Обробка і розшифровка осцилограм

В результаті реалізації кожного досліду на стрічці осцилограми залишається безперервний запис величини реєстрованого параметра Р_l. Загальний вигляд отриманої осцилограми показано на рис. 4.4.

 

Рис. 4.4. Схема фрагменту осцилограми

 

Для отримання числових значень вимірюваного параметра РІ осцилограма може бути опрацьована різними методами: планіметруванням. скануванням і методом координат.

Найбільш поширеним серед названих є метод координат, який пропонується використовувати в учбових лабораторних роботах.

Для обробки осцилограми методом координат потрібно:

- гостро заточеним олівцем на осцилограмі відмітити нульову лінію:

- по пікам максимальних і мінімальних відхилень реєструючого сигналу провести верхню і нижню огинаючи криві;

- на кривій реєстрації відмітити початок і кінець сталої стадії процесу, що вивчається і через вказані відмітки опустити на нульову лінію перпендикуляри 1, 5;

- довжину відрізка нульової лінії між ординатами початку і кінця реєстрації перпендикулярами 2, 3 і 4 розділити на рівні інтервали миттєвих значень вимірюваного параметра. Кількість інтервалів залежить від погрібної кількості значень вимірюваного параметра Р_l. Для учбового експерименту пропонується кількість інтервалів приймати в межах 4-х або 6-й;

- відрізки 1^І, 1^ІІ, 2^І, 2^ІІ,...5^І, 5^ІІ, що відображають миттєвий інтервал варіації параметра P_l при перетині ординатами 1, 2,...5 верхньої і нижньої огинаючих кривих, поділити на дві рівні частини. Користуючись вимірювачем заміряти середні значення ординат у ₁, у ₂,…, у ₅. Отримані значення в мм за допомогою тарувального графіка або коефіцієнта тарування К_Т перевести в розмірність сили (Н) і занести в робочу таблицю, форма якої надається в кожній наступній лабораторній роботі;

- отриманий масив цифрової інформації підлягає статистичному аналізу, на основі якого при потребі будуються відповідні графіки та діаграми.

Середнє значення випадкової величини визначається по формулі

, (4.2)

де n – кількість інтервалів

При відомому вибірковому значенні визначаємо дисперсію

, (4.3)

та середньоквадратичне відхилення

. (4.4)

Тоді коефіцієнт варіації P_l буде дорівнювати

, %. (4.5)

Для оцінки довірчого інтервалу зміни середнього значення використовується наступна розрахункова залежність

, (4.6)

де t – критерій Ст’юдента – табульована величина, значення якої визначається числом повторних вимірювань n і довірчою ймовірністю a₀. При довірчий ймовірності a₀ =0,95 (95%) його значення визначається по табл. 4.1. [2].

 

 

Таблиця 4.1.

Значення критерію Ст’юдента (t-критерію) для різного числа

вимірювань при a₀ = 0,95

n
t	12,71	4,3	3,18	2,78	2,57	2,45	2,37	2,31	2,26	2,23	2,2	2,18
n
t	2,16	2,15	2,13	2,12	2,11	2,10	2,09	2,0	2,0	2,0	2,0

При відомому D P₁ довірчі межі для середнього значення визначаються із співвідношення:

. (4.7)

Порядок виконання роботи

1. Надати схему конструкції стенду для фізичного моделювання робочих процесів ЗТМ з позначенням його складових частин.

2. Привести схему системи вимірювання та її принцип роботи, а також марки приладів для вимірювальної системи.

3. Записати критерії подібності для наближеного фізичного моделювання робочих процесів ЗТМ.

4. Надати склад методики експерименту.

5. Ознайомитися з порядком обробки і розшифровки осцилограм.

6. Надати висновки по роботі.

Техніка безпеки при виконанні лабораторної роботи

1. Перед проведенням лабораторної роботи потрібно пройти загальний інструктаж по техніці безпеки з розписом в журналі.

2. В лабораторії пройти інструктаж по техніці безпеки на робочому місці, та в процесі виконання лабораторної роботи суворо дотримуватись учбової дисципліни.

3. Уважно вивчити апаратуру керування стендом для фізичного моделювання і вивчити інструкцію по пуску та керуванню ним.

4. Категорично забороняється:

- самостійно вмикати центральний рубильник стенду;

- порушувати інструкцію по запуску та керуванню стендом;

- розташовуватись ближче 0,5 м від стенда під час переміщення тензометричного візка.

Лабораторна робота №5

Тема: Дослідження процесу копання ґрунту робочим обладнанням скрепера

Мета: Отримання практичних знань та навичок експериментального визначення головних параметрів процесу копання ґрунту робочим обладнанням скрепера

Завдання:

1) Закріпити загальнотеоретичні положення про закономірності процесу взаємодії ківшевих органів ЗТМ та аналітичне визначення кількісних показників дотичної складової опору ґрунту копанню ковшем скрепера;

2) Вивчити об’єм та послідовність дій, що виконуються при проведенні експериментальних досліджень процесів копання ґрунтів ківшем скрепера;

3) Обробити і проаналізувати дослідно-експериментальну інформацію та скласти звіт по виконаній роботі.

 

Об’єкт дослідження

Об’єктом дослідження є фізична модель ківша скрепера ДЗ-87-1, що виготовлена в масштабі 1:5 (к_l = 5).

Фізична модель ковша скрепера, що показана на рис. 5.1, складається із 2-х бокових стінок 1, днища 2, передньої заслонки 7 та задньої стінки 11. В передній частині днища ківша закріплено трьохсекційний ніж 4. З’єднання днища з боковими стінками забезпечено за допомогою кутників 3.

Задня стінка виконана рухомою і фіксується в потрібних позиціях за допомогою спеціального гвинта, що встановлений в отворі траверси 10. Передня заслонка ківша 7 шарнірно закріплена на бокових стінках 1. Положення передньої заслонки фіксується за допомогою 2-х бокових тяг 8, що кріпляться на пальцях кронштейнів бокових стінок 9.

Положення передньої заслонки фіксується за допомогою 2-х бокових тяг 8, що кріпляться на пальцях кронштейнів бокових стінок 9.

Рис. 5.1. Схема фізичної моделі ківша скрепера

 

Фізична модель виконана збірно-розбірною, що дозволяє при необхідності змінювати форму та геометричні параметри елементів досліджуваного робочого органу. Технічні дані фізичної моделі приведені в табл. 5.1.

Таблиця 5.1

Технічна характеристика фізичної моделі ковша скрепера ДЗ-87-1

Назва параметрів	Одиниці вимір.	Значення
1. Геометрична місткість	м^3	0,031
2. Ширина ківша	м	0,486
3. Висота ківша	м	0,194
4. Кут різання ґрунту	град
5. Хід задньої стінки	м	0,162
6. Довжина	м	0,706
7. Ширина	м	0,492
8. Висота	м	0,28

 

Предмет дослідження

Предметом дослідження в даній лабораторній роботі є виявлення якісних та кількісних показників процесу взаємодії ківшевого робочого органу з ґрунтом на стадії копання.

Відомо [5, 6, 7, 8, 9, 10], що процес копання ґрунтів ковшовим робочим органом супроводжується безперервним зростанням опору їх просуванню в забої. Величина та закономірність вказаної протидії залежить від багатьох факторів, серед яких найбільш впливовими є фізико-механічні властивості ґрунтів, геометричні параметри робочого органу, та режими копання.

Схема взаємодії ківша скрепера з ґрунтом в період копання носить складний і суперечний характер, що обумовлює відсутність достатньо ефективної методики аналітичного визначення силових параметрів процесу копання.

Найбільш поширеною методикою аналітичного прогнозу максимальної величини дотичної складової опору ґрунту копанню ковшем скрепера на заключній стадії його заповнення є методика Є. Р. Петерса, в основу якої покладена розрахункова схема, що показана на рис. 5.2.

 

Рис. 5.2. Розрахункова схема до визначення опору ґрунту наповненню ковша скрепера

 

Звітне методиці, опір ґрунту в кінці заповнення ковша дорівнює сумі 3-х складових:

, (5.1)

де W_p - опір ґрунту різанню ножовою системою ківша; W_н - опір наповненню ківша; W_n - опір пересуванню призми волочіння перед передньою заслонкою.

Опір ґрунту різанню визначається по формулі:

, (5.2)

де k - питомий опір ґрунту різанню. Його орієнтовне значення приведені у відповідній літературі [3, 5]; b - ширина різання; h - товщина стружки.

Опір пересуванню ґрунтової стружки в ківш на заключній стадії копання відповідно до методики дорівнює:

, (5.3)

де - опір підйому ґрунтового стовпа; - опір сил тертя, що діють на поверхні ґрунтового стовпа.

Згідно розрахункової схеми рис. 5.2

, (5.4)

, (5.5)

де g - прискорення вільного падіння; Н - висота ківша; g_г - щільність ґрунту; j₂ - кут тертя ґрунту по ґрунту.

Опір пересуванню призми волочіння визначаємо по формулі:

, (5.6)

де у - коефіцієнт об’єму призми волочіння перед передньою заслінкою, у = 0,5...0,7; m₂ = 0,3...0,5 - коефіцієнт тертя ґрунту по ґрунту. Підставивши розгорнуті значення складових в формулу (3.1), отримаємо:

, (5.7)

Аналізуючи даний вираз бачимо, що найбільш впливовим фактором на величину загального опору заповнення ковша є його висота Н. По відношенню до інших факторів функція W є лінійно залежною.

Головною метою даної лабораторної роботи є отримання фактичної інформації про величину і характер дотичної складової опору грунта конанню ковшем скрепера в залежності від товщини стружки, що вирізається із масиву, а також від фізико-механічних властивостей грунту, що розробляється.

 

 

Прилади т а обладнання

Для проведення експериментальних досліджень використовуємо наступні вимірювальні прилади та обладнання:

	фізична модель робочого обладнання скрепера ДЗ-87-1 в масштабі, k1 = 5	1 шт.
	ґрунтовий канал
	комплект тензометричних приладів	1 компл.
	модель щільноміра, кG = 5	1 шт.
	ваги аналітичні ВЛА-200	1 шт.
	кільця ґрунтозабірні	3 шт.
	Ґрунтозабірник	1 шт.
	Бюкси	3 шт.
	піч сушильна	1 шт.
	лінійка мірна	1 шт.
	тарувальний пристрій	1 шт.
	тарувальні гирі	5 шт.
	ґрунтообробне знаряддя	1 компл.

 

Дослідження процесу копання ґрунту робочим органом скрепера проводиться в аналогічних ґрунтових умовах, що і при дослідженнях бульдозерного обладнання, описаних в лабораторній роботі №3.

 

Ґрунтові умови

Дослідження процесу копання ґрунту робочим органом скрепера проводиться в аналогічних ґрунтових умовах, що і при дослідженнях бульдозерного обладнання, описаних в лабораторній роботі №3.

Умови дослідження

Експериментальне досліджується процес копання ґрунту моделлю ковша скрепера ДЗ-87-1.

Критерієм оцінки процесу приймається дотична складова опору ґрунту копанню W, а факторами, що впливають - товщина стружки, що вирізається h і міцність ґрунту, що оцінюється кількістю ударів моделі динамічного щільноміра С_м.

Експеримент складається з двох серій дослідів: в першій серії досліджується залежність при фіксованому значені С_м, а в другій - залежність при фіксованому значенні h.

Першу серію дослідів проводимо при варіації фактора h на трьох рівнях: h ₁ = 2,0 см; h ₂ = 3,0 см; h ₃ = 4,0 см. Фактор С_м фіксується на рівні С_м = 2 уд.

Другу серію дослідів проводимо при варіації фактора С_м на трьох рівнях: уд; уд; уд, а фактор h фіксуємо на рівні h = 3,0 см.

Швидкість копання ґрунту в обох серіях приймаємо V_м = 0,3 м/с. При проведені дослідів критерій W фіксується реєструючим приладом (осцилографом, самописцем).

Рівні фактора h встановлюються підйомним механізмом навіски тензометричного візка, а фактор С_м - ущільненням грунту до потрібної міцності.

Реалізація вказаних умов дозволить отримати досить широку інформацію про кількісні і якісні показники досліджуваного процесу.

Порядок проведення дослідів

1. Провести підготовку експериментального поля. Для цього потрібно розпушити зволожений в каналі ґрунт, спланувати його поверхню і ущільнити до потрібної міцності.

2. Відібрати із експериментального поля зразки ґрунту для визначення його вологості та щільності по стандартній методиці.

3. Виконати тарування вимірювальної системи, навантажуючи робочий орган в горизонтальному напрямі і фіксуючи результати на реєструючому приладі.

4. Провести планування поверхні експериментального поля по всій довжині каналу ковшем скрепера при мінімальній товщині шару ґрунту. Бокові валки, що утворились після проходу відвала, видалити за межі експериментального поля.

5. Підготувати виступ експериментального поля та встановити модель ковша в вихідне положення за 150...200 мм до ребра виступу.

6. Виставити необхідну глибину копання h, користуючись механізмом підйому робочої панелі навіски тензометричного візка.

7. Лінійкою або рулеткою відміряти необхідну довжину шляху копання. Розрахунок шляху копання виконується по формулі:

, (5.8)

де q - геометрична місткість ковша, м³; k_н - коефіцієнт заповнення ковша; к_р - коефіцієнт розпушення ґрунту; В - ширина прорізу ґрунту, м; h - товщина стружки ґрунту, що вирізається із забою, м.

Умовою ідентифікації дослідів є рівність об’ємів ґрунту що вирізається із забою.

8. Провести запланований дослід, ввімкнувши попередньо вимірювальну систему. В ході досліду уважно спостерігати за процесом копання, відмічаючи його характерні особливості.

9. При досягненні ківшем відміченої довжини експериментального поля зупинити рух тензометричного візка і вимкнути тензометричну систему.

10. Перемістити тензометричний візок в вихідне положення і підготувати експериментальне поле до наступного досліду, для чого повторити дії, вказані в пунктах 6, 7.

11. Провести наступний дослід, діючи по пункта 8 і 9. Для отримання закономірності впливу товщини стружки h на критерій оцінки W, відповідно до умов експерименту, в першій серії дослідів фактор h варіюємо на 3-х рівнях: h ₁ = 2,0 см; h ₂ = 3,0 см; h ₃ = 4,0 см при С_м = 2 уд. Надійність даних експериментального дослідження забезпечується проведенням повторних дослідів, кількість яких визначається по окремій методиці [3].

Аналогічним чином приводимо 2-гу серію дослідів, варіюючи фактор С_м при постійному значенні h = 3,0 см.

12. Після проведення всіх дослідів розшифрувати отримані осцилограми за допомогою тарувального графіка або коефіцієнта тарування. Для перевірки стабільності роботи вимірювальної системи рекомендується після закінчення дослідів (серії дослідів) виконати повторне тарування вимірювальної системи і зіставити отримані результати з попередніми.

13. Занести результати розшифровки осцилограм в таблицю 5.2 і 5.3, а також дані по щільності і вологості ґрунту.

 

Таблиця 5.2

Результати експериментальних даних по дослідженню

, C_м = const

№ п/п	g, г/см^3	w, %	См, уд	h, см	Lк, см	Wі, Н, інтервали	eкк
				2,0
				2,0
				2,0
Середні значення
				3,0
				3,0
				3,0
Середні значення
				4,0
				4,0
				4,0
Середні значення

Таблиця 5.3

Результати експериментальних даних по

дослідженню , h = const

№ п/п	g, г/см^3	w, %	См, уд	h, см	Lк, см	Wі, Н, інтервали	eкк
				2,0
				2,0
				2,0
Середні значення
				3,0
				3,0
				3,0
Середні значення
				4,0
				4,0
				4,0
Середні значення

 

14. Виконати статистичний аналіз дослідних даних і побудувати графіки залежностей ; ; , де W - значення дотичної складової при зміні h; W¢ - значення дотичної складової при зміні С_м; ; ; ; .

Форма графіків показана на рис. 5.3 і 5.4.

Рис. 5.3. Форми для побудови графіків залежностей:

а) ; б) ; в)

 

15. Виконати аналіз отриманих даних та сформулювати висновки по роботі.

16. Виконати звіт по лабораторній роботі та захистити його у ведучого викладача.

Рис. 5.4. Форми для побудови графіків залежностей:

а) ; б) ; в)