная работа. Такое направление, наряду с интеллектуальным
и экономическим эффектами имеет также социальное значение.
1.4. Выводы по главе. Цели и задачи исследования
Таким образом, на основании выполненного обзора и анализа технической литературы и руководящих нормативных документов можно сделать следующие выводы.

Интенсивное развитие народного хозяйства, увеличивающиеся объемы строи-
тельства промышленных и гражданских сооружений, сети автомобильных и железных дорог
предопределяют необходимость,
как разработки и постановки на производство
широкого ряда типов строительных и дорожных машин, так и расширение их импорта в
Узбекистан.
Значительное место среди этих машин занимают машины для зем-
ляных работ.

С целью защиты рынка Узбекистана от продукции низкого качества, в том чис109
ле и землеройных машин, в соответствии с постановлением КАБИНЕТА МИНИСТРОВ
РЕСПУПБЛИКИ УЗБЕКИСТАН № 318 от 06.07.2004 г, «О дополнительных мерах по
упрощению процедуры сертификации продукции», данный вид техники, подлежит обязательной сертификации, и в первую очередь, по показателям качества и безопасности.

Одними из важных показателей качества машин, их общей безопасности явля-
ются эргономические показатели. К ним относятся, в первую очередь: уровень вибрации и
звука; температура, уровень загазованности и уровень запыленности на рабочем месте; усилия
на органах управления (на рычагах / на педалях); параметры кабины оператора - размеры
минимального рабочего пространства вокруг него; усилия на рулевом управлении. Их
определение требует в большинстве случаев использования специального оборудования,
измерительной аппаратуры и средств измерения. В частности, при испытаниях систем
рулевого управления колесных землеройных машин в соответствии с требованиями ГОСТ
12.2.011- 75 и ГОСТ 27254 – 87 (ИСО 5010 – 84) необходимо наличие специальных мобильных динамометров устанавливаемых на рулевое колесо и специальных высокоточных измерителей скорости движения машины в целом. Такие приборы на сегодняшний
день отечественной промышленностью не выпускаются. Применение зарубежной измерительной техники связано с известными материальными и техническими трудностями.

Одним из перспективных путей решения указанной проблемы представляется
разработка и создание необходимых приборов силами отечественных ученых, инженеров
и конструкторов, освоение их выпуска на базе существующих промышленных предприятий и объединений Узбекистана. Такое направление, наряду с интеллектуальным и экономическим эффектами имеет также и социальное значение.
На основании вышеизложенного, была поставлена следующая цель работы.
Цель работы - разработать и создать измерительное универсальное оборудование
для испытания системы рулевого управления колесных землеройных машин в соответствии с требованиями ГОСТ 27254 – 87 (ИСО 5010 – 84) и определения усилий на ряде органов управления и на других элементах машин, в соответствии с ГОСТ 12.2.120 – 2005,
ГОСТ ИСО 2867 – 2002.
Задачами исследования являются:
-разработка и создание мобильного универсального измерителя усилия на рулевом
колесе землеройных машин и усилий на ряде органов управления и других элементах машин;
-разработка и создание мобильного измерителя скорости движения машин;
-проведение экспериментальных исследований усилий на рулевом колесе при работе рабочей системы рулевого управления полноразмерной колесной землеройной ма110
шины;
-разработка методики обработки и анализа полученных результатов, с использованием методов оценки неопределенности измерений.
2. Разработка аппаратуры для оценки усилий на рулевом колесе
землеройных машин
2.1. Требования к системе рулевого управления колесных машин
Требования к системе рулевого управления колесных землеройных машин и методы ее испытания на территории Республики Узбекистан регламентируются ГОСТ
27254 – 87 (ИСО 5010 – 84).
Настоящий стандарт устанавливает методы испытаний систем рулевого управления колесных землеройных машин и критерии качества их работы, позволяющие проводить единообразную оценку управляемости землеройных машин (далее — машин),
работающих на строительных площадках или предназначенных для движения по дорогам.
Стандарт распространяется на самоходные колесные землеройные машины,
способные развивать скорость свыше 20 км/ч, основные типы которых представлены
в ГОСТ ИСО 6165 – 2005 г.
Для поворота машин применяют системы рулевого управления с ручным
управлением с усилителем, с силовым приводом.
Основные термины и определения.
Система рулевого управления — система, включающая все элементы машины,
участвующие в управлении поворотом машины.
Рулевое управление с поворотными кулаками и трапецией — система, использующая обычную автомобильную кинематическую схему с двумя управляемыми колесами, установленными на одном мосту и соединенными с машиной посредством вертикальных поворотных шкворней, находящихся в непосредственной близости от
каждого из колес; углы, под которыми установлены колеса относительно вертикальных шкворней, выбраны так, что при любом угле поворота продолжения горизонтальных осей колес пересекаются в одной точке.
Рулевое управление с шарнирно-сочлененной рамой — система, содержащая
вертикальную ось поворота, соединяющую две секции машины, например, переднюю и заднюю секции шасси или рамы. Управление поворотом осуществляется посредством складывания секций машины вокруг оси поворота.
111
Рулевое управление с поворотом одноосного тягача — разновидность рулевого
управления с шарнирно-сочлененной рамой, при которой вертикальная ось поворота расположена в районе колесной оси тягача.
Рулевое управление с бортовым поворотом — система, использующая изменение скорости и (или) направления вращения колес правого и левого бортов машины
в качестве средства для изменения или поддержания направления се движения.
Ручное рулевое управление — система, использующая для поворота машины в
нормальных условиях исключительно мускульную энергию оператора.
Рулевое управление с усилителем — система, использующая для поворота машины мускульную энергию оператора и вспомогательный энергетический источник
(источники). При отсутствии вспомогательного источника (источников) поворот машины может быть осуществлен только за счет мускульной энергии оператора (п.
7.2.1).
Рулевое управление с силовым приводом — система, в которой поворот машины осуществляется за счет энергетического источника (источников); при его отсутствии поворот машины не может быть осуществлен за счет мускульной энергии
оператора (п. 7.2.1).
Аварийная система рулевого управления — резервная система, используемая
для поворота машины и случае отказа рабочего энергетического источника (источников) системы рулевого управления или в случае остановки двигателя.
Энергетический источник системы рулевого управления.
Рабочий энергетический источник системы рулевого управления — средство обеспечения энергией для выполнения поворота в системах с усилителем и системах с силовым
приводом, например гидравлический насос, воздушный компрессор, аккумулятор, электрогенератор.
Аварийный энергетический источник системы рулевого управления — средство
обеспечения энергией аварийной системы рулевого управления, например гидравлический
насос, воздушный компрессор, аккумулятор, батарея электропитания.
Отказ рабочего энергетического источника системы рулевого управления -- полная
и мгновенная потеря мощности рабочим энергетическим источником системы рулевого
управления. Принимается, что в течение одного и того же времени не происходит более одного отказа.
Командный орган рулевого управления — средство ручного управления, с помощью
которого оператор передает свою мускульную энергию системе рулевого управления, чтобы
112
вызвать желаемый поворот машины. Это обычное рулевое колесо и другие эквивалентные
средства ручного управления.
Усилие управления — необходимое усилие, прикладываемое оператором к командному органу рулевого управления для осуществления поворота машины.
Угол поворота — общин угол отклонения, измеряемый между передними и задними
колесами при их перемещении относительно одной или более вертикальных осей из положения обычного прямолинейного движения в положение поворота.
Угол поворота для многоосных машин определяют между колесами первого переднего и последнего заднего мостов.
Для ручного управления с, поворотными кулаками и трапецией характерно, что
угол поворота колес, расположенных с внутренней стороны поворота, превышает угол поворота колес, расположенных с внешней стороны поворота. Следовательно, для этой системы должно быть также указано место измерения угла поворота.
Угол поворота, полученный в случае комбинированного применения кинематических схем,
включая
систему управления с поворотными кулаками и трапецией,
определяют по п. 4.14, при этом должно быть указано место измерения в соответствии с
требованиями п. 4.14.2.
Окружность поворота но следу колес — габаритный диаметр поворота по следу
внешней шины, определяемый по п. 10.1.
Общие требования.
Требования, указанные ниже, относятся ко всем системам рулевого управления, на которые распространяется настоящий стандарт.
Командный орган рабочей системы рулевого управления должен быть для
оператора органом рулевого управления при любых обстоятельствах.
Системы рулевого управления должны быть сконструированы и установлены
на машину таким образом, чтобы они выдерживали без функциональных повреждений предусмотренные п. 11.1.1 усилия, прикладываемые оператором в состоянии
стресса. 5.3. Чувствительность, регулирование и быстродействие рабочей системы
рулевого управления должны соответствовать требованиям п. 11.2 и позволять квалифицированному оператору уверенно вести машину по заданной траектории при
выполнении всех операций, для которой предназначена данная машина.
Машины с задними управляемыми колесами должны иметь устойчивое рулевое управление (п. 11.2.2).
Машины с максимальной расчетной скоростью заднего хода свыше 20 км/ч
должны иметь аналогичные показатели в части усилий скорости поворота и продол113
жительности работы системы рулевого управления при движении передним и задним
ходом. Это движение следует подтверждать анализом кинематической схемы или
расчетами. Испытания при движении задним ходом не проводят.
Гидравлические контуры систем рулевого управления (при их наличии) должны иметь следующие устройства.
Устройства для регулировки давления, необходимые для предотвращения возникновения чрезмерных давлений в гидросистеме.
Гибкие рукава, соединительную арматуру и жесткие трубопроводы с разрывным давлением, не менее чем в 4 раза превышающим наибольшее предельное давление, установленное устройствами для регулировки давления энергетического
источника (источников) рабочей и аварийной систем рулевого управления.
Разводку трубопроводов, исключающую чрезмерный изгиб, скручивание, трение и износ рукавов.
Надежность системы рулевого управления должна быть обеспечена правильным выбором и конструкцией ее элементов, а также компоновкой, удобной для проверки и технического обслуживания.
Помехи в системе рулевого управления должны соответствовать следующим
требованиям.
Компоновка и кинематическая схема должны сводить к минимуму помехи,
вызываемые работой других систем машины (прогиб или смещение элементов подвески, боковые наклоны машины, качение осей и отклонения от курса, связанные с
возникновением крутящих моментов от действия привода и тормозов).
Помехи от воздействия внешних сил при эксплуатации машины в условиях,
для которых она предназначена, не должны существенно влиять на ее управляемость.
Системы рулевого управления с усилителем и с силовым приводом должны
соответствовать следующим требованиям.
Системы должны быть независимы от других силовых устройств и контуров.
Если это невозможно, то системы рулевого управления с усилителем и силовым приводом должны иметь преимущественное действие по сравнению с другими системами
или контурами, исключая аварийную систему рулевого управления и аварийную
тормозную систему, эффективность которой должна соответствовать требованиям
ИСО 3450.
Если от рабочего энергетического источника системы рулевого управления
снабжаются другие системы (потребители), то любой отказ этих систем (потребите114
лей) необходимо рассматривать как отказ рабочего энергетического источника системы рулевого управления.
При отказе рабочего энергетического источника системы рулевого управления
допускается изменять передаточное отношение от органа рулевого управления к
управляемым колесам при выполнении требований п.п. 11.3, 11.4 или 11.5.
Машины, оборудованные рулевым управлением с силовым приводом, должны
быть снабжены аварийной системой рулевого управления.
Эту систему рекомендуется выполнять независимой от других силовых
устройств и контуров. Если это невозможно, то устройства и контуры аварийной системы рулевого управления должны иметь преимущество по сравнению с другими
системами или контурами, исключая аварийную тормозную систему, эффективность
которой должна соответствовать требованиям ИСО 3450.
Руководство для оператора машин с аварийной системой рулевого управления
должно содержать следующие сведения:
а) информацию о том, что машина оборудована аварийной системой рулевого
управления;
б) пределы возможностей аварийной системы рулевого управления;
в) методы полевых испытаний по проверке работоспособности аварийной системы рулевого управления.
Эргономические требования.
Машина должна поворачиваться в направлении, соответствующем направлению перемещения командного органа рулевого управления, т. е. вращение рулевого
колеса по часовой стрелке должно вызывать поворот машины вправо, вращение
против часовой стрелки – влево.
Усилие управления по п. 4.13 должно быть не более следующих значений.
Усилие управления для рабочей системы рулевого управления при испытаниях по разделу 11 не должно превышать 115 Н.
Усилие управления для аварийной системы рулевого управления при испытаниях по разделу 11 не должно превышать 350 Н.
Неравномерность хода командного органа для получения заданного угла поворота колес вправо и влево до угла 300 не должна превышать 25%. Допускается проверять этот показатель расчетным путем. Для систем рулевого управления с поворотными кулаками и трапецией угол 300 относится к колесам, расположенным с
внутренней стороны поворота.
115
Если для продолжения изменения угла поворота необходимо продолжение перемещения командного органа, желательно, чтобы ход командного органа был больше в положении прямолинейного движения, что достигается применением
червячного рулевого механизма с переменным передаточным числом.
Технические требования.
Рабочие системы рулевого управления. Для всех рабочих систем рулевого
управления (с ручным управлением, с усилителем или с силовым приводом) усилие
управления по п. 4.13 не должно превышать 115 Н при прохождении испытательных
коридоров по п.п. 11.2.3 и 11.4.3.
Аварийное рулевое управление для систем с усилителем.
Усилие управления при испытаниях аварийной системы рулевого управления
по п.п. 11.3.5, 11.3.6 и 11.4.4 не должно превышать 350 Н. Если это требование не выполняется, то данную систему рулевого управления необходимо рассматривать и испытывать как систему с силовым приводом.
Машина должна быть оснащена устройством предупредительной сигнализации, оповещающим об отказе рабочего энергетического источника, системы рулевого
управления. Это устройство должно обеспечивать звуковую или визуальную сигнализацию и должно срабатывать при отказе рабочего энергетического источника.
Аварийный энергетический источник или устройство предупредительной сигнализации не устанавливают, если аварийная управляемость машины соответствует требованиям п. 7.2.1 и не зависит от времени или числа включений рулевого управления;
при этом значительное увеличение усилия управления или значительное увеличение
перемещения рулевого колеса для поворота на данный угол дает оператору сигнал об
отказе рабочего энергетического источника системы рулевого управления.
Данная аварийная система рулевого управления должна действовать также и
при движении машины задним ходом, если максимальная расчетная скорость заднего хода превышает 20 км/ч.
Аварийное рулевое управление для систем с силовым приводом.
Система рулевого управления с силовым приводом должна быть снабжена
аварийным энергетическим источником по п. 4.10.2.
Усилие управления при испытаниях по п.п. 11.3.5, 11.3.6 и 11.4.4 не должно
превышать 350 Н.
Машина должна быть оснащена устройством предупредительной сигнализации, оповещающим об отказе рабочего энергетического источника системы рулевого
116
управления. Это устройство должно обеспечивать звуковую или визуальную сигнализацию и должно срабатывать при отказе рабочего энергетического источника.
Данная аварийная система рулевого управления должна действовать также и
при движении машины задним ходом, если максимальная расчетная скорость заднего хода превышает 20 км/ч.
Все системы рулевого управления (рабочие и аварийные) не должны получать
функциональных повреждений при испытаниях по и. 11.1.1.
2.2. Методы испытаний систем рулевого управления колесных машин
Испытательные коридоры.
Испытания систем рулевого управления следует выполнять в коридорах, имеющих ровную поверхность с уплотненным или твердым покрытием и уклоном не
более 3'% в любом направлении (п.п. 10.1, 11.2.1, 11.3.3, 11.4.1 (рис. 2.1 – 2.4)).
Размеры испытательного коридора определяют в зависимости от диаметра
окружности поворота по следу колес, колесной базы и ширины машины по шинам
(рис. 2.1).
Размеры испытательного коридора определяют в зависимости от типа машины, диаметра окружности поворота по следу колес, колесной базы и ширины по шинам (рис. 2.4).
Указанные на рис. 2.1 и 2.4 размеры коридора являются минимальными.
Колесной базой многоосной машины при установлении испытательного коридора по рис. 2.1 или 2.4 является расстояние между осями первого и последнего заднего мостов.
Допускается
использовать
испытательные
коридоры,
зеркально-
симметричные по отношению к изображенным на рис. 2.1 и 2.4.
В испытательном коридоре, показанном на рис. 2.4 (или зеркальносимметричном ему), допускается участку № 4 давать противоположное направление,
чтобы поворот с участка № 3 на участок № 4 можно было выполнять в любом из двух
направлений. Этот вариант помогает разместить испытательный коридор, вписав
его в размеры имеющейся испытательной площадки.
На машинах, которые могут быть оборудованы различными комплектами
шин, при испытаниях (за исключением альтернативных испытаний по рис. 2.3)
должны быть установлены шины из числа рекомендованных изготовителем, имеющие наименьшую ширину протектора.
Требования к испытуемой машине.
117
Самоходные скреперы и землевозы, не предназначенные для движения по дорогам, должны проходить испытания при максимальном, указанном изготовителем,
значении полной массы машины с грузом и расчетном распределении ее по осям,
включая массу наиболее тяжелых видов оборудования, рекомендуемых изготовителем для одновременного монтажа, массу оператора (75 кг) и топлива при полной заправке бака.
Самоходные скреперы и землевозы, предназначенные для движения по дорогам, должны проходить испытания при максимальном, указанном изготовителем,
значении массы машины с грузом и расчетном распределении ее по осям, как указано
в п. 9.1. Если при этом не превышены установленные законом ограничения для дорог, то в последнем случае испытания проводят при максимальных разрешенных
значениях массы и осевых нагрузок для дорог общего пользования.
Колесные погрузчики, колесные тракторы, экскаваторы и автогрейдеры,
предназначенные и не предназначенные для движения по дорогам, должны проходить испытания при максимальном, указанном изготовителем, значении массы машины без груза, включая массу наиболее тяжелых видов оборудования и рабочих
органов, рекомендуемых изготовителем для одновременного монтажа и создающих
наибольшую нагрузку на управляемый мост (мосты), массу оператора (75 кг) и топлива при полной заправке бака.
Параметры узлов и систем машины, влияющие на ее управляемость, должны
соответствовать указаниям изготовителя. Сюда относятся размеры шин и давление
воздуха в шинах, давление и расход рабочей жидкости в системе рулевого управления, момент включения устройства предупредительной сигнализации и т. д.
Метод определения окружности поворота по следу колес.
Окружность поворота по следу колес (используемая при расчете размеров испытательных коридоров по рис. 2.1, 2.2 и 2.4) представляет собой габаритный радиус
поворота по внешней шине, определяемый по ГОСТ 27257—87 (ИСО 7457) и в соответствии со следующими указаниями.
Используют только рабочий командный орган (например, рулевое колесо) и
рабочую систему рулевого управления. Органы управления других механизмов, которые могут повлиять па траекторию поворота (например, бортовые тормоза, наклон
колес автогрейдера, задние управляемые тележки автогрейдеров), использовать не
допускается.
118
Для машин с разными окружностями поворота вправо и влево при расчете испытательного коридора используют меньшую из двух окружностей поворота по следу
колес.
Для машин с тремя и более мостами, имеющих буксируемые прицепы, окружность поворота по следу колес определяют без буксировки прицепа или полуприцепа,
во избежание упора в системе рулевого управления при соприкосновении прицепа с
тягачом.
Испытания рулевого управления.
Испытания, проводимые со всеми системами рулевого управления.
Все системы рулевого управления должны выдерживать без функционального
повреждения усилие 900 Н, приложенное к командному органу рулевого управления в
направлении его перемещения (см. п. 5.2).
Следы колес испытуемой машины должны находиться внутри испытательных
коридоров в соответствии с рис. 2.1, 2.2 и 2.4. Данное требование не распространяется
на следы колес прицепов или полуприцепов машин с тремя пли более осями, не предназначенных для движения по дорогам.
Испытания рабочей системы рулевого управления.
Эффективность системы рулевого управления должна быть достаточной для
того, чтобы при движении машины с максимальной скоростью переднего хода следы
ее колес не выходили за границы прямого испытательного коридора длиной 100 м,
ширина которого в 1,25 раза превышает ширину машины по шинам. Допускается
корректировать курс с помощью рулевого управления.
Машины с задними управляемыми колесами должны быть испытаны при
движении со скоростью (8 ± 2) км/ч по круговой траектории диаметром, соответствующим примерно половине значения наибольшего угла поворота. При освобождении
командного органа угол поворота не должен возрастать (см. п. 5.3.1).
Система рулевого управления должна обеспечивать соответствие требованиям
п. 11.1.2 при прохождении испытательного коридора согласно рис. 2.1 машинами,
предназначенными для движения по дорогам, и коридора по рис. 2.4 машинами, не
предназначенными для движения по этим дорогам. Коридоры должны соответствовать требованиям п. 8. Машины должны двигаться передним ходом с установившейся скоростью (1б±2) км/ч от момента, когда оси передних колес войдут в коридор, до
момента, когда оси передних колес достигнут конца коридора. При этом регистрируют усилие управления, которое не должно превышать 115 Н. Допускается проводить
несколько пробных заездов, чтобы оператор мог отработать навык плавного, посте119
пенного приложения мускульного усилия к командному органу рулевого управления.
(Альтернативный метод испытаний рулевого управления машин, предназначенных
дли движения по дорогам, указан в п. 11.4.).
Испытания аварийной системы рулевого управления для машин, предназначенных
для движения по дорогам.
Работу устройства предупредительной сигнализации аварийной системы
рулевого управления проверяют по п.п. 7.2.2 и 7.3.3.
Подача мощности к рабочей системе рулевого управления должна быть прекращена, если она передается от двигателя, поскольку мощность двигателя используется для движения машины по испытательным коридорам, указанным в п.п. 11.3.3,
11.3.5, 11.3.6 и 11.3.8.
Эффективность аварийной системы рулевого управления должна быть достаточной для того, чтобы при движении машины со скоростью (16 ± 2) км/ч следы ее
колес (см. п. 11.1.2) не выходили за границы прямого испытательного коридора длиной 100 м, ширина которого в 1,25 раза превышает ширину машины по шинам. Допускается корректировать курс при помощи рулевого управления.
Перед началом любого заезда при испытаниях аварийной системы управления
энергетический уровень аварийного источника не должен превышать нормальный
уровень в момент срабатывания устройства предупредительной сигнализации, оповещающего об отказе рабочего энергетического источника.
Аварийное рулевое управление должно обеспечивать достаточное исполнительное усилие н продолжительность работы для выполнения требований п. 11.1.2
при безостановочном прохождении машиной испытательного коридора согласно рис.
2.1 со скоростью (8 ± 2) км/ч с момента входа осей передних колес в коридор до момента достижения осями передних колес конца коридора.
Аварийное рулевое управление должно обеспечивать достаточное исполнительное усилие и скорость поворота для выполнения требований п. 11.1.2 при безостановочном прохождении машиной испытательного коридора согласно рис. 2.1 со
скоростью (16 ± 2) км/ч с момента входа осей передних колес в коридор до момента
достижения осями передних колес конца коридора.
В процессе испытаний по п.п. 11.3.5 и 11.3.6 регистрируют усилие управления,
которое не должно превышать 350 Н. Допускается проводить несколько пробных заездов, чтобы оператор мог отработать навык плавного, постепенного приложения
мускульного усилия к командному органу рулевого управления.
120
Испытания быстродействия аварийного рулевого управления по данному
пункту проводят при выполнении машиной маневра согласно рис. 2.2 со скоростью
(16 ± 2) км/ч. Маневр выполняют в противоположную сторону по сравнению с изображенным на рис. 2.2, если применялись испытательные коридоры, зеркальносимметричные по отношению к рис. 2.1 и 2.4. Испытание начинают при нормальном
энергетическом уровне аварийной системы рулевого управления. Поворот начинают
в точке А. В начальный момент воздействия на командный орган должно срабатывать устройство для нанесения отметок на опорную поверхность, размещенное под
передним мостом машины, и одновременно имитируется отказ рабочего энергетического источника (источников) системы рулевого управления. При выполнении машиной поворота на 900 следы колес не должны выходить за указанную на рис. 2.2
границу.
Альтернативные методы испытаний рулевого управления машин, предназначенных
для движения по дорогам.
Рулевое управление колесных машин, предназначенных для движения по дорогам, допускается подвергать испытаниям, описанным ниже, вместо испытаний,
описанных в п.п. 10, 11.2.3, 11.3.5 – 11.3.8, где требуется испытывать машины в коридорах в соответствии с рис. 2.1 и 2.2.
Альтернативный испытательный маршрут.
Альтернативный испытательный маршрут для машин, предназначенных для
движения по дорогам, представляет собой габаритную окружность поворота машины диаметром 24 м, нанесенную на поверхность по п. 8.1 (рис. 2.3).
Угол поворота.
Угол поворота для последующего использования при данных альтернативных
испытаниях определяют, как указано ниже.
Используют только рабочий командный орган (например, рулевое колесо) и
рабочую систему. Органы управления других механизмов, которые могут повлиять
на траекторию поворота (например, бортовые тормоза, наклон колес автогрейдера,
задние управляемые колеса автогрейдера), использовать не допускается.
Машину выводят на испытательный маршрут и безостановочно двигают по
круговой траектории со скоростью (3 ± 1) км/ч. Для определения угла поворота, соответствующего маршруту по п. 11.4.1, по линии испытательной окружности должна
двигаться наиболее удаленная от центра поворота точка машины (рис. 2.3).
Испытания рабочих систем рулевого управления.
121
Система рулевого управления должна обеспечивать поворот машины из положения прямолинейного движения на угол по п. 11.4.2 в течение 4 с. Скорость переднего хода должна составлять (10 ± 2) км/ч, усилие управления не должно превышать 115
Н. Испытания проводят с поворотом в левую и правую стороны.
Испытания аварийной системы рулевого управления.
Аварийное рулевое управление должно обеспечивать достаточное исполнительное усилие и продолжительность работы для того, чтобы машина из положения
прямолинейного движения безостановочно выполнила один поворот в левую и один –
в правую сторону на угол по п. 11.4.2, после чего вернулась в положение прямолинейного движения. Скорость переднего хода должна составлять (10 ± 2) км/ч, усилие
управления не должно превышать 350 Н.
Аварийное рулевое управление должно обеспечивать достаточное исполнительное усилие и скорость поворота для того, чтобы повернуть машину из положения
прямолинейного движения на угол по п. 11.4.2 в течение 6 с. Скорость переднего хода
должна составлять (10 ± 2) км/ч, усилие управления не должно превышать 350 Н. Испытания проводят с поворотом в левую и правую стороны.
Испытание быстродействия аварийного рулевого управления проводят при
повороте движущейся машины из положения прямолинейного движения на угол по
п. 11.4.2. В начальный момент воздействия на командный орган имитируется отказ
рабочего энергетического источника системы рулевого управления. Промежуток
времени от начала воздействия на командный орган до момента достижения угла поворота по п. 11.4.2 не должен превышать 6 с. Скорость переднего хода должна составлять (10 ± 2) км/ч, усилие управления не должно превышать 350 Н. Испытания
проводят с поворотом в ту сторону, для которой требуется наибольшее время по п.
11.4.4.2.
Испытания аварийной системы рулевого управления машин, не предназначенных
для движения по дорогам.
Машину с аварийной системой рулевого управления, соответствующей требованиям пп. 11.3 или 11.4.4 при массе машины по п.п. 9.1 или 9.3, не подвергают испытаниям по п. 11.5.2.
Испытания аварийной системы рулевого управления машин, не предназначенных для движения по дорогам, проводят в соответствии с требованиями п. 11.3, но
вместо испытательного коридора по рис. 2.1 используют коридор по рис. 2.4. Машины с диаметром окружности поворота по следу колес менее 12 м, а также колесные
тракторы и автогрейдеры должны начинать движение по коридору (рис. 2.4) с линии
122
«Старт 1» и заканчивать заезд по линии «Финиш 1». Все остальные машины должны
начинать движение по коридору (рис. 2.4) с линии «Старт 2» и заканчивать заезд на
линии «Финиш 2».
Испытательный коридор для машин, предназначенных для
движения по дорогам (размеры в метрах)
Рис. 2.1. Размеры испытательного коридора:
А – 14 м; В – в 1,75 раза больше диаметра окружности поворота по следу колес или 22
м (в зависимости от того, кокой из размеров больше); С – в два раза больше максимальной колесной базы или 15 м (в зависимости от того, кокой из размеров меньше);
123
D – в 2,5 раза больше максимальной ширины по шинам; Е – в 1,25 раза больше максимальной ширины по шинам;
1 – финиш; 2 – участок № 3; 3 – участок № 2; 4 – участок № 1, 5 – старт
Быстродействие аварийной системы рулевого управления
Рис. 2.2. Схема движения машины:
1 – перпендикуляр к первоначальному направлению движения; 2 – первоначальное
направление движения; 3 – положение А передней оси в момент начала перемещения командного
органа; 4 – внешняя линия следа колес
Примечания:
1. Для машин, предназначенных для движения по дорогам, размер А определяют по рис. 2.1.
2. Для машин, не предназначенных для движения по дорогам, размер А определяют по
рис. 2.4.
124
Альтернативный маршрут для испытаний рулевого управления машин,
предназначенных для движения по дорогам
Рис. 2.3. Схема движения машины
125
Испытательный коридор для машин, не предназначенных для
движения по дорогам (размеры в метрах)
Рис. 2.4. Размеры испытательного коридора:
А – в 1,10 раза больше диаметра окружности поворота по следу колес или 14 м (в зависимости от того, кокой из размеров больше); В – в 1,75 раза больше диаметра
окружности поворота по следу колес или 22 м (в зависимости от того, кокой из размеров больше); С – в два раза больше максимальной колесной базы или 15 м (в зависимости от того, кокой из размеров меньше); D – в 2,5 раза больше максимальной
ширины по шинам; Е – в 1,25 раза больше максимальной ширины по шинам. Длина коридора: машины с диаметром окружности поворота по следу колес не менее 12
м, колесные тракторы и автогрейдеры должны начинать испытание у линии «Старт
126
1» и заканчивать у линии «Финиш 1». Остальные машины должны начинать испытание у линии «Старт 2» и заканчивать у линии «Финиш 2». 1 – вариант положения
участка №4; 2 – участок № 4; 3 – финиш; 4 - линия «Финиш 1»; 5 – участок №
3;
6 – участок № 2; 7 – линия «Старт 1»; 8 – линия «Старт 2»; 9 – участок № 1
2.3. Измеритель усилий механический
На основании требований НД к системе рулевого управления колесных землеройных машин, изложенных в разделах 2.1 и 2.2 настоящего исследования, были сформулированы следующие технические условия
для измерителя усилий
(динамометра) на
рулевом колесе:
 конструкция динамометра должна обеспечивать возможность быстрой и жесткой
установки на рулевое колесо землеройных машин с диаметром обода в пределах от 20 до
40 мм;
 передача крутящего момента от руки водителя на рулевое колесо должна осуществляться через рукоять динамометра, удобную для захвата одной рукой, по касательной к ободу рулевого колеса при любом его угловом повороте и положении оператора;
 погрешность прибора (из-за трения в передаточном механизме и других факторов)
не должна превышать ± 2%;
 предел измерений прибора, прочность его элементов должны составлять (выдерживать усилия) в пределах не менее от 0 до 40 кгс;
 максимальные значения усилий, полученные при однократном испытании машины
должны сохраняться на показывающей шкале прибора до ее полной остановки, а при
необходимости фиксироваться на осциллограмме; «обнуление» показаний должно производиться по только воле оператора;
 для повышения точности измерений, в зависимости от ожидаемых нагрузок при
испытаниях, в конструкции прибора должна быть предусмотрена возможность последовательного использования нескольких соответствующих упругих элементов (измерительных пружин), при этом должна быть обеспечена возможность их быстрой замены без
специальных приспособлений и инструментов.
На рисунке 2.5 а, б, в, показана принципиальная конструктивная схема, разработанного совместно сотрудниками ООО «MEGA TEST SYSTEM» и кафедры «ЙКМ» ТАДИ,
динамометра, в таблице 2.1 спецификация его составных частей.
Динамометр состоит из неподвижной I и подвижной II частей. Неподвижная часть
состоит из станины 1, на которой на двух осях 2 установлены попарно четыре подшипника качения 43 (80018 гост 7242 – 70). Фиксация подшипников относительно осей и друг
127
друга осуществляется с помощью распорных втулок 17 и 18, оси удерживаются гайками с
шайбами 40, 46, 47. На станине (на вертикальной ее части) установлены также две опоры
4 с пластиной 5, к которой прикреплен бегунок-толкатель 6. На горизонтальной части станины имеются кронштейны 3, 7, 8. К кронштейну 7 посредством винтов 36 крепится
направляющая ось 9, с расположенной на ней цилиндрической измерительной пружиной
10 и подвижными шайбами 11. Кронштейн 8 служит основанием для установки направляющей втулки 12 с автоматическим карандашом 14 с помощью хомута 13 и одного конца прижимной пружины 16.
128
Рис. 2.5 а. Измеритель усилий на рулевом колесе (вид спереди):
1 – станина; 2 – ось подшипника; 3 – кронштейн неподвижный; 4 – опора; 5 – пластина; 6
– бегунок-толкатель; 7 – кронштейн упорный; 8 – кронштейн для ак; 9 – ось направляющая; 10 – пружина измерительная; 11 – шайба подвижная; 12 – втулка направляющая; 13 –
хомут; 14 – карандаш автоматический; 15 – втулка-кронштейн; 16 – пружина прижимная;
17, 18 – втулка распорная; 19 – шпилька; 20 – рейка направляющая верхняя; 21 – рейка
направляющая нижняя; 22 – призма соединительная; 23 – кронштейн подвижный; 24 –
кронштейн упорный; 25 – пластина опорная; 26 – шкала; 27 – рукоять; 28 – ось рукояти;
29 – накладка; 30 – призма установочная;
33 – 41, 44 – 49 – крепежные изделия;
42
– магнит плоский;
43 – подшипник (80018 гост 7242 – 70)
129
Рис. 2.5 б. Измеритель усилий на рулевом колесе (вид сверху)
130
Рис. 2.5 в. Измеритель усилий на рулевом колесе (вид сбоку)
Другой конец пружины 16 соединен с втулкой-кронштейном 15, закрепленной на верхнем
конце автоматического карандаша. Снизу к станине с помощью резьбового соединения
привинчены четыре шпильки 19, которые служат для установки на них разъемных установочных призм 30. Подвижная часть устройства включает в себя верхнюю 20 и нижнюю
21 направляющие рейки, соединенные между собой по концам с помощью центрирующих призм 22. На верхней направляющей рейке установлены подвижный кронштейн 23 с
упорным кронштейном 24, ось рукояти 28 с рукоятью 27, опорная пластина 25 со шкалой
26 и накладки 29. Шкала 26 выполнена из стальной металлической измерительной линейки, на которую слева и справа от бегунка-толкателя, выполненного из дюрали свободно
установлены плоские магниты 42. Поскольку дюраль является «немагнитным» материа131
лом, воздействие бегунка на магниты носит только механический характер и ограничивается односторонним перемещением их по шкале прибора на расстояние, пропорциональное действию измеряемых усилий.
Соединение неподвижной и подвижной частей
устройства осуществляется посредством охвата подшипников качения 43 (сверху, снизу и
с обоих боков) направляющими рейками 20 и 21, имеющими специальные продольные пазы по всей их длине.
Остальные детали измерителя усилий крепятся друг к другу с помощью крепежных
изделий 33 – 41, 44 – 49.
С целью повышения точности показаний динамометра, одной из задач явилась минимизация зазора в сопряжении между его неподвижной и подвижной частями, доведения
зазора до значений 0,05 … 0.07 мм как по вертикальному, так и по горизонтальному
направлениям. Это было достигнуто путем изготовления с высокой точностью центрирующих призм 22, распорных втулок 17 и 18 и обработки продольных пазов в направляющих рейках 20 и 21, использования серийных подшипников качения.
Указанные мероприятия обеспечили оптимальный люфт в сопряжении между частями с одной стороны и исключили избыточное трение, закусывание, заедания с другой
стороны, во всем диапазоне измерений.
Следует также отметить, что подвижная часть динамометра относительно неподвижной имеет только две [или одну] степени свободы (продольное движение влево и
вправо на подшипниках качения по направляющим пазам верхней и нижней реек 20, 21).
Это позволяет, при установке прибора на рулевое колесо перпендикулярно к его плоскости (перпендикулярно спицам руля) по касательной к рулевому ободу осей направляющих
реек 20, 21, из всего многообразия сил, действующих на рукоять прибора при управлении
машиной, измерять лишь касательное усилие, которое и является искомым оценочным
критерием качества рулевого управления.
Измерение усилий. Для измерения усилий динамометр, с помощью установочных
призм 30 (рис. 2.5 в), выполненных из дерева и надетых на шпильки 19 (рис. 2.5 а) необходимо установить на рулевое колесо. При этом рулевое колесо зажимается между верхними и нижними призмами. Призмы должны плотно (без перекосов) прижиматься к
рулевому колесу. Достигается это за счет имеющихся продолговатых пазов для «внутренних» шпилек (рис. 2.6). Необходимое усилие прижима регулируется гайками 41 (рис.
2.5 в) и должно быть таким, чтобы обеспечивалось жесткое крепление прибора к рулевому
колесу во всем диапазоне прикладываемых нагрузок. Динамометр необходимо располагать так, чтобы вертикальная его ось (установочная ось рукояти) располагалась перпендикулярно плоскости рулевого колеса. Для удобства управления машиной при испытаниях
132
динамометр целесообразно устанавливать на максимальном удалении от оператора – в
верхнем (дальнем) секторе рулевого колеса по центру, параллельно продольной оси машины.
Рис. 2.6. Схема установки измерителя усилий на рулевое колесо
1 – рулевое колесо; 2 – шпильки (поз. 19 на рис. 2.5 а); 3 – установочные призмы
(поз. 30 на рис. 2.5 в)
Перед началом испытаний необходимо перемещая (в ручную) плоские магниты 42
по шкале 26 прижать их слева и справа к бегунку-толкателю 6. При необходимости, при
помощи накладок 29 установить координатную бумагу (на рисунке не показана) и автоматический карандаш 14,
убедиться в наличии в нем грифеля и его надежном прижиме к
координатной бумаге пружиной 16. Прибор готов к испытаниям. Далее управление машиной, при непосредственном подъезде к испытательному коридору и внутри его - на протяжении выполнения полного цикла поворотов (до полного выезда из испытательного
коридора), необходимо осуществлять (одной или двумя руками) только посредством воздействия на рукоять 27 динамометра. Касание рулевого колеса руками или другими частями тела водителя (корпусом, коленями) не допускается. После завершения заезда по
испытательному коридору магниты на шкале и линия от грифеля автоматического карандаша на координатной бумаге зафиксируют пиковые значения усилий на рулевом колесе,
которые имели место при управлении машиной. Эти показания являются основанием для
выполнения объективных оценок и выводов о соответствии или несоответствии параметров рулевого управления испытываемой машины существующим требованиям НД. При
133
испытании текущий визуальный контроль показаний динамометра со стороны водителя,
не требуется.
При повторении испытании устанавливается новая координатная бумага, магниты
42 снова перемещаются по шкале 26 в исходное положение – до соприкосновения их с
боковыми гранями бегунка-толкателя 6.
Таким образом, описанный динамометр обеспечивает решение поставленной задачи – измерение, фиксацию и регистрацию максимальных значений усилий на рулевом колесе ЗМ при испытании их системы рулевого управления по ГОСТ 27254 – 87 (ИСО 5010
- 84).
К достоинствам прибора следует также отнести: высокую точность измерения (см.
текст ниже), возможность быстрой смены упругих измерительных элементов (пружин)
разной жесткости, отсутствие необходимости подвода электрической энергии, портативность, простоту применения, линейность характеристик и др. По конструкции данного
прибора выдан Сертификат метрологической аттестации ГП ЦОМУ агентства «Узстандарт» № 034/06 от 30.04.2010 г. Данный прибор может также использоваться при измерении усилий на рычагах управления в соответствии с ГОСТ ИСО 12.2.120 – 2005 и на
других элементах машин (усилий для закрытия и открытия распашной двери кабины), в
соответствии с ГОСТ ИСО 2867-2002.
Расчет элементов измерителя усилий механического.
Расчет упругих элементов динамометра (измерительных пружин). Пружины являются одной из широко распространенных деталей современных машин, станков и приборов [ДМ].
По виду воспринимаемой нагрузки в динамометре используются пружины сжатия,
по форме и конструкции – витые, цилиндрические из проволоки круглого сечения, по характеристике – постоянной жесткости.
Пружины характеризуются следующими основными геометрическими параметрами (рис. 2.7): d – диаметром проволоки; D – средним диаметром пружины; значением с
=D/d – индексом пружины; t – шагом витков; H0 – полной высотой пружины; i – числом
рабочих витков; i0 – полным числом витков.
134
Рис. 2.7. Схема цилиндрической пружины
Рассматривая равновесие любой отсеченной части пружины (рис. 2.7), можно установить, что в любом сечении витка действует крутящий момент
Т = Р*D/2. (2.1)
При этом напряжение кручения для круглой проволоки
τ = kв*Т/Wр= kв*8*Р*D/(π*d3) ≤ [τ], (2.2)
где kв – поправочный коэффициент, учитывающий кривизну витков (табл. 2.1)
Таблица 2.1.
с =D/d
4
5
6
8
10
12
kв
1,37
1,29
1,24
1,17
1,14
1,11
Осевая деформация пружины (сжатия или растяжения) определяется с помощью
интеграла Мора [Сопр]
λ = ∫0l (Т*Т1/(G*Ip)*dz, (2.3)
где Т1 – крутящий момент в сечении витка от приложения единичной силы в
направлении силы Р; l ≈ π*D*i – длина проволоки рабочих витков; Ip = π*d4/32 – полярный
момент сечения круглой проволоки.
После подстановки и интегрирования получаем
λ = 8*Р* D3*i/(G*d4). (2.4)
Для правильного расчета или подбора пружины необходимо знать ее рабочую характеристику, а именно: λmin, λmax, λp – минимальную (предварительную), максимальную
и рабочую деформации пружины;
Рmin, Рmax, Рпр – минимальную (предварительную),
максимальную рабочую и предельную (по посадке винтов в пружинах сжатия) нагрузки
пружины; Н0 – полную длину ненагруженной пружины; Нпр – предельную длину пружины
по посадке витков (для пружин сжатия); S ≈ (0,1 … 0,2)* λmax – разность между предельной и максимально допустимой деформациями (рис. 2.8).
135
Рис. 2.8. Основные характеристики пружин сжатия
Для пружин сжатия:
Н0 = Нпр + i*(t – d);
Нпр = (i0 – 0,5)*d;
i = i0 – (1,5 … 2);
(2.5)
t = d + (1,1 … 1,2)* λmax / i;
Рпр = (1,1 … 1,2)* Pmax.
При определении рабочего числа витков i для пружин сжатия не учитывают поджатые и сошлифованные витки, что составляет примерно 0,75 … 1 витка с каждого торца
или 1,5 … 2 витка всей пружины.
Практически для построения для построения рабочей характеристики пружины
необходимо знать Рmin, Рmax, λp или Рmax, λp и жесткость Р/ λ. При расчете пружины эти
величины задаются исходя из тех требований, которые предъявляет к ней конструкция и
назначение механизма.
Большое влияние на характеристику пружины имеет индекс с =D/d. Чем больше
«с», тем больше податливость пружины при одном и том же числе витков. Величину «с»
рекомендуют выбирать в зависимости от диаметра проволоки (табл. 2.2).
Таблица 2.2.
d, мм
До 2,5
3–5
6 – 12
с =D/d
5 – 12
4 – 10
4–9
Диаметр проволоки определяют по формуле
d = 1,6*(kв* Рmax*с/ [τ])^0,5. (2.6)
Затем определяют рабочее число витков
i = G*d* λmax / (8*c3* Рmax). (2.7)
136
При большом числе витков i высокая пружина сжатия может потерять устойчивость. Поэтому рекомендуется при Н0 /D ≥ 3 устанавливать пружины сжатия на оправках
или в стаканах.
Материал пружин должен обладать высокими и стабильными по времени упругими
свойствами и прочностью. Наиболее распространенным материалом для пружин является
высокоуглеродистая и легированная сталь: 60С2; 60С2Н2А; 50ХФА; 4Х13.
Расчет пружины № 1.
Исходные данные: максимальное усилие Рmax =12 кгс (≈118 Н); минимальное усилие Рmin = 0; рабочая деформация пружины λp = 40 мм; материал – сталь 60С2, [τ]пр= 40
кгс/мм2.
Примем, что
Рпр = 1,1* Рmax = 1,1*12,0 = 13,2 кгс.
[τ]= [τ]пр /1,1 = 40 / 1,1 = 36,4 кгс/мм2.
с =D/d = 6,8. Тогда коэффициент kв, определяемый по табл. 2.1 (методом интерполяции значений) равен, kв = 1,21.
Рассчитаем потребный диаметр проволоки
d = 1,6*(kв* Рmax*с/ [τ])^0,5 = 1,6*(1,21*12*6,8 / 36,4)^0,5 = 2,76 мм.
Средний диаметр пружины
D = с*d = 6,8*2,76 = 18,8 мм.
Максимальная деформация пружины
λmax = λp* Рmax/( Рmax – Рmin) = 40*12/(12 – 0) = 40 мм.
Определим число витков пружины, принимая что G = 8*103 кгс / мм2
i = G*d* λmax / (8*c3* Рmax) = 8*103*2,76*40/(8*6,83*12) = 29,3.
Тогда
i0 = i + 1,7 = 29,3 +1,7 = 31;
t = d + (1,1 … 1,2)* λmax / i = 2,76 + 1,2*40 / 29,3 = 4,4 мм;
Нпр = (i0 – 0,5)*d = (31 – 0,5)*2,76 = 84,18 мм;
Н0 = Нпр + i*(t – d) = 84,18 + 29,3*(4,4 – 2,76) = 132,2 мм.
На основании выполненных расчетов была из существующих «серийных» пружин
выбрана пружина со следующими параметрами:
d = 2,85 мм; D = 18,2 мм; с =D/d = 6,4; λmax = 46 мм; i = 26; i0 = 27,5; t = 5,85;
Рпр = 13,4 кгс; Н0 = 147 мм; Нпр менее 95 мм.
Проверка устойчивости показала, что L= Н0/ D = 147 / 18,2 = 8,1 > 3. Это означает,
что выбранная пружина является неустойчивой и ее необходимо устанавливать на оправку. Такую функцию (оправки) в приборе выполняет направляющая ось 9 (рис. 2.5 б).
137
Расчет пружины № 2.
Исходные данные: максимальное усилие Рmax =40 кгс (≈ 392 Н); минимальное усилие Рmin = 0; рабочая деформация пружины λp = 40 мм; материал – сталь 60С2, [τ]пр= 40
кгс/мм2.
Примем, что
Рпр = 1,1* Рmax = 1,1*40,0 = 44 кгс.
[τ]= [τ]пр /1,1 = 40 / 1,1 = 36,4 кгс/мм2.
с =D/d = 5,5. Тогда коэффициент kв, определяемый по табл. 2.1 (методом интерполяции значений) равен, kв = 1,265.
Рассчитаем потребный диаметр проволоки
d = 1,6*(kв* Рmax*с/ [τ])^0,5 = 1,6*(1,265*40*5,5 / 36,4)^0,5 = 1,6*(7,646)^0,5= 4,42
мм.
Средний диаметр пружины
D = с*d = 5,5*4,42 = 24,3 мм.
Максимальная деформация пружины
λmax = λp* Рmax/( Рmax – Рmin) = 40*12/(12 – 0) = 40 мм.
Определим число витков пружины, принимая что G = 8*103 кгс / мм2
i = G*d* λmax / (8*c3* Рmax) = 8*103*4,42*40/(8*5,53*40) =26,5.
Тогда
i0 = i + 1,7 = 26,5 +1,5 = 28;
t = d + (1,1 … 1,2)* λmax / i = 4,42 + 1,2*40 / 26,5 = 6,2 мм;
Нпр = (i0 – 0,5)*d = (28 – 0,5)*4,42 = 121,6 мм;
Н0 = Нпр + i*(t – d) = 121,6 + 26,5*(6,2 – 4,42) = 168,8 мм.
На основании выполненных расчетов была из существующих «серийных» пружин
выбрана пружина со следующими параметрами:
d = 4,2 мм; D = 23,7 мм; с =D/d = 5,64; λmax = 40 мм; i = 24; i0 = 25,5; t = 5,9; Рпр
= 42,0 кгс; Н0 = 147 мм; Нпр менее 95 мм.
Экспериментальные данные по параметрам пружин (упругости), полученные при
метрологической аттестации описанного измерителя усилий приведены ниже.
Характеристики измерителя усилий, погрешность.
При определении параметров прибора – измерителя усилий использовалось следующее оборудование: силоизмерительная образцовая испытательная машина ДО-2-5 с пределом измерения от 0 до 50 кN; штангенциркуль ШЦ с ценой деления шкалы нониуса 0,1
мм.
Результаты испытаний при изменении нагрузки представлены в таблице 2.3.
138
Таблица 2.3.
№
п/
п
Наименова№
Контролируемые параметры
ние видов пункта По программе и методике метрологической аттестации
аттестации
средства измерения «Измеритель усилия рулевого
управления»
1
2
3
4
Прибор не должен иметь механические повреждения, влияющие на его метрологические характеристики. Должна
быть обеспечена надёжность соединений крепления механических узлов прибора.
При опробовании сделать следующие операции: установить прибор на установку ДО–2–5, убедиться в надёжности его крепления и отсутствия заеданий при нагружении.
Прилагаемое
Показания прибора, mm
усилие, kgf
0
0
2
7,1
4
13,7
6
21,1
8
28,1
10
35,0
12
41,5
13
45,0
Прилагаемое
Показания прибора, мм
усилие, kgf
0
0
8
7,9
12
12,2
16
16,3
20
20,3
24
23,9
28
28,0
32
32,0
36
36,4
40
40,5
1
Внешний
осмотр
7.1
2
Опробования
7.2
Измерение
усилия
3.1 Пружина № 1
7.3
3
3.2 Пружина № 2
Определение погрешности прибора
Определение погрешности прибора с пружиной № 1 (таблица 2.4).
Определение номинального (верхнего) значения шкалы прибора с пружиной № 1 (вероятное значение измеряемой величины), относительно которого рассчитывается погрешность.
Таблица 2.4.
№
опыта
Прилагаемое
усилие Q,
kgf
1
2
Пружина № 1
Показания
Абсолютное
прибора Xi ,
отклонение,
mm
мм
ΔXi = Xср – Xi
3
4
ΔXi 2
5
139
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
-
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
-
41,5
41,6
42,0
42,1
41,4
41,9
41,5
42,2
41,6
41,3
41,2
41,9
Xср = 41,7
+ 0,2
+ 0,1
– 0,3
– 0,4
+ 0,3
– 0,2
+ 0,2
– 0,5
+ 0,1
+ 0,4
+ 0,5
– 0,2
∑ ‫ﺍ‬ΔXi‫= ﺍ‬3,4
0,04
0,01
0,09
0,16
0,09
0,04
0,04
0,25
0,01
0,16
0,25
0,04
∑ΔXi 2 =1,05
Среднее арифметическое значение (вероятное значение) измеряемой величины с
пружиной № 1
Xср = ∑1n (Xi / n) =
=(41,5+41,6+42,0+42,1+41,4+41,9+41,5+42,2+41,6+41,3+41,2+41,8)/12 =
=500,4/12 = 41,7 mm. (2.7)
Средняя квадратичная ошибка отдельного измерения (абсолютная погрешность) с
пружиной № 1
σ = ± [∑1nΔXi 2 / (n – 1)]^0,5 = [1,05/11]^0,5 = ± 0,31 mm. (2.8)
Приведенная погрешность прибора (коэффициент вариации)* с пружиной № 1,
рассчитанная по показателю σ
Wσ = (σ / Xср)*100 = (0,31/41,7)*100 = ± 0,74 %. (2.9)
Средняя арифметическая ошибка с пружиной № 1
Rn = ∑1n ‫ﺍ‬ΔXi‫ ﺍ‬/ n = 3,4/12= ± 0,28 mm. (2.10)
Приведенная погрешность прибора с пружиной № 1, рассчитанная по показателю
Rn
WR = (Rn / Xср)*100 = (0,28 /41,7)*100 = ± 0,67 %. (2.11)
Вероятная ошибка прибора с пружиной № 1.
RW = ± 0,6745*[∑1nΔXi 2 / (n – 1)]^0,5 = ± 0,21 mm. (2.12)
Определение погрешности прибора с пружиной № 2 (таблица 2.4).
Определение номинального (верхнего) значения шкалы прибора с пружиной № 2
(вероятное значение измеряемой величины), относительно которого рассчитывается погрешность.
Таблица 2.5.
№
опыта
Прилагаемое
усилие Q,
kgf
Пружина № 2
Показания
Абсолютное
прибора Xi ,
отклонение,
mm
мм
ΔXi 2
140
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
2
36,0
36,0
36,0
36,0
36,0
36,0
36,0
36,0
36,0
36,0
36,0
36,0
3
36,5
36,7
35,9
35,7
36,1
36,3
36,5
36,3
36,5
35,8
36,6
35,8
Xср = 36,2
ΔXi = Xср – Xi
4
+ 0,2
+ 0,5
– 0,3
– 0,5
– 0,1
+ 0,1
+ 0,3
+ 0,1
+ 0,3
– 0,4
+ 0,4
– 0,4
∑ ‫ﺍ‬ΔXi‫= ﺍ‬3,6
5
0,04
0,25
0,09
0,25
0,01
0,01
0,09
0,01
0,09
0,16
0,16
0,16
∑ΔXi 2 =1,32
Среднее арифметическое значение (вероятное значение) измеряемой величины с
пружиной № 2
Xср = ∑1n (Xi / n) =
=(36,5+36,7+35,9+35,7+36,1+36,3+36,5+36,3+36,5+35,8+36,6+35,8)/12 =
=434,6/12 = 36,2 mm. (2.13)
Средняя квадратичная ошибка отдельного измерения (абсолютная погрешность) с
пружиной № 2
σ = ± [∑ΔXi 2 / (n – 1)]^0,5 = [1,32/11]^0,5 = ± 0,35 mm. (2.14)
Приведенная погрешность прибора (коэффициент вариации)* с пружиной № 2,
рассчитанная по показателю σ
Wσ = (σ / Xср)*100 = (0,35/36,2)*100 = ± 0,97 %. (2.15)
Средняя арифметическая ошибка с пружиной № 2
Rn = ∑1n ‫ﺍ‬ΔXi‫ ﺍ‬/ n = 3,6/12= ± 0,3 mm. (2.16)
Приведенная погрешность прибора с пружиной № 2, рассчитанная по показателю
Rn
WR = (Rn / Xср)*100 = (0,3 /36,2)*100 = ± 0,83 %. (2.17)
Вероятная ошибка прибора с пружиной № 2
RW = ± 0,6745*[∑1nΔXi 2 / (n – 1)]^0,5 = ± 0,24 mm. (2.18)
*Примечание:
Приведенная погрешность – относительная погрешность, выраженная отношением
абсолютной погрешности к условно принятому значению величины Q (как правило, верхнему пределу измерений или иному близкому к нему значению).
Абсолютная погрешность (при нормальном законе распределения) характеризуется
средним квадратичным отклонением (средней квадратичной ошибкой) σ.
141
Заключение: представленный «Измеритель усилия рулевого управления» соответствует требованиям программы и методики метрологической аттестации средства измерения по всем пунктам программы.
Расчет на прочность основных деталей измерителя усилий
Расчет на прочность основных деталей измерителя усилий выполнен для случая его
работы с пружиной № 2, т.е. для случая действия максимальных нагрузок, которые могут
иметь место при испытании аварийной системы рулевого управления машин. Как отмечалось выше, согласно ГОСТ 27254 – 87 п.п. 6.2.2 и 11.3.7, усилие в процессе испытания
аварийной системы рулевого управления не должно превышать 350 Н ( 35,7 кгс). Исходя
из этого, выполним расчет деталей измерителя на прочность, при действии усилия на рукояти прибора со стороны оператора Рр равного 40 кгс. При этом расчету подлежат оси 2
подшипников качения 43, нижняя направляющая рейка 21, ось 28 рукояти (рис. 2.5).
На рис. 2.9 приведена схема сил, действующих на указанные детали при работе динамометра. Силы, действующие на оси подшипников определим из равенства крутящих
моментов относительно точек О1 и О2.
Рр*l1 = P1*l2
и
Рр*l1 = P2*l2,
(2.19)
где l1 , l2 – плечи приложения сил равные l1 = 65 мм (6,5 см); l1 = 90 мм (9 см).
142
Рис. 2.9. Схема сил, действующих в измерителе усилий
Отсюда
P1 = P2 = Рр* l1 / l2 = 40*65/90 = 28,8 кгс.
Определим возникающие в осях максимальные напряжения изгиба для случая действия указанной силы на их свободных концах (рис. 2.9 б).
σиз =P1*lоси/Wx ≤ [σиз], (2.20)
где
lоси – длина оси, равная 22 мм (2,2 см); Wx – осевой момент сопротивления (момент
сопротивления при изгибе); [σиз] – допускаемое напряжение при изгибе, для Ст 2 по ГОСТ
380 -71 [σиз] = 1400 кгс/см2 [Анурьев].
Для круглого сечения Wx = π*d3/32 = 3,14*0,83/32 = 0,0512 см3 (d - диаметр оси, d =
8 мм (0,8 см).
Тогда
σиз =28,8*2,2/0,0512 = 1238 кгс/см2, что < [σиз].
Рассчитаем напряжения среза (касательные напряжения), возникающие в сечении
заделки осей в станину.
143
τср = P1 / F ≤ [τср], (2.21)
где
F – площадь сечения среза, F = π*d2/4 = 3,14*0,62/4 = 0,28 см2; [τср] – допускаемое
напряжение при срезе, для Ст 2 [τср] = 700 кгс/см2 [Анурьев].
Тогда
τср = 28,8 /0,28 = 102,9 кгс/см2, что < [τср].
Рассчитаем напряжение изгиба, действующее на нижнюю направляющую рейку
при воздействии нагрузки P1 в ее центральной части (рис. 2.9 в). Поскольку рейка имеет
сложное поперечное сечение, для определения осевого момента сопротивления представим его как сумму осевых моментов сопротивления сечений трех прямоугольников (рис.
2.9 в) со сторонами: b1 = 0,3 см, h1 = 1,0 см; b2 = 0,2 см, h2 = 1,0 см; b3 = 2,2 см, h3 = 0,4
см.
Тогда суммарный момент сопротивления определится
Wx = Wx1 + Wx2 + Wx3 = b1*h12/6 + b2*h22/6 + b3*h32/6 =
= 0,3*12/6 + 0,2*12/6 + 2,2*0,42/6 = 0,143 см3.
Направляющие рейки выполнены из материала Ст 6 по ГОСТ 380 -71, допускаемое напряжение при изгибе [σиз] = 2300 кгс/см2 [Анурьев]. Свободная длина рейки lр составляет 20,4 см. Напряжение изгиба составляет
σиз =0,5*P1*lр /Wx = 0,5*28,8*20,4/0,143 = 2054 кгс/см2, что < [σиз].
Площадь сечения
верхней направляющей рейки превышает площадь сечения
нижней направляющей рейки, поэтому ее прочностной расчет не имеет практического
смысла.
Расчет на прочность оси рукояти. Сила, воздействующая на ось рукояти при действии на рукоять силы Рр, составит (рис. 2.9 а)
Р3 = Рр*l3/l4 = 40*32/27 = 47,4 кгс,
где l3, l4 – плечи приложения сил, l3 = 32 мм; l4 = 27 мм.
Ось рукояти выполнена Ст 2, [σиз] = 1400 кгс/см2 [Анурьев], диаметром dp = 10 мм
(1 см). Осевой момент сопротивления Wx = π*d3/32 = 3,14*1,03/32 = 0,098 см3.
Тогда напряжение изгиба составит
σиз =P3*l4/Wx = 47,4*2,7/ 0,098 = 1306 кгс/см2,
что < [σиз].
Таким образом, все основные детали измерителя усилий отвечают требованиям
прочности.
2.4. Измеритель усилий тензометрический
144
Общие положения. Большинство измерений в технике связано с необходимостью
преобразования неэлектрических физических величин в электрические, либо непосредственно, либо путем предварительного преобразования их в другие неэлектрические параметры. Поэтому различают датчики косвенного и прямого преобразования, причем
последние разделяют еще на параметрические и генераторные.
К параметрическим относят датчики, в которых входная неэлектрическая величина,
действуя на участок электрической цепи, питаемой от внешнего источника э. д. с., вызывает изменение соответствующего электрического параметра, как-то: сопротивления R,
емкости С, индуктивности B или взаимной индуктивности М.
К генераторным относят датчики, преобразователи в которых под действием входной неэлектрической величины становятся источником э. д. с., генерируя, в том числе
термо - э. д. с. и пьезоэлектрический эффект.
При выборе датчика (преобразователя.) отдают предпочтение датчикам, обладающим линейной функцией преобразования, т. е. имеющим линейную характеристику и отличающимся большой чувствительностью и разрешающей способностью, быстродействием
и малыми габаритами, позволяющими размещать их в труднодоступных зонах машин и
приборов.
Важно, чтобы датчики не мешали нормальному протеканию процесса, были
надежны и обеспечивали дистанционность регистрации наблюдений.
Наиболее распространенными датчиками механических величин являются параметрические, особенно R – датчики, т. е. датчики омического сопротивления.
В исследовательских целях широко применяют R – датчики, используя свойства различных тензосопротивлений.
Тензосопротивления бывают проволочные, фольговые и пленочные. Действие их основано на тензоэффекте, характеризуемом изменением активного сопротивления проводников при деформации последних.
Электрическое сопротивление (Ом) проводника в зависимости от длины l, сечения
S и его физических свойств определяется, как известно, из соотношения
R = ρ*(l/S).
(2.22)
Поэтому, когда проволоку или другой проводник подвергают действию растягивающей силы, то одновременно с изменением ее длины на величину Δl и сечения на ΔS изменяется также удельное сопротивление ρ на величину Δρ. В результате изменяется и
абсолютная величина сопротивления на ΔR. Опыты показывают, что сопротивление проводников в большом диапазоне изменяется пропорционально растягивающей силе, т. е.
ΔR/R = k*P,
(2.23)
145
причем такое изменение сопротивления является упругим, и после снятия силы P исчезает. Поскольку прилагаемая сила и вызываемые ею деформации пропорциональны, то
ΔR/R = γ*(Δl/l),
(2.24)
где γ — константа, называемая коэффициентом тензочувствительности материала,
по которой оценивают чувствительность тензодатчиков:
γ = (ΔR/R)/ (Δl/l).
(2.25)
Значения коэффициента γ для некоторых материалов приведены в таблице 2.6. При
подборе материала для тензосопротивлений предпочтение отдают материалам с возможно
большей величиной коэффициента γ. Необходимость этого диктуется тем, что относительное изменение сопротивления тензочувствительных материалов мало и в пределах упругих
деформаций не превышает (5 … 7) 10 -3. Поэтому нагрев их может вызвать изменение сопротивления, соизмеримое с рабочим. Желательно, чтобы тензочувствительный материал
имел в связи с этим возможно меньший температурный коэффициент сопротивления.
Таблица 2.6.
Материалы
Константан
Нихром
Хромель
Элинвар
Никель
Химический
состав, %
Коэффициент
γ
Уд. сопр.
ρ,
Ом*мм2/м
Температурный Температурный
коэфф. сопр.
коэфф. линейα, 1/град
ного расширения
αп, 1/град
± 50*10-6
(14 … 15)*10-6
-6
(150 … 170)*10
14*10-6
-6
(100 … 500)*10
14,8*10-6
60CU+40Ni
80Ni+20Cr
65Ni+25Fe+
10Cr
36Ni+8Cr +
56Fe
Ni
1,9 … 2,1
2,1 … 2,3
2,5
0,46 … 0,50
0,9 … 1,7
0,7 … 1,1
3,2 … 3,5
-
300*10-6
-
12
0,11
6000*10-6
12*10-6
Проволочные тензосопротивления преимущественно изготовляют из медноникелевых сплавов типа константана и железоникельхромовых типа элинвара. Первые из них, имеющие небольшой коэффициент линейного расширения и приемлемую тензочувствительность,
применяют в установках для статических испытаний. Вторые, имеющие в 50 раз больший температурный коэффициент линейного расширения, но и большую в 1,5 раза чувствительность к механическим воздействиям, — для динамических испытаний, в том числе, для электрических
динамометров.
Устройство наиболее распространенных наклеиваемых проволочных тензосопротивлений
показано на рис. 2.10. Проволоку диаметром 0,02—0,05 мм, ровными зигзагообразными петлями
укладывают на тонкую бумажную полоску 1, покрытую слоем клея 3. К концам проволоки припаивают или приваривают более толстые выводные проводники 2, при помощи которых сопротивление включают в измерительную цепь. Сверху его покрывают защитным слоем 4 лака
или заклеивают с этой целью полоской тонкой бумаги, а иногда фетром. В результате получа146
ют отдельный тензочувствительный элемент в виде пакетика, толщиной всего в несколько десятых долей миллиметра.
Рис. 2.10. Проволочный тензометр сопротивления
Рис. 2.11. Фольговый тензометр сопротивления
1 – подгоночные петли; 2 – витки, чувствительные к растягивающим усилиям;
147
3 – витки, чувствительные к сжимающим усилиям
Фольговые тензосопротивления представляют собой весьма тонкие ленты или
круглые пластинки толщиной 4 … 12 мкм, из которых часть металла вытравлена с помощью кислоты, а оставшаяся его часть образует решетку с выводами (рис. 2.11). Решетка
может иметь любой нужный рисунок, что является существенным преимуществом фольговых тензосопротивлений. На рис. 2.11 а, показан внешний вид такого сопротивления,
употребляемого обычно для наклеивания на мембраны приборов, а на рис. 2.11 б – фольговый тензочувствительный элемент, наклеиваемый на валы для измерения скручивающего момента.
Пленочные тензосопротивления получают путем вакуумной возгонки тензочувствительного материала с последующей конденсацией его на заранее подготовленную
подложку, вследствие чего на последней образуется тончайший слой металла, напоминающий пленку. Такой способ обеспечивает массовое изготовление пленочных тензочувствительных элементов. Для пленочных, как и для фольговых тензосопротивлений,
помимо материалов, указанных в табл. 2.6, применяют соединения германия, кремния и
иных полупроводников, а также другие эффективные сплавы. Например, титаноалюминиевый сплав, позволяющий измерять деформации, доходящие до 12%.
Пленочные тензочувствительные элементы часто выполняют в виде одной проводящей полоски, как показано на рис. 2.12. Гидисторы, как их называют иногда, упрощают
конструкцию чувствительного элемента и имеют другие преимущества, которые рассматриваются ниже.
Рис. 2.12. Пленочный тензометр сопротивления
148
1 – пленка лака; 2 – тензочувствительная пленка; 3 – выводные проводники
Тензодатчики, или
тензорезисторные датчики, изготовляют путем наклеивания
тензочувствительных элементов на поверхность испытуемой детали. Получаемый в результате этого преобразователь практически сливается с испытуемой деталью в единое
целое и воспринимает деформации ее поверхностного слоя так же, как волокна самой детали. Входной величиной для такого чувствительного звена прибора является деформация
поверхностного слоя детали, а выходной – изменение сопротивления тензочувствительного материала, пропорциональное этой деформации.
Проволочные,
пленочные
и
фольговые
тензопреобразователи имеют ничтож-
но малую массу, а элементы их совершают микроскопически малые перемещения. Практически
они безынерционны в диапазоне частот 0 … 100 кГц и позволяют измерять относительные деформации от 0,005 … 0,02 до 1,5 … 2,0%.
Для изготовления тензочувствительных элементов и наклеивания их на испытуемый
объект применяют различные клеящие составы. При нормальных и повышенных температурах
работы используют ацетатно-целлулоидные, бакелитофенольные (БФ) клеи, лаки на основе органических смол и другие клеящие составы; в условиях высоких температур (до 800° С) – кремнийорганические цементы и специальные цементы на основе жидкого стекла.
Базой тензопреобразователя называют длину участка детали, занимаемого тензосопротивлением. Обычно она составляет 3—25 мм ( l на рис. 2.12). Сопротивление тензодатчика
выбирают из расчета 30 … 200 Ом для статических измерений и 500 … 1000 Ом для динамических.
Проводники, припаиваемые к выводам тензопреобразователей, изготовляют из латунной
ленты толщиной примерно 0,04 мм, из медной луженой или же серебряной проволок диаметром 0,3 … 0,4 мм. Чтобы повысить точность измерения с помощью тензодатчиков, целесообразно увеличивать до возможного максимума силу тока в преобразователе, учитывая, однако,
теплопроводность и размеры испытуемой детали. Чем лучше эти показатели, тем благоприятнее условия охлаждения преобразователя и выше бывает допускаемая для него сила тока.
Для преобразователей, выполняемых из константановой проволоки и наклеиваемых на
металл, допускают следующую силу тока: 100 мА при диаметре проводника 0,05 мм; 35 и
12,5 мА, соответственно, для диаметров 0,025 и 0,012 мм. Преобразователи с пленочными и
фольговыми тензочувствительными элементами по сравнению с проволочными находятся в
лучших условиях охлаждения и более надежно приклеиваются при сравнительно больших сечениях проводника. Поэтому для фольговых и пленочных преобразователей допускают значительно большую силу тока. Например, для полосок, ширина которых в 10 … 40 раз превышает
их толщину, силу тока по сравнению с проволочными проводниками того же сечения можно
149
увеличивать, соответственно, в 1,4 … 2 раза.
Недостатком проволочных преобразователей является и то, что участки проволоки,
перпендикулярные к оси их базы, не воспринимают деформации в направлении оси базы, а порождают боковую чувствительность, искажающую базовое напряжение. В связи с этим уменьшение относительной чувствительности проволочного преобразователя по сравнению с
чувствительностью исходного материала снижается иногда до 30%. В фольговых и пленочных
преобразователях сечение проводника в местах поворота увеличивают до любого желаемого
размера, благодаря чему сопротивление этих участков резко снижается, и они не оказывают
влияния на чувствительность датчика.
При колебаниях температуры испытуемой детали в наложенном на нее тензосопротивлении могут возникнуть дополнительные деформации и вызвать последующее нежелательное изменение сопротивления преобразователя, что, безусловно, отразится на показаниях прибора.
Температурные погрешности для тензосопротивлении являются самыми существенными.
Чтобы исключить их влияние на показания измерительного прибора, в цепь его последовательно
с датчиком включают дополнительное сопротивление, подобранное так, что в условиях данных
конкретных материалов оно компенсирует изменение сопротивления датчика при колебаниях
температуры. Однако на практике распространен более надежный и удобный метод компенсации, основанный на применении двух идентичных тензосопротивлении, из которых одно
наклеивается на испытуемую деталь, а второе — на ненагруженную пластину из того же материала, находящуюся в одинаковых с первой температурных условиях. Датчики включают в
соседние плечи измерительного моста, благодаря чему автоматически исключают температурные влияния на показания прибора. Еще эффективнее влияние температуры корректируется, когда представляется возможность на испытуемую деталь наклеивать оба преобразователя,
подвергающиеся равной деформации разного знака. В этом случае одновременно с температурной коррекцией вдвое повышается также чувствительность измерительной цепи прибора.
Измерение сопротивлений тензопреобразователей при деформации осуществляется с
помощью мостовых схем их подключения (рис. 2.13). Это позволяет повысить чувствительность
тензометрических приборов.
Резисторы R1, R2, R3, R4 подключаются в последовательности показанной на 2.13 а, а
наклеиваются на чувствительный элемент (или деталь) как показано на рис. 2.13 б в случае если,
например, чувствительный элемент выполнен в виде консольной балки, воспринимающей изгибающее усилие Р, приложенное нормально к свободному ее концу. При отсутствии нагрузки и
равенстве сопротивлений R1, R2, R3, R4 мост будет находится в равновесном состоянии. В случае
подключения источника напряжения к точкам а и б через плечи моста б с а и б d а пойдут
равные между собой токи I1 и I2 . В силу этого равенства, между точками с и d измеритель150
ной диагонали, разность потенциалов останется равной нулю и соответственно ток Ir будет отсутствовать. При возникновении нагрузки, под действием силы Р консольная балка получит деформацию изгиба, при этом резисторы (тензодатчики) R2, и R4 будут растягиваться а
резисторы R1 и R3 сжиматься. Соответственно омическое сопротивление резисторов R2, и R4
возрастет, а резисторов R1 и R3 уменьшиться. Это вызовет появление разности потенциалов
между точками с и d и появление тока Ir , величина которого прямо пропорциональна деформации датчиков (величине силы Р). Значение тока Ir регистрируется стандартными приборами.
а)
б)
Рис. 2.13. Схема подключения тензодатчиков
а – мостовая схема подключения; б – наклейка тензодатчиков на чувствительный элемент
В практике измерений усилий с помощью тензодатчиков часто используется аппаратура –
тензометрические усилители, в которых половина моста уже встроена в прибор в виде постоянных сопротивлений. В этом случае для измерения тока Ir используются так называемые полумостовые схемы подключения (рис 2.14).
Сигнал с измерительной диагонали поступает на
усилитель 1, при необходимости «отфильтровывается» от высокочастотных помех с помощью
фильтра 2 (обычно RC – фильтра) и далее сигнал поступает на регистрирующий прибор – самописец или осциллограф. Использование резисторов R1 и R2, наклеенных на один и тот же чувствительный элемент датчика, но воспринимающих разнонаправленную деформацию не только
повышает чувствительность измерения, но и обеспечивает стопроцентную тепловую компенсацию всей схемы, так как оба резистора R1 и R2 испытывают одни и те же тепловые нагрузки.
151
Рис. 2.14. Схема подключения тензодатчиков – полумостовая блок-схема
R1 и R2 – тензометрические резисторы; 1 – тензометрический усилитель с встроенными сопротивлениями; 2 – фильтр высоких частот; 3 – регистрирующая аппаратура
Следует отметить, что на современном этапе развития техники, классические, как правило, громоздкие самописцы и осциллографы широко заменяются персональными компьютерами,
мобильными, переносными, малогабаритными «ноутбуками». Использование переносных ПК
имеет несомненно ряд преимуществ, главные из которых удобство и быстрота обработки полученных результатов, перевод их в табличную или графическую формы, хранение на носителях
или в памяти ПК, распечатка на принтере. Кроме этого снимаются вопросы с поиском источников питания для традиционной регистрирующей аппаратуры, обычно требующей установки дополнительных аккумуляторных батарей. Последнее достаточно обременительное техническое
мероприятие , особенно при испытании в полевых условиях.
Принципиальная измерительная блок схема с использованием ПК показана на рисунке
2.15. В данном случае здесь используются различные датчики с аналоговым выходом (в частности тензодатчики), дифференциальные усилители или усилителе «токовая петля», при необходимости суммирующая коробка СК,
аналогово-цифровой преобразователь
с АПУ для
управления внешними устройствами, персональный компьютер, с установленным на нем соответствующим программным обеспечением.
152
Рис. 2.15. Принципиальная измерительная блок схема с использованием ПК
На рисунке 2.16 а, б показана принципиальная схема разработанного совместно сотрудниками ООО «MEGA TEST SYSTEM» и кафедры «ЙКМ» ТАДИ тензометрического измерителя усилий на рулевом колесе землеройных машин. Прибор состоит из двух частей –
подвижной и неподвижной. Основанием является станина 1, входящая в неподвижную
часть. На станину 1 снизу на резьбе установлены четыре шпильки 6, сверху с помощью
болтов 13 – пластина 2, Т - образный монолитный чувствительный элемент 3 и кронштейн со штепсельным разъемом 5. К подвижным элементам прибора относятся Побразная рама 4, с призмой 10, присоединенной к ней посредством оси рукояти 11, рукоять 12, а также установочные (регулировочные) винты 8 со стальными шариками 9 и стопорными гайками 14. Соединение подвижной и неподвижной частей осуществляется с
помощью оси 7, которая фиксируется в соединении гайкой 15 с шайбой 16. Тензодатчики
17 наклеены на консольную балку Т - образного чувствительного элемента 3. Выходные
концы тензодатчиков соединяются по полумостовой схеме (как показано на рис. 2.14),
подводятся к штепсельному разъему 5 и фиксируются на элементах прибора с помощью
153
изоляционной ленты.
Штепсельный разъем 5 служит для дальнейшего подключения
(отключения) тензорезисторов к
измерительной цепи.
А)
А–А
Б)
Рис. 2.16. Принципиальная конструктивная схема тензометрического измерителя
154
усилий на рулевом колесе
1 – станина; 2. – пластина; 3 – Т - образный чувствительный элемент; 4 – П-образная
рама;
5 – кронштейн со штепсельным разъемом; 6 – шпилька; 7 – соединительная ось; 8 – установочный регулировочный винт; 9–стальной шарик; 10–призма; 11 – ось рукояти; 12 – рукоять;
13 – болт; 14 – стопорная гайка; 15 – гайка; 16 – шайба; 17 – тензометрический датчик
Прибор работает следующим образом. При испытаниях усилие от рукояти 12 к
чувствительному элементу 3 (консольной балке) передается через ось 11, раму 4, призму
10, установочные винты 8, стальные шарики 9. Измерение деформации консольной балки
осуществляется тензорезисторами 17. Для повышения точности измерения и комфортности управления машиной при испытаниях служат установочные винты 8, с помощью которых достигается соосность действия усилий слева и справа и полный «выбор» зазоров
между шариками и консольной балкой при настройке прибора. Установка прибора на рулевое колесо машины осуществляется также с помощью установочных призм, как и вышеописанного механического измерителя усилий (рис. 2.6).
Достоинством прибора является: компактность, малый вес и габариты, простота
установки на рулевое колесо и управления машиной, высокая точность и чувствительность измерений, возможность непрерывной регистрации во времени усилий на рулевом
колесе на протяжении всего цикла измерений (полного прохождения выбранного испытательного коридора). К недостаткам следует отнести высокую стоимость всего комплекта
измерительной аппаратуры, а также необходимость передачи сигнала с вращающегося
рулевого колеса на стационарный (неподвижный) измерительный блок. Следует отметить,
что использование в данном случае традиционных способов передачи сигнала с помощью
стандартных токосъемных устройств технически затруднительно и в ряде случаев не целесообразно, особенно при проведении серии испытаний на нескольких образцах машин.
Решение этого вопроса, в частности, возможно путем предварительного определения количества полных оборотов рулевого колеса при испытаниях, и с учетом этого
«наматывание» вокруг рулевой колонки машины витков «свободной петли» из проводов
измерительной цепи, обеспечивающих отсутствие их затяжки или чрезмерного провисания в крайних положениях углов поворота рулевого колеса. При этом необходимо убедиться (в режиме поворота руля без усилия на рукояти прибора), что изменения
положений измерительных проводов при повороте руля не оказывает какого-либо заметного влияния на показания прибора в целом. Тем не менее, несмотря на отмеченные недостатки,
преимущества указанного прибора делают его весьма привлекательным и
155
востребованным как при научно-исследовательских, доводочных, так и при сертификационных испытаний рулевых систем колесных машин.
2.5. Разработка измерителя скорости движения машин
Как отмечалось выше, в разделе 2.1, одними из определяющих требований при испытании систем рулевого управления колесных землеройных машин, являются требования к скорости движения
машин при прохождении ими испытательных коридоров.
Согласно ГОСТ 27254 – 87 эти скорости должны иметь следующие строго определенные
значения:
- (3±1) км/ч – при альтернативных испытаниях по схеме № 3 испытательного коридора (рис. 2.3, п. 11.4.2.2);
- (8±2) км/ч – при испытании машин с задними управляемыми колесами (п. 11.2.2);
- (10±2) км/ч – при альтернативном испытании аварийной системы рулевого управления (п. 11.4.4.1);
- (16±2) км/ч – при испытании рабочей системы рулевого управления (п. 11.2.3).
При этом практический опыт показывает – в конструкции абсолютного большинства современных землеройных машин установка приборов измерения скорости движения
(спидометров) как правило, не предусматривается. Тем более отсутствуют серийные приборы измерения скорости движения машин, обеспечивающие выше заданную точность
измерений при указанных абсолютных величинах скорости. Таким образом, для проведения испытаний систем рулевого колесных машин, в соответствии НД, требуются не только специальные приборы для измерения усилий на рулевом колесе, но и высокоточные
приборы для определения скоростей движения машин в диапазоне, практически от 0 до
16 км/ч.
В настоящий момент такие приборы выпускаются главным образом, зарубежными
производителями специального исследовательского оборудования. Их применение сопряжено с известными трудностями: на первом этапе с затратой значительных валютных
средств на приобретение, обучение персонала работы с ними, а далее с необходимостью
проведения их ежегодной поверки (приобретения специальной эталонной аппаратуры, методик и т.п.).
ляется
В этой связи, одним из перспективных путей решения подобных задач яв-
разработка
и
создание
потребной
измерительной
аппаратуры
силами
отечественных ученых и инженеров, освоение ее выпуска на базе существующих промышленных предприятий и объединений. Разработка такого прибора и явилось одной из
задач настоящего исследования.
На рисунке 2.17. показана принципиальная схема, разработанного совместно сотрудниками ООО «MEGA TEST SYSTEM» и кафедры «ЙКМ» ТАДИ, измерителя скорости ИС 1
156
– «пятое колесо», отвечающего вышеуказанным требованиям. Основными элементами
прибора являются: колесо 1 с пневматической шиной диаметром 715 мм с установленным
на нем плоским диском 2, имеющим по периметру вращения 100 отверстий 3, диаметром
4,0 мм; рама 4; соединительная тяга 5; карданный шарнир 6; присоединительный фланец
7; пружина 8; блок формирования электрических импульсов 9; частотно-аналоговый преобразователь 16; мульти дисплей 17.
Рис. 2.17. Принципиальная схема измерителя скорости ИС -1
1 – колесо с пневматической шиной; 2 – диск (прерыватель светового потока; 3 – отверстия; 4 – рама; 5 – соединительная тяга; 6 – карданный шарнир; 7 – фланец; 8 – прижимная пружина; 9 – блок формирования электрических импульсов; 10 – кронштейн ; 11, 12 –
диэлектрические втулки; 13 – фотодиод; 14 – лампа накаливания; 15 – кожух;
16 – ча-
стотно-аналоговый
преобразователь; 17 – мульти дисплей DDM
157
Датчиком сигналов в измерительной цепи является блок формирования электрических импульсов 9. Последний включает в себя, кронштейн 10 с продольным пазом и
жестко прикрепленными к нему диэлектрическими втулками 11 и 12, в которых соответственно с установлены фотодиод 13 (ФД – 2) и лампа накаливания 14 (автомобильная галогенная лампа дальнего, ближнего света).
Фотодиод 13 имеет электрическую связь
частотно-аналоговым преобразователем 16, установленным также на раме 4 в кожухе, в
непосредственной близости от блока формирования импульсов 9. Питание лампы накаливания и частотомера осуществляются от аккумуляторной батареи испытываемой машины.
Фотодиод 13 и лампа накаливания 14 расположены непосредственно друг против
друга в положении, при котором достигается максимальное совмещение центра светового потока от нити лампы накаливания и оси приемной оптической линзы фотодиода (прямое максимальное
попадание светового потока от лампы накаливания на приемную
оптическую линзу). Кожух 15 служит для защиты фотодиода и лампы накаливания от
внешнего светового воздействия и атмосферных осадков. Пружина 8 предназначена для
дополнительного прижима колеса с пневматической шиной 1 к поверхности движения,
стабилизации его в вертикальной и горизонтальной плоскостях, при наезде на различные
неровности дороги.
В собранном состоянии венец диска 2 с отверстиями 3 с зазором входит в продольный паз кронштейна 10. При этом взаимное расположение блока 9 и диска 2 подбирается
таким образом, что при вращении колеса оси отверстий 3 на венце пересекают
оптиче-
скую ось приемной оптической линзы фотодиода и ось светового потока, а при дальнейшем повороте тело диска 2 между двумя смежными отверстиями прерывает световой
поток. Таким образом, при движении машины, вращении «пятого колеса», будет иметь
место попадание на фотодиод прерывистого светового потока с частотой следования импульсов прямо пропорциональной скорости ее движения. В соответствии с этим фотодиод 13 формирует в электрической цепи входные импульсы тока (напряжения), амплитуда
и форма которых неизменны. Полученные импульсы «обрабатываются» частотноаналоговым преобразователем, в результате выявляется их постоянная составляющая и
формируется выходное напряжение, измеряемое стандартным мульти дисплеем 17 (DDM
DT - 9205C+). Величина выходного напряжения соответственно также прямо пропорциональна скорости вращения колеса 1 с диском 2. Это обеспечивает равномерные, линейные характеристики прибора. Мульти дисплей 17 расположен в кабине водителя, его
показания индицируются на экране в цифровой форме. Для удобства визуального контроля текущих показаний прибора – скоростью движения машины, в процессе испыта158
ний, предусмотрена установка мульти дисплея 17 на «присосках» непосредственно на лобовое стекло в хорошо обозреваемом месте.
Ниже приводятся основные технические характеристики, требования при эксплуатации, обслуживании и методика поверки предложенного измерителя скорости ИС -1.
Назначение.
Прибор предназначен для измерения скорости движения машин для научно исследовательских целей и сертификационных испытаниях.
Условия эксплуатации прибора:
- температура окружающей среды от – 5 0С до + 40 0С;
- относительная влажность окружающей среды до 95± 3% (при 35± 0С);
- атмосферное давление от 66,6 кПа до 106,6 кПа (от 500 мм.рт.ст. до 800 мм.рт.ст).
Техническая характеристика
Диапазон измерения скоростей, км/ч
Допускаемая максимальная погрешность измерения, не более, %
Напряжение питания, В
Потребляемая мощность в нормальных условиях,
не более, Вт
Габаритные размеры, не более, мм:
мульти дисплей DDM (DT - 9205C+)
Электронно-механический блок - «пятое колесо»
Масса, не более, кг:
мульти дисплей DDM (показывающий прибор)
электронно-механический блок - «пятое колесо»
Таблица 2.7.
0,5 … 60,0
± 1,5
12,6 ± 2,0
110,0
200 х 100 х 40
1570 х 265 х730
0,2
8,7
Комплектность прибора
Комплектность прибора включает следующие позиции
Наименование
Мульти дисплей DDM
Электронно-механический блок:
частотомер аналоговый
измеритель пути в сборе
Кабель питания
Кабель соединительный
Руководство по эксплуатации. Методика поверки.
Обозначение
DT - 9205C+
ПК
АЧ
-
Таблица 2.8.
Кол-во, шт.
1
1
1
1
1
1
1
Внимание: Подключение питания частотно-аналогового преобразователя и
лампы накаливания к аккумуляторной батареи должно обеспечиваться автономным
электрическим кабелем. Использование в качестве отрицательного (минусового)
159
полюса металлоконструкции машины и металлоконструкции измерительного прибора НЕ ДОПУСКАЕТСЯ! Замена полюсов питания недопустима.
Маркировка пломбирование. На защитном кожухе частотно-аналогового
преобразователя прибора должны быть указаны: изготовитель; наименование прибора,
идентификационный номер; класс; год изготовления прибора.
Упаковка. Упаковка прибора и технической документации должны обеспечивать их сохранность и сохранность товарного вида.
Эксплуатационные ограничения
В процессе эксплуатации прибора необходимо соблюдать порядок включения и
выключения прибора.
После длительного хранения в условиях повышенной влажности прибор перед
включением следует выдержать при нормальных условиях в течении не менее двух часов.
Перед началом эксплуатации убедиться в отсутствии запылённости и загрязнения
приёмной линзы фотодиода, отверстий диска и поверхности лампы накаливания. При
необходимости при помощи ватного тампона смоченного в спирте, очистить их от загрязнения.
При подсоединении прибора к машине следить за вертикальным расположением
колеса.
Перед началом испытаний давление в пневматической шине должно составлять
0,12 МПа (1,2 кгс/см2 +–0,1 кгс/см2).
Перед началом испытания прибор (кроме лампы накаливания) должен быть
подключён к источнику питания не менее 5 мин.
Подготовка к использованию
Меры безопасности. К работе с прибором допускаются лица, ознакомленные с
настоящим руководством по эксплуатации.
Перед работой с прибором следует обращать внимание на отсутствие повреждений
и деформацию диска вызывающих касание кронштейна фотодиода и лампы накаливания.
Использование прибора
Присоединить прибор с помощью карданного шарнира к задней части машины
(бамперу, тяговому крюку и т.п.). Подсоединить питание прибора к аккумуляторной батареи машины (при этом тумблеры на кожухе частотно-аналогового преобразователя должны находиться в положении ВЫКЛ.). Убедиться что клеммы плюс и минус прибора,
соответственно подсоединены к плюсу и минусу аккумуляторной батареи.
160
Установить мульти дисплей DDM в кабину оператора (с помощью присосок на лобовое стекло, или на приборную доску в зоне видимости) и соединить его электрическим
кабелем с разъёмом на кожухе частотно-аналогового преобразователя.
Внимание: После присоединения прибора - «пятого колеса» к машине, её движение задним ходом не допускается.
Включить прибор (мульти дисплей DDM, частотно-аналоговый преобразователь),
по истечении двух-трёх минут выбрать диапазон измерения скоростей (тумблеры на кожухе частотно-аналогового преобразователя) и начать движения машины. Величина текущей скорости движения будет показана на мульти дисплее DDM, в цифровой форме.
Поверка прибора
Настоящая методика поверки распространяется на прибор для измерения скорости
ИС–1 и устанавливает методику его первичной и периодической поверок. Межповерочный интервал – 12 месяцев.
Операции поверки
При проведении поверки должны быть выполнены операции, указанные в таблице 2.9.
Наименование операции
Внешний осмотр
Опробование
Проверка работоспособности
Определение метрологических характеристик
Определение основной погрешности
Средства поверки
Таблица 2.9.
Обязательное проведение операции при поверке
первичной
периодической
да
да
да
да
да
нет
да
да
При проведении поверки применяются средства, указанные в таблице 2.10.
Допускается применение других аналогичных измерительных приборов, обеспечивающих
измерение соответствующих параметров с требуемой точностью.
Таблица 2.10.
Наименование образцового средства измерения или вспомогательного средства поверки,
номер документа, регламентирующего технические требования.
– Тахометр механический ТЧ 10Р, погрешность ±1%
– Манометр образцовый не менее 2 кгс/см2
– Мульти дисплей DDM (DT - 9205C+)
Условия поверки
Поверка прибора должна производиться при следующих нормальных условиях
Температура окружающей среды, 0С
Относительная влажность при температуре воздуха
(25±5), %
Атмосферное давление, кПа
Отклонение напряжения питания от номинального
+ 10 до + 45
30–80
97±3
10
161
значения, %
Внешние электрические и магнитные поля (кроме
земного) должны быть исключены
Поверка. Поверка радиуса качения.
Установить колесо при номинальном давлении в шине на поверочную плиту, замерить радиус – расстояние от поверочной плиты до оси колеса. Средства измерения: поверочная плита;
штангенрейсмасс с ценой деления шкалы нониуса не более 0,1 мм;
манометр образцовый.
Поверка прибора.
В вывешенном состоянии колеса отключить фотодиод от частотно-аналогового
преобразователя и подключить фотодиод к тестеру в режиме измерения сопротивления.
Включить, лампу накаливания медленно поворачивая колесо, убедиться, что количество
отверстий и количество отклонения стрелки прибора за один полный оборот, являются
идентичными и составляют 100 отклонений.
С помощью фрикционного электроприво-
да задать «пятому колесу» последовательно различные линейные скорости в диапазоне от
0,5 до 60 км/ч, путём замены насадок на приводном валу, имеющихся в комплекте прибора. Линейная скорость колеса с каждой насадкой определяется по показаниям механического тахометра не менее трёх раз.
Средства измерения: мульти дисплей DDM (DT - 9205C+) или аналогичный прибор; механический тахометр ТЧ 10Р.
На данный прибор ГП ЦОМУ агентства «Узстандарт» выдан сертификат метрологической аттестации № 033/ 06 от 30.04.2010 г.
2.6. Выводы по главе
На основании выполненных исследований можно сделать следующие выводы:

Испытание систем рулевого управления колесных землеройных машин являет-
ся важным и обязательным этапом при их доводке, приемке и сертификации. Качество и
надежность систем рулевого являются определяющими показателями безопасности и эргономии машин.

Требования к системам рулевого управления колесных землеройных машин,
методы их испытания регламентируются Международными, Межгосударственными и
Государственными стандартами, на территории Республики Узбекистан ГОСТом 27254 –
87 (ИСО 5010 – 84).

Проведение испытаний систем рулевого управления требует использования
специальной измерительной техники. В частности, необходимы специализированные
приборы для измерения усилий на рулевом колесе и скорости движения машины.
В
настоящий момент такие приборы выпускаются, в основном, зарубежными производите162
лями. Их применение сопряжено с затратой значительных валютных средств (на приобретение, обучение персонала работе с ними, на проведение ежегодной поверки, приобретения специальной эталонной аппаратуры, методик и т.п.).
В этой связи, одним из
перспективных путей решения указанных задач является разработка и создание необходимой измерительной аппаратуры силами отечественных ученых, инженеров и конструкторов, освоение ее выпуска на базе существующих промышленных предприятий и
объединений.

Разработан и создан специальный динамометр механического типа, позволяю-
щий регистрировать на шкале прибора, а при необходимости и на координатной бумаге
максимальные (пиковые) значения усилий на рулевом колесе при испытании колесных
землеройных машин в соответствии с требованиями ГОСТ 27254 – 87 (ИСО 5010 – 84) –
при их движении по специальным испытательным коридорам. Прибор может также использоваться при измерении усилий на рычагах / педалях управления в соответствии с
ГОСТ ИСО 12.2.120 – 2005 и на других элементах машин (усилий для закрытия и открытия распашной двери кабины), в соответствии с ГОСТ ИСО 2867-2002. Достоинствами
прибора являются: высокая точность измерения; возможность быстрой замены упругих
измерительных элементов (пружин) разной жесткости; отсутствие необходимости подвода электрической энергии; портативность; простота применения; линейность характеристик; удобство
установки на рулевое колесо и управления машиной.
Приведенная
погрешность прибора (коэффициент вариации) при испытании рабочей системы рулевого
управления не превышает ± 0,74 %, при испытании аварийной системы рулевого управления – ± 0,97 %.

Данный прибор (динамометр механического типа) идентифицирован как «Из-
меритель усилия рулевого управления ИУ – 01» № 01. На его конструкцию ГП ЦОМУ
агентства «Узстандарт» выдан Сертификат метрологической аттестации № 034/ 06 от
30.04.2010 г. Прибор используется на кафедре «ЙКМ» ТАДИ при проведении занятий по
курсу «Машиналарни синаш» и в ИЛ ООО «MEGA TEST SYSTEM» при сертификационных
испытаниях машин.

Разработана и предложена конструкция специального динамометра для опре-
деления усилий на рулевом колесе с использованием тензометрических методов измерения. Достоинством прибора является: компактность, малый вес и габариты, простота
установки на рулевое колесо и управления машиной, высокая точность и чувствительность измерений, возможность непрерывной регистрации во времени усилий на рулевом
колесе на протяжении всего цикла измерений (полного прохождения выбранного испытательного коридора) с использованием переносных персональных компьютеров. Использо163
вание портативных ПК обеспечивает возможность быстрой обработки полученных результатов, перевода их в табличную или графическую формы, хранение на носителях или в памяти
ПК, распечатку на принтере. Кроме этого снимаются вопросы с поиском источников питания
для традиционной регистрирующей аппаратуры, обычно требующей установки дополнительных
аккумуляторных батарей.

Разработан и создан специальный измеритель скорости движения машин элек-
тронно-механического типа – «пятое колесо». Прибор позволяет измерять значения скорости в диапазоне от 0.5 до 60 км/ч. Погрешность прибора не превышает ± 1,5 %. Данный
прибор идентифицирован как «Измеритель скорости ИС – 1» № 01. На его конструкцию
ГП ЦОМУ агентства «Узстандарт» выдан Сертификат метрологической аттестации №
033/ 06 от 30.04.2010 г. Прибор используется на кафедре «ЙКМ» ТАДИ при проведении
занятий по курсу «Машиналарни синаш» и в ИЛ ООО «MEGA TEST SYSTEM» при испытаниях машин.

Предложенная аппаратура имеет полный комплект соответствующей технической
документации, методику ежегодной поверки, правила обслуживания, хранения и эксплуатации.
Ее производство не требует специального промышленного оборудования и может быть рекомендовано для выпуска мелкими сериями при наличии заказов заинтересованных сторон.
3. Экспериментальное исследование усилий на рулевом колесе
землеройных машин
3.1. Объект исследования
В настоящей работе замер усилий на рулевом управлении проводился на одноковшовом гидравлическом колесном экскаваторе ЭО-4321, широко используемом на территории Республики Узбекистан. На рисунке 3.1 дан общий вид машины, на рисунке 3.2
– ее основные конструктивные показатели, в таблице 3.1 приведена техническая характеристика.
164
Рис. 3.1. Общий вид экскаватора ЭО-4321
1 – пневмоколесный ход, 2 – выносные опоры, 3 – силовая установка, 4 – капот, 5 – поворотная платформа, 6 – опорно-поворотное устройство, 7 – кабина, 8 – базовая часть стрелы, 9 – головная часть стрелы, 10, 12 и 15 – гидроцилиндры, 11 – рукоять, 13 – ковш,
14 – бульдозер
Рис. 3.2. Основные конструктивные показатели экскаватора ЭО-4321
Таблица 3.1.
№
п/п
1
1
2
3
4
Техническая характеристика экскаватора одноковшового
гидравлического ЭО-4321
Показатели
Значения
2
Дизель
Мощность, кВт/л.с.
Номинальная частота вращения коленчатого вала, мин-1
Охлаждение
3
СМД 15Н
59 / 80
1800
Жидкостное
165
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
Число цилиндров, рядный
4
Диаметр цилиндра / ход поршня, мм
120 / 140
Степень сжатия
17
Максимальный крутящий момент, Н*м
360
Рабочий объем, л
6,3
Удельный эффективный расход топлива (приведенный),
256
г/(квт*ч)
Расход топлива эксплуатационный - дизтопливо, л/мото4
час;
Ходовое устройство
Пневмоколесное
Скорость передвижения, км/ч
0,98 … 20,5
Частота вращения поворотной платформы, 1/с
0,19
Преодолеваемый уклон пути, град
23
Радиус задней части поворотной платформы, Rз, м
2,7
Расстояние от оси пяты до оси вращения, А, м
0,1
Ширина поворотной платформы, Вп, м
2,7
Высота до пяты стрелы, Нс, м
2,225
Высота по кабине, Нк, м
3,3
Просвет под поворотной платформой, С, м
1,47
Просвет под нижней тележкой или мостами, С1, м
0,77
База, Б, м
2,8
Колея, К, м
2,2
Обозначение шин колес, мм (дюйм)
1300х530-533
Давление в шинах, МПа
0,24 … 0,4
Наибольшее давление в гидросистеме, МПа:
основной
24,5
сервоуправления
3 … 3,5
Масса экскаватора с РО обратная лопатав, т
19,2
Рабочее оборудование–обратная лопата
Стрела
Нормальная
Рукоять
Нормальная
Вместимость ковша, qк, м3
0,65
Категория разрабатываемого грунта
I – IV
Глубина копания, h, м
5,5
Высота разгрузки, Н2, м
5,6
Радиус копания, R1, м
Радиус выгрузки при наибольшей высоте выгрузки, м
5,8
Радиус копания рукоятью, м
3,44
Радиус копания ковшом, м
1,3
Усилие на зубьях ковша, кН
115
Продолжительность рабочего цикла при работе в отвал с
16 – 18
поворотом на 900 при средней глубине копания, Тц, с
Максимальная теоретическая производительность обрат146
ной лопаты, м^3/ч
На рис. 3.3 показана принципиальная гидравлическая схема экскаватора ЭО-4321.
166
Рис. 3.3. Принципиальная гидравлическая схема экскаватора
ЭО – 4321:
насосы: 1 – сдвоенный аксиально-поршневой, 20 – шестеренчатый, 21 – дозатор; клапаны: 2 – предохранительный, 5– обратный, 7– 9 – запорные; 3 – гидрораспределитель; 4 –
блоки клапанов; 6 – вращения поворотной части, 11 и 14 – передних и задних колес; 12 центральный коллектор; гидроцилиндры: 8 – выносных опор, 10 – бульдозера, 13 – выключения
редуктора, 15 – поворота колес, 16 – стрелы, 17 – ковша, 18 – рукояти;
19 – золотник; 22 – гидробак; 23 – фильтры; 24 – охладитель; 25 – кран слива
Гидравлика работает следующим образом. Рабочая жидкость, находящаяся под небольшим избыточным давлением, из гидробака 22 подается сдвоенным аксиальнопоршневым насосом 1 через гидрораспределители 3 к исполнительным гидродвигателям.
167
От первой секции насоса 1 приводятся гидромоторы 6 поворота и 11 передних колес и
гидроцилиндр 18 рукояти. Гидроцилиндры 10 бульдозера и 8 выносных опор питаются от
второй секции насоса. Для предохранения гидроцилиндров выносных опор и бульдозера от просадок под действием рабочих нагрузок на них предусмотрены запорные клапаны
7 и 9. Гидромоторы 14 задних колес, гидроцилиндры 16 стрелы и 17 ковша питаются от
обеих секций насоса, если не включен ни один из перечисленных выше гидромоторов и
гидроцилиндров, а при их включении – от одной секции насоса.
Гидросхема предусматривает совмещение любых двух движений, кроме стрелы с
ковшом, обеспечивает две скорости передвижения экскаватора на четырех гидромоторколесах и возможности получения дополнительных скоростей переключением механических передач.
Насос и гидромотор 6 защищены от перегрузок предохранительными клапанами 2
и блоком переливных клапанов 4.
Все золотники гидрораспределителей включаются гидравлическим давлением, подаваемым системой сервоуправления, которая питается от одного из шестеренчатых насосов 20. От системы сервоуправления питаются также гидроцилиндры 13 включения
редукторов. Другой шестеренчатый насос 20 питает систему рулевого управления. В гидроцилиндр 15 поворота колес рабочая жидкость подается насосом дозатором 21, приводимым во вращение рулевым колесом.
Таким образом, испытываемый экскаватор оборудован системой рулевого управления с ручным управлением с силовым приводом. По конструкции на машине применена
система с поворотными кулаками и трапецией – система, использующая обычную автомобильную кинематическую схему с двумя управляемыми колесами, установленными на одном мосту и соединенными с машиной посредством вертикальных поворотных шкворней,
находящихся в непосредственной близости от каждого из колес; углы, под которыми установлены колеса относительно вертикальных шкворней, выбраны так, что при любом угле
поворота продолжения горизонтальных осей колес пересекаются в одной точке.
Во время испытаний определись усилия на рулевом колесе при работе рабочей системы рулевого управления. Движение экскаватора в соответствии с ГОСТ 27254 – 87 (
ИСО 5010 – 84) осуществлялось по заданному коридору № 1 (рис. 2.1) со скоростью прохождения всей дистанции (16 ± 2) км/ч. При этом, с учетом современных требований (см., в
частности, O’z DSt ISO/IEC 17025:2007) проводилась также оценка неопределенности выполненных измерений.
3.2. Методы определения неопределенности измерений
Общие положения.
168
Целью оценки и выражения неопределенности являются:
- получение объективных знаний об измеряемой величине после измерения;
- качества измерения с точки зрения их точности;
- надежности результатов измерений, в качестве оценки для значений измеряемой
величины.
Термины и определения.
Неопределенность (измерений) – параметр, связанный с результатом измерения
который характеризует разброс (рассеяние) значений, которые могут быть обоснованно
приписаны измеряемой величине;
Стандартная неопределенность (u) – неопределенность результата измерения,
выраженная в виде среднего квадратического отклонения (СКО);
Оценка (неопределенности) по типу А – метод оценивания неопределенности путем статистического анализа рядов наблюдений;
Оценка (неопределенности) по типу В – метод оценивания неопределенности
иным способом, чем статистический анализ рядов наблюдений;
Суммарная стандартная неопределенность (uc) – стандартная неопределенность
результата измерений, когда результат получают из значений ряда других величин, равная
положительному квадратному корню суммы членов, причем члены являются дисперсиями
или ковариациями этих других величин, взвешенными в соответствии с тем, как результат
измерения изменяется в зависимости от изменения этих величин;
Расширенная неопределенность (U) – величина, определяющая интервал вокруг
результата измерения, в пределах которого, как можно ожидать, находится большая часть
распределения значений, которые с достаточным основанием могли быть приписаны измеряемой величине.
Основные этапы оценки неопределенности испытаний (измерений).
Оценка неопределенности включает в себя следующие этапы:
Этап 1. Составление модели измерения и описание измеряемой величины, включая
все соотношения между измеряемой величиной и параметрами (например, измеряемыми
величинами, константами, значениями эталонов для градуировки и т.д.), обычно описательная информация приводится в соответствующем документе на методику или ином
описании метода.
Этап 2. Составление списка всех возможных источников неопределенности для
обеспечения полной ясности в отношении того, что подлежит рассмотрению. В списке
должны быть учтены основные источники неопределенности и дополнительные на основе
169
детальных знаний природы измеряемой величины, используемого метода и методики измерений. Ниже приведены основные источники неопределенности:
а) Метод измерения: модель измерения, число наблюдений, длительность измерения, выбор методики измерения, выбор эталона или средства измерения, выбор подходящего фильтра, стандартного образца и т.д.
б) Измерительное оборудование: неопределенность калибровки, вариация показаний, гистерезис, время, прошедшее с момента последней калибровки, применяемое программное обеспечение, порог чувствительности или конечная разрешающая способность,
температура и т.д.
в) Окружающая среда: температура, влажность, давление, чистота помещения,
магнитные, электрические и гравитационные поля, вибрация, различные излучения, освещенность и т.д.
г) Измеряемый объект: температура, поверхность, материал, размеры, отклонение
формы для геометрических измерений и т.д.
д) Оператор: измерительное усилие, опыт работы, выбор средства измерения образование, параллакс, добросовестность, самочувствие, манипулирование (ловкость рук) и
т.д.
Этап 3. Производится количественное описание составляющих неопределенности
присущих каждому выделенному потенциальному источнику, учитывая единый вклад в
неопределенность от нескольких источников, и оцениваются имеющиеся данные для планирования дополнительных экспериментов и измерений для адекватного учета всех источников неопределенности.
Этап 4. Производится анализ корреляция на основе оценки взаимных зависимостей
входных величин.
Этап 5. Составляется бюджет неопределенности (при необходимости) для обобщения и наглядного представления всей полученной и проанализированной информации в
количественной форме с целью расчета значений стандартной неопределенности выходной величины.
Бюджет неопределенности представляет собой таблицу, в которой содержится следующая информация:
а) список всех источников неопределенности, т.е. входных величин с принятыми в
модели обозначениями;
б) значения оценок входных величин и связанные с ними стандартные неопределенности;
в) коэффициенты чувствительности;
170
г) вклады неопределенности каждой величины;
д) тип оценивания неопределенности;
е) вид распределения;
ж) диапазон значений величин;
з) процентный вклад от каждого источника неопределенности в суммарную неопределенность и т.п.
Этап 6. Вычисляется суммарная неопределенность.
Этап 7. Рассчитывается расширенная неопределенность.
Этап 8. Представление конечного результата измерений:
- число (результат измерения), для которого указывают допустимое отклонение
(погрешность), должно иметь последнюю значащую цифру того же разряда, как и последняя значащая цифра отклонения (погрешности);
- числовые значения величины и ее неопределенность записывают с указанием одной и той же единицы величины
Пример записи: F= 546,483 ± 0,024KHz
- интервалы между числовыми значениями величин записываются следующим образом: от 73 до 132, свыше 471 до 489;
- результаты измерений приводятся в окончательном ответе, а все предварительные
вычисления выполняются с одним двумя значениями;
- результат измерения округляется до того же десятичного значения, которым
оканчивается округленное значение абсолютной погрешности.
Расчетные формулы для оценки неопределённости измерений.
1.
Среднее арифметическое значение измеряемой величины Х из n наблюдений хi
(i=1,2, …, n)
х
2.
(3.1)
Стандартная неопределенность, связанная с оценкой Х, оцениваемая по типу А

u х S 
3.
1
n

i 1 xi
n
х
1
  in1 ( хi  х) 2
n(n  1)
(3.2)
Стандартная неопределенность, связанная с оценкой Х, оцениваемая по типу В
при равновероятном (равномерном, прямоугольном) распределении:
u  a/ 3 ,
(3.3)
где а полуширина распределения возможных значений входной величины
171
4.
Стандартная неопределенность, связанная с оценкой Х, оцениваемая по типу В
при треугольном (Симпсона) распределения:
u  a/ 6
5.
(3.4)
Стандартная неопределенность, связанная с оценкой Х, оцениваемая по типу В
при нормальном (Гаусса) распределении с уровнем доверия 99,73% равна:
u  a/ 9
6.
(3.5)
Ковариация двух входных величин Хi и Хj коррелированных между собой вычисляется по формуле:
u ( хi х j )  u ( хi )  u ( х j )  r ( хi , х j ), i  j
7.
(3.6)
Коэффициент корреляции (степень корреляции) вычисляется по формуле:
r ( хi , х j )  u ( xi , x j ) / u ( xi )  u ( x j ),
i  j r ( xi , x j )  I
8.
(3.7)
В случае n пар независимых повторных наблюдений двух величин Хi и Хj ковариация их средних арифметических знаний хi и хj оценивается по формуле:
u ( x i , x j )  s( x i , x j ) 
9.
1
  nk1 ( xik  x i )( x jk  x j )
n(n  1)
(3.8)
Суммарная стандартная неопределенность рассчитывается по формуле:
uc ( y) 

2
N
i j
 df  2

 u xi 
 dxi 
(3.9)
Частные производные dƒ/dx называются коэффициентами чувствительности
ci 
uc  y  
2




c

u
x
 i i
n
i 1
df
dxi


u y
n
2
i 1 i
(3.10)
где
uc  y   c j  u  xi 
10. Правило
1.
Для
моделей,
включающих
только
сумму
или
разности
величин, например Y=P+Q+…, суммарная стандартная неопределенность uс (у)
величины Y определяется выражением:
uc  y   u 2  p   u 2 q     
(3.11)
172
где u(Р) и u(q) – стандартные неопределенности величин Р и Q
11. Правило 2. Для моделей, включающих только произведения или частные,
например y  P  Q...
ность
uco  y 
y  P / Q относительная суммарная неопределен-
или
величины
y
определяется выражением:
uco  y   u02  p   u02 q      ,
где
(3.12)
u0  p   u  p  / p,
uco  y   uc  y  / y,
uo q   u q  / q
12. Правило 3. Если функция модели является степенной функцией типа
y  Pn ,
то стандартная неопределенность u(y) величины
ражением:
u y   n  p p  I  u p 

u х S 
х
y определяется
вы-
(3.13)
1
  in1 ( хi  х) 2
n(n  1)
(3.14)
13. Правило 4. Для того чтобы просуммировать составляющие неопределенности
в случае сложной модели, необходимо разбить исходную математическую модель на отдельные выражения, состоящие из операций, которые подпадают под
одно из трех приведенных выше правил и вычислить промежуточные значения
неопределенности, а затем их просуммировать по правилу 2.
14. Расширенная неопределенность вычисляется по формуле:
U  k  uc  y 
(3.15)
где k- коэффициент охвата.
Для практических целей коэффициент охвата выбирают равным 1 для интервала,
имеющего уровень доверия 68% или равным 2 для интервала, имеющего уровни доверия
95% или из таблицы 3.2 для другого уровня доверия
Таблица 3.2.
Уровень доверия %
k
50%
68,27%
90%
95%
95,45%
99%
99,73%
0,674
1
1,64
1,96
2
2,58
3
173
Для прямоугольного (равномерного) распределения, k  3, а для треугольного k  6
При этом учитывают:
-требуемый уровень доверия;
-какую-либо информацию о предполагаемом распределении;
-информацию о количестве наблюдений, использованных для оценки
случайных эффектов.
Если условия для применения Центральной предельной теоремы налицо, то метод
для расчета коэффициента охвата k включает следующее:
-оценку эффективности степеней свободы veff для стандартной неопределенности
uc  y  определяют с помощью формулы
Велча-Саттерсвейта:
4
uc4  y 
N ui  y 
  i 1
veff
vi
veff
uc4  y 

4
N ui  y  ,
 i 1 v
i
(3.16)
(3.17)
где
uc2  y    iN1ui2  y 
(3.18)
ui  y  - вклады в стандартную неопределенность, которая соответствует оценке у
выходной величины
vi - эффективные степени свободны вклада неопределенности ui  y 
  по таблице базирующийся на t
- определяют коэффициент охвата k p  t p veff
– распределении (распределении Стьюдента),
где
t p veff  - квантиль распределения Стьюдента с эффективным числом сте-
пенной свободы
veff
и доверительной вероятностью (уровнем доверия) P.
Значения коэффициента t p
v  берутся из таблицы 3.3.
eff
t p veff 
n
p = 0,95
Таблица 3.3.
p = 0,99
174
3
4
5
6
7
8
9
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
31
3,182
2,776
2,571
2,447
2,365
2,306
2,262
2,228
2,179
2,145
2,120
2,101
2,086
2,074
2,064
2,056
2,048
2,042
1,960
5,841
4,604
4,032
3,707
3,499
3,355
3,250
3,169
3,055
2,977
2,921
2,878
2,845
2,819
2,797
2,779
2,763
2,750
2,576
3.3. Анализ и обработка полученных результатов
Как отмечалось выше, испытания проводились с целью определения усилий на рулевом колесе при управлении машиной рабочей системой рулевого управления. Движение
экскаватора в соответствии с ГОСТ 27254 – 87 ( ИСО 5010 – 84) осуществлялось по заданному коридору № 1 (рис. 2.1) со скоростью прохождения всей дистанции (16 ± 2) км/ч.
Измерение усилий на рулевом колесе осуществлялось «Измерителем усилия рулевого управления ИУ – 01» № 01, измерение скорости движения «Измерителем скорости
ИС – 1» № 01. Программой испытаний было предусмотрено выполнение пяти единичных
(повторных) проездов.
Условия испытания: сухая горизонтальная площадка с твердым покрытием с разметкой коридора №1, атмосферное давление – 723 мм. рт. ст.; температура воздуха + 26 0С; без
осадков.
Измерения усилий являются косвенными, в мм, значение физической величины Х в
Ньютонах получают далее по тарировочному графику наблюдаемой в миллиметрах величины Y или с помощью переводного коэффициента Ктар (см. табл. 3.4) При этом значения
физической величины Х согласно ГОСТ 27254 – 87 ( ИСО 5010 – 84) не должны превышать 115 Н. Результаты испытаний представлены в таблице 3.4.
175
Таблица 3.4.
№
опыта
Результаты испытаний рабочей системы рулевого управления ЭО 4321
Показания прибо- Усилие,
Абсолютное
Усилие,
Абсолютное
2
ра, мм, Y при поН,
отклонение, Н,
ΔХi
Н,
отклонение, Н,
ΔХi2
вороте:*
Хi
ΔХi = Xср –Хi
Хi
ΔХi = Xср –Хi
направо налево
поворот направо
поворот налево
Скорость при
въезде в
испытательный
коридор, км/ч
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
n=5
27,3
23,7
25,5
23,0
24,4
-
25,9
24,8
23,7
22,0
22,7
-
77
67
72
65
69
Xср = 70
–7
+3
–2
+5
+1
∑ ‫ﺍ‬ΔXi‫ = ﺍ‬18
49
9
2
25
1
∑ΔXi 2 =
= 86
73
70
67
62
64
Xср =
= 67,2
– 5,8
– 2,8
+ 0,2
+ 5,2
+ 3,2
∑ ‫ﺍ‬ΔXi‫ = ﺍ‬17,2
33,64
7,84
0,04
27,04
10,24
∑ΔXi 2 =
= 78,8
16,4
15,8
16,1
15,3
15,7
-
*Примечание:
Определение усилий по показаниям шкалы прибора осуществляется с помощью переводного
коэффициента Ктар = 0,3543 мм / Н. Например, если показание шкалы прибора Y составляет 23,7 мм,
то усилие в Н, определится как Хi = Y / Ктар = 27,3 / 0,3543 = 77,05 Н. Коэффициент Ктар рассчитывается
по тарировочному графику на основании ряда проведенных замеров.
176
Расчет неопределенности измерения усилий на рулевом колесе: поворот направо.
Вычислим среднее арифметическое значение (вероятное значение) измеряемой величины – усилий на рулевом колесе (при повороте направо).
Xср = ∑1n (Xi / n) = (77 + 67 + 72 + 65 + 69) / 5 =
=350 / 5 = 70 Н.
Стандартная неопределенность UA, i (по типу А) единичного измерения i-й входной
величины (средняя квадратичная ошибка отдельного измерения σ - абсолютная погрешность) определится по формуле
UA, i = [∑1n (Xср –Хi) 2 / (n – 1)]^0,5 = [∑1nΔXi 2 / (n – 1)]^0,5 =
=[86 / 5]^0,5 = 4,15 Н.
Стандартная неопределенность UA (Xi) (по типу А) измерений i-й входной величины,
при которых результат определяют как среднее арифметическое (ошибка среднего арифметического σх), вычисляют по формуле
UA (Xi) = [∑1n (Xср –Хi) 2 / (n*(n – 1))]^0,5 = [∑1nΔXi 2 /(n*(n – 1))]^0,5 =
=[86 / 20]^0,5 = 2,07 Н.
Разброс значений характеризует влияние нескольких факторов, из которых превалирующим является нестабильность работы рулевого механизма и рулевого привода в целом, а
также скорости движения машины и реакции водителя оператора.
Для определения суммарной и расширенной неопределенности выполним анализ источников погрешности результата измерения.
Условия измерения:
Условия испытания: сухая горизонтальная площадка с твердым покрытием с разметкой коридора №1, атмосферное давление – 723 мм. рт. ст.; температура воздуха + 26 0С; без осадков.
Анализ схемы измерения:
- диапазон измерения усилий на рулевом колесе, 0 …117 Н;
- условия окружающей среды соответствуют рабочим условиям эксплуатации прибора;
- разрешающая
способность
шкалы
прибора:
измерение отклонения по шкале
прибора осуществлялось стандартным штангенциркулем с ценой деления шкалы нониуса 0,1
мм;
- предел основной погрешности в диапазоне 0 … 117 Н составляет ± 0,9 Н (± 0,77
%).
- предел дополнительной погрешности при калибровке – ± 0,5% (0,59 Н).
177
Влияние внешних факторов на точность измерения:
- погрешность
оператора
при
считывании
показаний прибора – ± 0,1 мм (±
0,24 %, ± 0,28 Н);
- погрешность из-за превышения скорости движения машины 1,5 % (1,8 Н).
4. Определение составляющих суммарной неопределенности измерения усилий на
рулевом колесе. Оценку выполним по типу В, в предположении о равновероятном распределении погрешности внутри заданных границ, так как все данные о погрешностях взяты из
технического паспорта на измеритель усилий на колесе рулевого управления «ИУ – 01» №1.
Абсолютная величина основной погрешности измерения будет равна
Δосн = 0,77*117/100 = ± 0,9 Н
Отсюда основная неопределенность измерения будет равна
Uосн = [Δосн] / 3^0,5 = 0,9 / 1,732 = 0,52 Н.
Абсолютная величина дополнительной погрешности измерения, связанная с погрешностью при калибровки прибора определится
Δдоп = (0,59 + 0,28) = 0,87 Н
Дополнительная неопределенность измерения будет равна
Uдоп = [Δдоп] / 3^0,5 = 0,87 / 1,732 = 0,5 Н.
5. Суммарная стандартная неопределенность измерения люфта рулевого колеса определится из выражения
Uст = (UA (Xi)2 + Uосн2 + Uдоп2)^0,5 =
= (2,072 + 0,522 + 0,52)^0,5 = (4,28 + 0,27 + 0, 25)^0,5 = 2,19 Н
Находим расширенную неопределенность измерения, задавшись уровнем доверия р =
0,95 и коэффициентом охвата k = 2, с учетом предположения о равновероятном законе распределения результата измерения
U = k*Uст(α) = 2*2,19 = 4,38 Н.
Записываем результат измерения
Х = 70 ± 4,38 Н; k =2, р = 0,95.
Как отмечалось выше, согласно требованиям ГОСТ 27254 – 87 ( ИСО 5010 – 84) усилие на рулевом колесе рабочей системы рулевого управления колесных землеройных машин
не должно превышать 115 Н.
Вывод: полученный результат измерения показывает, что рулевое управление изделия
(ЭО 4321) может быть признанным соответствующим НД.
Анализ полученных значений усилий на рулевом колесе экскаватора при повороте
налево ( табл. 3.6) показывает, что они меньше чем при повороте машины направо, поэтому
178
выполнение вышеприведенных
расчетов для левого поворота не имеют практического
смысла.
3.4. Выводы по главе
Таким образом, на основании выполненных экспериментальных исследований можно
сделать следующие выводы.
 Объектом испытаний служила система рулевого управления одноковшового гидравлического колесного экскаватора ЭО-4321, широко используемого на территории Республики Узбекистан. Замер усилий на рулевом колесе осуществлялся при работе рабочей
системы рулевого управления.
Испытание проводилось в соответствии с требованиями
ГОСТ 27254 – 87 ( ИСО 5010 – 84). Движение экскаватора осуществлялось по заданному коридору № 1 (рис. 2.1) со скоростью прохождения всей дистанции (16 ± 2) км/ч.
 Измерение усилий на рулевом колесе и скорости движения машины осуществлялось
приборами, разработанными совместно сотрудниками ООО «MEGA TEST SYSTEM» и кафедры
«ЙКМ» ТАДИ соответственно: «Измерителем усилия рулевого управления ИУ – 01» № 01;
«Измерителем скорости ИС – 1» № 01. Программой испытаний было предусмотрено выполнение пяти единичных (повторных) проездов.
Условия испытания удовлетворяли требуемым: сухая горизонтальная площадка с твердым покрытием с разметкой коридора №1, атмосферное давление – 723 мм. рт. ст.; температура воздуха + 26 0С; без осадков.

Предложена методика обработки результатов экспериментального исследования,
включающая также оценку неопределенности измерений: стандартной неопределенности UA,
i
(по типу А) единичного измерения i-й входной величины; стандартной неопределенность
UA (Xi) (по типу А) измерений i-й входной величины, при которых результат определяют
как среднее арифметическое; расширенной неопределенности измерения (по типу В). Уровень доверия составлял р = 0,95 и коэффициент охвата k = 2. Полученные результаты показали, что измеренное усилие на рулевом колесе испытываемого экскаватора при работе
рабочей системы рулевого управления составляет Х = 70 ± 4,38 Н; k =2, р = 0,95, что удовлетворяет требованиям ГОСТ 27254 – 87 ( ИСО 5010 – 84). Таким образом, данная машина
может эксплуатироваться на территории РУз.

Предложенная методика экспериментального исследования и обработки получен-
ных результатов внедрена на кафедре «ЙКМ» ТАДИ при изучении курса «Машиналарни синаш»
и в ИЛ ООО «MEGA TEST SYSTEM» при проведении испытаний систем рулевого управления колесных землеройных машин.
179
4. Заключение
Таким образом, на основании выполненного исследования можно сделать следующие
выводы.

Интенсивное развитие народного хозяйства, увеличивающиеся объемы строитель-
ства промышленных и гражданских сооружений, сети автомобильных и железных дорог
предопределяют необходимость, как разработки и постановки на производство широкого
ряда типов строительных и дорожных машин, так и расширение их импорта в Узбекистан.
Значительное место среди этих машин занимают машины для земляных работ.

С целью защиты рынка Узбекистана от продукции низкого качества, в том числе
и землеройных машин,
в соответствии с постановлением КАБИНЕТА МИНИСТРОВ
РЕСПУПБЛИКИ УЗБЕКИСТАН № 318 от 06.07.2004 г, «О дополнительных мерах по
упрощению процедуры сертификации продукции», данный вид техники, подлежит обязательной сертификации, и в первую очередь, по показателям качества и безопасности.

Одними из важных показателей качества машин, их общей безопасности являют-
ся эргономические показатели. К ним относятся, в первую очередь: уровень вибрации и звука;
температура, уровень загазованности и уровень запыленности на рабочем месте; усилия на органах управления (на рычагах / на педалях); параметры кабины оператора - размеры минимального рабочего пространства вокруг него; усилия на рулевом управлении. Их определение
требует в большинстве случаев использования специального оборудования, измерительной
аппаратуры и средств измерения. В частности, при испытаниях систем рулевого управления
колесных землеройных машин в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.011- 75 и ГОСТ
27254 – 87 (ИСО 5010 – 84) необходимо наличие специальных мобильных динамометров
устанавливаемых на рулевое колесо и специальных высокоточных измерителей скорости
движения машины в целом. Такие приборы на сегодняшний день отечественной промышленностью не выпускаются. Применение зарубежной измерительной техники связано с известными материальными и техническими трудностями.

Одним из перспективных путей решения указанной проблемы представляется
разработка и создание необходимых приборов силами отечественных ученых, инженеров и
конструкторов, освоение их выпуска на базе существующих промышленных предприятий и
объединений Узбекистана. Такое направление, наряду с интеллектуальным и экономическим
эффектами имеет также и социальное значение.

Испытание систем рулевого управления колесных землеройных машин является
важным и обязательным этапом при их доводке, приемке и сертификации. Качество и
180
надежность систем рулевого являются определяющими показателями безопасности и эргономии машин.

Требования к системам рулевого управления колесных землеройных машин, ме-
тоды их испытания регламентируются Международными, Межгосударственными и Государственными стандартами, на территории Республики Узбекистан ГОСТом 27254 – 87 (ИСО
5010 – 84).

Разработан и создан специальный динамометр механического типа, позволяющий
регистрировать на шкале прибора, а при необходимости и на координатной бумаге максимальные (пиковые) значения усилий на рулевом колесе при испытании колесных землеройных машин в соответствии с требованиями ГОСТ 27254 – 87 (ИСО 5010 – 84) – при их
движении по специальным испытательным коридорам. Прибор может также использоваться
при измерении усилий на рычагах / педалях управления в соответствии с ГОСТ ИСО
12.2.120 – 2005 и на других элементах машин (усилий для закрытия и открытия распашной
двери кабины), в соответствии с ГОСТ ИСО 2867-2002. Достоинствами прибора являются:
высокая точность измерения; возможность быстрой замены упругих измерительных элементов (пружин) разной жесткости; отсутствие необходимости подвода электрической энергии;
портативность; простота применения; линейность характеристик; удобство установки на рулевое колесо и управления машиной. Приведенная погрешность прибора (коэффициент вариации) при испытании рабочей системы рулевого управления не превышает ± 0,74 %, при
испытании аварийной системы рулевого управления – ± 0,97 %.

Данный прибор (динамометр механического типа) идентифицирован как «Изме-
ритель усилия рулевого управления ИУ – 01» № 01. На его
конструкцию ГП ЦОМУ
агентства «Узстандарт» выдан Сертификат метрологической аттестации № 034/ 06 от
30.04.2010 г. Прибор используется на кафедре «ЙКМ» ТАДИ при проведении занятий по
курсу «Машиналарни синаш» и в ИЛ ООО «MEGA TEST SYSTEM» при сертификационных
испытаниях машин.

Разработана и предложена конструкция специального динамометра для определе-
ния усилий на рулевом колесе с использованием тензометрических методов измерения. Достоинством прибора является: компактность, малый вес и габариты, простота установки на
рулевое колесо и управления машиной, высокая точность и чувствительность измерений,
возможность непрерывной регистрации во времени усилий на рулевом колесе на протяжении
всего цикла измерений (полного прохождения выбранного испытательного коридора) с использованием переносных персональных компьютеров. Использование портативных ПК
обеспечивает возможность быстрой обработки полученных результатов, перевода их в табличную или графическую формы, хранение на носителях или в памяти ПК, распечатку на принтере.
181
Кроме этого снимаются вопросы с поиском источников питания для традиционной регистрирующей аппаратуры, обычно требующей установки дополнительных аккумуляторных батарей.

Разработан и создан специальный измеритель скорости движения машин элек-
тронно-механического типа – «пятое колесо». Прибор позволяет измерять значения скорости в диапазоне от 0.5 до 60 км/ч. Погрешность прибора не превышает ± 1,5 %. Данный
прибор идентифицирован как «Измеритель скорости ИС – 1» № 01. На его конструкцию ГП
ЦОМУ агентства «Узстандарт» выдан Сертификат метрологической аттестации № 033/ 06 от
30.04.2010 г. Прибор используется на кафедре «ЙКМ» ТАДИ при проведении занятий по
курсу «Машиналарни синаш» и в ИЛ ООО «MEGA TEST SYSTEM» при испытаниях машин.

Предложенная аппаратура имеет полный комплект соответствующей технической доку-
ментации, методику ежегодной поверки, правила обслуживания, хранения и эксплуатации. Ее производство не требует специального промышленного оборудования и может быть рекомендовано
для выпуска мелкими сериями при наличии заказов заинтересованных сторон.
 При выполнении экспериментальных исследований объектом испытаний служила
система рулевого управления одноковшового гидравлического колесного экскаватора ЭО4321, широко используемого на территории Республики Узбекистан. Замер усилий на рулевом колесе осуществлялся при работе рабочей системы рулевого управления.
Испытание
проводилось в соответствии с требованиями ГОСТ 27254 – 87 ( ИСО 5010 – 84). Движение
экскаватора осуществлялось по заданному коридору № 1 (рис. 2.1) со скоростью прохождения
всей дистанции (16 ± 2) км/ч.
 Измерение усилий на рулевом колесе и скорости движения машины осуществлялось
приборами, разработанными совместно сотрудниками ООО «MEGA TEST SYSTEM» и кафедры
«ЙКМ» ТАДИ соответственно: «Измерителем усилия рулевого управления ИУ – 01» № 01;
«Измерителем скорости ИС – 1» № 01. Программой испытаний было предусмотрено выполнение пяти единичных (повторных) проездов.
Условия испытания удовлетворяли требуемым: сухая горизонтальная площадка с твердым покрытием с разметкой коридора №1, атмосферное давление – 723 мм. рт. ст.; температура воздуха + 26 0С; без осадков.

Предложена методика обработки результатов экспериментального исследования,
включающая также оценку неопределенности измерений: стандартной неопределенности UA,
i
(по типу А) единичного измерения i-й входной величины; стандартной неопределенность
UA (Xi) (по типу А) измерений i-й входной величины, при которых результат определяют
как среднее арифметическое; расширенной неопределенности измерения (по типу В). Уровень доверия составлял р = 0,95 и коэффициент охвата k = 2. Полученные результаты показали, что измеренное усилие на рулевом колесе испытываемого экскаватора при работе
182
рабочей системы рулевого управления составляет Х = 70 ± 4,38 Н; k =2, р = 0,95, что удовлетворяет требованиям ГОСТ 27254 – 87 (ИСО 5010 – 84). Таким образом, данная машина
может эксплуатироваться на территории РУз.

Предложенная методика экспериментального исследования и обработки получен-
ных результатов внедрена на кафедре «ЙКМ» ТАДИ при изучении курса «Машиналарни синаш»
и в ИЛ ООО «MEGA TEST SYSTEM» при проведении испытаний систем рулевого управления колесных землеройных машин.
5. Список использованной литературы
1.
Конституция Республики Узбекистан. Ташкент: Издательско-полиграфический
творческий дом «Узбекистан», 2008. – 40 с.
2.
Каримов И.А. Мировой финансово-экономический кризис, пути и меры по
его преодолению в условиях Узбекистана. -Т.: «Узбекистан», 2009. – 48 с.
3.
Каримов И.А. Обеспечение интересов человека, совершенствование системы
социальной защиты – наша приоритетная задача. Доклад на торжественном
заседании, посвященном 14-летию Конституции Республики Узбекистан 7 декабря
2006 г. Ташкент: «Узбекистан», 2007.
4.
Каримов И.А. Узбекистан 5 лет независимости. 1996 г.
5.
Каримов И.А. Собрание сочинений. -Ташкент: ФАН, 2001.
6.
Закон об образовании РУз.
7.
Справочник конструктора дорожных машин / Под. ред. Бородачева И.П. М.:
8.
Машиностроение, 1973. - 609 с.
ДОРОЖНЫЕ МАШИНЫ. Часть I. Машины для земляных работ / Алексеева Т.В., Артемьев К.А., Бромберг А.А. и др. – М.: Машиностроение, 1972. –
504 с.
9.
Соколов В.А., Новиков А.Н. Самоходные дорожные катки. – М.: Высш. шк.,
1995. – 212 с.
10. Машины для земляных работ. Справочное пособие / А.К. Рейш, С.М. Борисов,
Б.Ф. Бандаков и др.; Под ред. С.П. Епифанова –2е изд., пере -раб. и доп. – М.:
Стройиздат, 1981. –352 с.
11. Беркман И.Л., Раннев А.В., Рейш А.К. Одноковшовые строительные экскаваторы. М.: Высшая школа. 1986. – 272с.
12.
Трахтенберг М.О., Хайров В.У. Справочник механизатора строительства. –3е
изд., перераб. и доп. Ташкент: Мехнат, 1992. – 414 с.
13. Забегалов Г.В., Ронинсон Э.Г. Бульдозеры и скреперы: Учеб. Пособие для сред.
ПТУ. – М.: Высш. Шк., 1986. – 303 с.
183
14. Бульдозеры и рыхлители / Б.З. Захарчук, В.Д. Телушкин, Т.А. Шлойдо, Яркин
А.А. - М.: Машиностроение, 1987. – 240 с.
15. Изаксон А.А., Донской В.М., Филатов А.И. Справочник молодого машиниста
экскаватора. –2е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1995 – 223 с.
16. Федоренко В.А., Шошин А.И. Справочник по машиностроительному черчению. –14-е изд., перераб. и доп. Под ред. Г.Н. Поповой. – Л.: Машиностроение,
Л/отд., 1983. – 416 с.
17. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя: в 3-х т. Т.1. – М.:
Машиностроение, 1979. -728 с.
18. Иванов М.Н. Детали машин. Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1976. – 399
с.
19. Степин П.А. Сопротивление материалов. Учебник для вузов. – 7-е изд. – М.:
Высш. школа. 1993. – 303 с.
20. Райков И.Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания. Учебник для ВУЗов. М.: Высшая школа, 1985. - 320 с.
21. РМГ 43-2001. Государственная система обеспечения единства измерения. Применение «Руководства по выражению неопределенности измерений». МГС по стандартизации, метрологии и сертификации. Минск, 2001.- 20 с.
22. ГОСТ 27254 – 87 (ИСО 5010 – 84). Машины землеройные. Система рулевого
управления колесных машин.
23. ГОСТ ИСО 11112 - 2000. Машины землеройные. Сиденье оператора. Размеры и
технические требования.
24. ГОСТ 12.2.011 – 75. ССБТ. Машины строительные и дорожные. Общие требования безопасности.
25. ГОСТ ИСО 12.2.120 – 2005. ССБТ. Кабины и рабочие места операторов тракторов
и самоходных сельскохозяйственных машин. Общие требования безопасности.
26. ГОСТ 20062 – 96. Сиденье тракторное. Общие технические условия.
27. ГОСТ 30067 – 93. Экскаваторы одноковшовые универсальные полноповоротные.
Общие технические условия.
28. ГОСТ Р ИСО 3411 – 99. Машины землеройные. Антропометрические данные
операторов и минимальное рабочее пространство вокруг оператора.
29. ГОСТ ИСО 2867 – 2002. Машины землеройные. Системы доступа.
30. Фирма Caterpillar. Справочник. Эксплуатационные характеристики. Издание
30. Издание CAT Caterpillar Inc., Пеория, Иллинойс, США. Ноябрь 2002 г. -724 с.
31. www.rambler.ru
184
32. www.google.com
33. www.aport.ru
185