V současné době se zvyšují pracovní záběry zemědělských strojů. Tomu odpovídá navyšování potřebné tažné síly používaných energetických prostředků. Pro měření těchto sil je potřeba nová generace měřicích zařízení. Článek představuje ověření inovovaného měřícího zařízení TH2GEN, určeného pro měření tahových vlastností a umožňujícího detailní analýzu sil a momentů.
Měřící zařízení se upevňuje na tříbodový závěs traktoru a je určeno pro tahové síly až 400 kN. Snímání sil je provedeno pomocí uzavřené šestiprutové soustavy. Zapojení měřícího zařízení je možné v souladu s normou ISO 730 na tříbodový závěs traktoru nebo jiného energetického prostředku.
V příspěvku je uveden návrh konstrukce měřícího zařízení pro měření sil v tříbodovém závěsu, výpočty a měření v polních podmínkách. Provozní ověření měřícího zařízení TH2GEN bylo provedeno u pracovní soupravy traktoru v agregaci s talířovým podmítačem. Pro simulaci různých tahových sil a ověření správné funkčnosti konstrukce a výpočtu sil měřícího zařízení probíhalo měření při různých hloubkách zpracování půdy.
Možnosti měření tahových sil
Měření sil, přenášených mezi traktorem a připojeným zařízením, je důležité z hlediska optimálního využití výkonnostního potenciálu traktoru, správné funkce připojeného zařízení, odhadu mechanických vlastností půdy, pevnostních a únavových studií konstrukce navrhovaného stroje a mnoha dalších aspektů. (Roca et al., 2019).
Jednou z možností měření tahové síly je využití vestavěného snímače, pokud je jím traktor vybaven, případně použít externí snímač, umístěný mezi traktor a stroj (Kroulík, 2015, Kheiralla et al., 2003; Procházka et al., 2015). Nevýhodou této metody je měření sil pouze v jedné ose, chybí tedy informace o prostorovém rozložení sil a jejich působení na traktor.
Další možností je instalovat snímače síly (typicky tenzometry) přímo na ramena a táhlo tří-bodového závěsu traktoru (Bauer et al., 2017). Toto řešení již poskytuje do určité míry informaci o prostorovém rozložení působících sil, nicméně jeho nevýhodou je především obtížná kalibrace a instalace snímačů.
Nicméně, nejpřesnější metodou pro prostorové měření tažných sil jsou rámová měřící zařízení, umístěná na tříbodový závěs mezi traktor a stroj, nicméně i toto řešení má své nevýhody. Hlavní nevýhodou je především vliv na rozložení hmotnosti a v závislosti na rozměrech i na geometrii soustavy traktor-stroj (Alimardani et al., 2008). Lze rozeznat dva typy konstrukce měřících zařízení sil, jednorámové a dvourámové. Jednorámové konstrukce měřících zařízení mají nižší hmotnost a menší rozměry, na druhou stranu umožňují měřit síly pouze ve dvou osách (Alimardani et al., 2008). Dvourámová měřící zařízení se obvykle skládají ze dvou rámů, propojených snímacími prvky v různém uspořádání. Tato měřící zařízení umožní měřit skutečné prostorové rozložení sil, působících mezi traktorem a připojeným strojem, na druhou stranu mají větší rozměry a vyšší hmotnost ve srovnání s jednorámovou konstrukcí (Jeon et al., 2019; Roca et al., 2019)
VÚZT v minulosti vyvinul a úspěšně implementoval univerzální měřící zařízení pro měření tahových sil s šesti-prutovou uzavřenou soustavou. Toto zařízení bylo pracovně označeno jako TH300. V rámci provozního ověření kvality práce prototypů stroje, implementace nových technologií či metodiky doložení nesprávného použití mobilního prostředku, bylo toto zařízení velmi často využíváno. Na zařízení TH300 byla uzavřena i licenční smlouva a během své existence přineslo velmi cenné poznatky a rozšířilo vědomosti týkající se působení sil a jejich složek přenášených z nových pracovních strojů na energetický prostředek.
Vzhledem k limitům zařízení TH300, kterým byla maximální tahová síla do 120 kN a připojovací kategorie II a III bylo nově navrženo inovované zařízení pro tahové síly pro velké pracovní stroje do velikosti tahové síly 400 kN. Princip snímání napětí v prutech u nového měřícího zařízení je stejný jako u předešlé konstrukce TH300, tedy pomocí uzavřené šesti-pruté soustavy. Vzhledem ke znalosti sil působících v jednotlivých prutech z TH300, bylo umístění prutů v soustavě u nového měřícího zařízení optimalizováno pro vyšší tahové síly a celá konstrukce měřícího zařízení navržena pro výslednou maximální sílu. Navržený 3D model měřícího zařízení byl ověřen pomocí softwarových simulačních FEM analýz. Po tomto počítačovém ověření 3D-návrhu byl vyroben funkční vzorek měřícího zařízení, který byl laboratorně otestován definovaným zatížením a naměřené hodnoty v prutech byly porovnány s počítačovými simulacemi. Po následné drobné optimalizaci konstrukce byl funkční vzorek dopracován do podoby prototypu. Tento prototyp měřícího zařízení je pracovně nazýván jako TH2GEN.
Celý článek najdete v Mechanizaci zemědělství 12/2022.*
