TENSION RESISTANCE MEASURING DEVICE FOR MEANS OF MECHANIZATION ZAŘÍZENÍ PRO MĚŘENÍ TAHOVÉHO ODPORU MECHANIZAČNÍCH PROSTŘEDKŮ Musil J., Červinka J. Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky, Agronomická fakulta, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00 Brno, Česká republika. E-mail: nachodak@seznam.cz ABSTRACT For measurment of tension resistence, as one of several dimensions which affect energy intensiveness of soil processing, is posile to use many diferent measuring devices. In this paper is described tensiometer device for tension resistence measuring including field results. Keywords: tension resistence, measuring device, tensiometer ABSTRAKT Pro měření tahového odporu jako jedné z několika veličin ovlivňujících energetickou náročnost zpracování půdy se využívá různých měřících zařízení. V tomto článku je popsáno tenzometrické zařízení pro měření tahové síly včetně výsledků zkušebního měření. Klíčová slova: tahový odpor, měřící zařízení, tenzometr ÚVOD Celkový tahový odpor mechanizačních prostředků má zásadní vliv na energetickou náročnost zpracování půdy. Na jeho velikost má veliký vliv počet, geometrie a rozmístění pracovních nástrojů stroje (radlice, talíře, radličky apod.). Pro možná technická řešení a úpravy pracovních nástrojů z hlediska jejich schopnosti pronikání půdou je nutno znát tahový odpor mechanizačního prostředku při zpracovávání půdy. Výslednice sil jednotlivých dílčích odporů, které při práci stroje vznikají prochází těžištěm mechanizačního prostředku (pluh, kypřič apod.) a je v rovnováze s tahovou silou vyvozenou traktorem. Nejvýhodnějším a nejpřesnějším způsobem jak velikost celkového tahového odporu stanovit je změřením této výslednice sil. K jejímu měření se nejčastěji používají měřidla (siloměry) v současné době nejčastěji tenzometrická.
Popis měřícího zařízení: Pro snímání tahové síly byl použit tenzometrický měřící člen MČB 1 zkonstruovaný na Ústavu zemědělské, potravinářské a environmentální techniky na MZLU v Brně (viz.obr.1.1.) z něhož byly hodnoty ukládány do databanky (obr. 1.2.), jež patří k příslušenství snímače síly. Propojení databanky s tenzometrem je přes 6-ti žilový kabel. Hlavní částí siloměru je tenzometrický blok pro snímání tlakové síly (poz. 4). Převod tahové síly na sílu tlakovou je pomocí dvou táhel, která jsou svařena z oceli 11 373. Z důvodu montáže a demontáže celého zařízení je jedno z táhel sešroubováno lícovanými šrouby ze dvou dílů (poz. 1, 3). Druhé táhlo (poz. 2) je řešeno jako celistvý svarek. Průběh napětí v táhle (poz. 2) při zatížení silou 50kN je uveden na obrázku (obr. 1.3.). Vzájemná poloha obou táhel je vymezena vedením (poz. 6). Pro tlumení rázů při měření je zařízení vybaveno silentblokem (poz. 5). Mezi dva traktory je siloměr připevněno pomocí dvou kovaných ok (poz. 7). Obr. 1.1.: Tenzometrické měřící zařízení MČB1 Během měření jsou data z tenzometru přenášena přes 6-ti žilový kabel do databanky, kde jsou po dobu měření v nastaveném časovém intervalu ukládána. Lze uskutečnit 6 opakování měření, poté je nutné přesunout data do počítače pomocí kabelu přes port COM1 Obr. 1.2.: Databanka: 1-tlačítko napájení, 2-indikátory stavu baterie, 3-tlačítka ovládání: 0 -nulování, 1-6 -ukládání do paměti, 7 -indikace indukčního čidla
Obr. 1.3.: Průběh napětí v táhle (poz. 2) při zatížení silou 50 kn. METODIKA POLNĚ-LABORATORNÍHO MĚŘENÍ: Struktura zapojení měřící soupravy: Měřící souprava se skládá ze dvou traktorů-tažného a taženého. Tenzometrický siloměr je připevněn mezi oba traktory přes tyč z důvodu zachování bezpečné vzájemné vzdálenosti obou traktorů. Na každém z traktorů by měl být uchycen siloměr ve stejné výšce, aby byl ve vodorovné poloze a byla měřena skutečná velikost tahového odporu a nikoliv jeho složka. traktor Tenzometrický siloměr traktor Zkoušený stroj směr jízdy Zjištění vlastností půdy: Obr. 1.4.: Schéma zapojení měřící soupravy Na místě měření byly sondou odebrány vzorky zeminy do hloubky cca 150 mm pro stanovení její hmotnostní vlhkosti. Vlhkost vzorků byla zjištěna v laboratoři po vysušení v peci a vypočítána ze vztahu: kde: mc ms w = 100 [%] ms m c...hmotnost nevysušeného vzorku zeminy m s...hmotnost vysušeného vzorku zeminy
Postup měření: Databanka umožňuje uložení šesti měření a poté je nutno data z ní přesunout do počítače a až poté lze pokračovat v dalším měření. Námi provedená měření probíhala dle následující metodiky. Při měřeních byla nejprve na stroji (v našem případě kypřiči) nastavena první (nejmenší) hloubka zpracování a měření probíhalo při třech různých pracovních rychlostech pro tři různé hloubky zpracování. Dále bylo provedeno měření při nezahloubeném kypřiči. Tahová síla byla snímána v časovém intervalu 0,1 s po dobu 20 s (tyto hodnoty lze nastavit ve zdrojovém programu, který je uložen v databance). Při měření byla dále též snímána okamžitá spotřeba pohonných hmot pomocí průtokového snímače spotřeby, rychlost pomocí indukčního snímače otáček a prokluz. Prokluz byl měřen na pěti otáčkách poháněného kola a byl stanoven ze vztahu: 1 l p = 100 5 R [%] π d kde: l...ujetá vzdálenost při 5-ti otáčkách kola (změřená pomocí pásma) R d...dynamický poloměr poháněného kola Pozn.: Pro snímání okamžité spotřeby paliva byl použit průtokový snímač PHM EDM 1404. Okamžitá rychlost byla snímána pomocí indukčního snímače který byl připevněn na přídavném kole přes rameno k podmítači. Při měření byl jako tažný prostředek použit traktor ZETOR 16 145 a jako tažený prostředek (na němž byl připevněn kypřič) traktor ZETOR 8045. VÝSLEDKY MĚŘENÍ: Naměřené hodnoty: Vlhkost půdy: 7,12% Tabulka 1.1.: Tabulka spotřeb pohonných hmot: Hloubka zpr.[mm] 82 82 82 100 100 100 120 120 120 Prac.rychlost [m.s -1 ] <2,67> >3,62< /4,57/ <2,92> >3,94< /4,57/ <3,24> >3,94< /4,826/ Spotřeba paliva [l.h -1 ] 12,67 19,55 23,70 20,19 22,96 23,70 17,49 23,81 26,41 Spotřeba paliva [l/ha -1 ] 4,4 5 4,8 6,4 5,4 4,8 5 5,6 5,07 {označení pracovní rychlosti: <rychlost 1>, >rychlost 2<, /rychlost 3/}
Tab. 1.2.: Naměřené hodnoty tahových odporů pro různé hloubky zpracování při různých pracovních rychlostech: hl.80-85 mm hl.90-105 mm hl.120-125 mm hl.0 mm rychl.1 rychl.2 rychl.3 rychl.1 rychl.2 rychl.3 rychl.1 rychl.2 rychl.3 rychl.3 0 7268 8336 9225 11523 12184 12211 13494 13480 13307 3447 1 8771 9178 9225 11523 12184 12211 13494 13480 13587 3447 2 8076 9592 8397 11516 12725 11870 11176 12578 11510 3567 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 198 8744 9592 8397 11516 12725 11870 12064 12037 11750 3233 199 8744 8764 8216 10668 11303 11870 12064 12037 11750 3233 200 8744 8764 8216 10668 11303 13233 12064 12037 11750 2344 aritmet. průměr 9137,4 9073,7 9281,3 11637,8 11397,7 11900,9 12574,3 12886,5 12937,6 3035,3 pracovní rychlost [m.s -1 ] 2,67 3,62 4,57 2,92 3,94 4,57 3,24 3,94 4,83 - pracovní rychlost [km.h -1 ] 9,6 13,0 16,5 10,5 14,2 16,5 11,7 14,2 17,4 - Spotřeba [l.h -1 ] Spotřeba [l.ha -1 ] Prokluz [%] 12,7 19,5 23,7 20,2 23,0 23,7 17,5 23,8 26,4-4,4 5 4,8 6,4 5,4 4,8 5 5,6 5,1-1,56 3,59 2,37 4,40 4,11 2,17 6,02 6,34 -
síla [N] 15500 15000 14500 14000 13500 13000 12500 12000 11500 11000 10500 10000 9500 9000 8500 8000 7500 7000 6500 6000 5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 čas [ms] 12886,5 11397,7 9073,7 3035,3 hloubka 80-85 mm hloubka 120-125 mm hloubka 90-105 mm hloubka 0 mm Obr. 1.5.: Graf naměřených tahových sil při rychlosti "2" v závislosti na čase Na obrázku (Obr. 1.6.) jsou uvedeny průměrné hodnoty naměřených tahových sil při získaných při měření. Z grafu je patrný nárůst síly s rostoucí hloubkou zpracování a taktéž její nárůst s rostoucí pracovní rychlostí. Kolísání tahové síly v průběhu měření viz. (obr. 1.5.) je způsoben heterogenní strukturou půdy t.j. různou strukturou a utužením v různých místech pozemku. Průměrné hodnoty tahové síly [N] 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 9137 9074 9281 11638 11398 11901 12574 12887 12938 Rychlost 1 Rychlost 2 Rychlost 3 1 2 3 Hloubka zpracování Obr. 1.6.: Graf naměřených průměrných hodnot tahové síly
ZÁVĚR Polně-laboratorní měření diskového podmítače ověřilo funkčnost tenzometrického měřícího zařízení MČB1 a poukázalo na jeho konstrukční nedostatky. Dále ukázalo možnosti nasazení a využití zkoušeného stroje v běžném provozu a upozornilo na jeho možné konstrukční úpravy pro zajištění jeho optimální práce v terénu.