устройство для определения прочностных характеристик материалов

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ, содержащее заостренный индентор для проникновения в грунт, связанный с ним стержень с перпендикулярной к нему опорной площадкой на конце и предназначенный для взаимодействия с другим его концом соосные с ним динамометр и нагружающую рукоятку, отличающееся тем, что, с целью повышения точности при определении характеристик грунта, оно снабжено заостренным на конце направляющим штырем, закрепленным на опорной площадке соосно со стержнем, направляющей в виде стакана, в котором с возможностью осевого перемещения размещена часть стержня, и подпружиненными фиксаторами, закрепленными на стержне, на расположенном со стороны торца участке стенок стакана выполнены профилированные отверстия, предназначенные для размещения подпружиненных фиксаторов, индентор выполнен в виде симметричных относительно оси стержня изогнутых по окружности пластин с ребрами жесткости и закрепленных одним концом по их радиусам соответствующих рычагов, закрепленных другими концами на опорной площадке со стороны стержня посредством соответствующих шарниров, ось которых перпендикулярна к оси стержня, связь которого с индентором выполнена в виде закрепленных на стакане кронштейнов с роликами, предназначенными для взаимодействия с поверхностями соответствующих рычагов, а динамометр с нагружающей рукояткой закреплены на дне стакана.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к геологии, в частности к приборам для определения прочностных характеристик грунта, и может быть использовано для определения механических свойств грунта перед закреплением или швартовкой на нем каких-либо объектов, например воздушных шаров или дирижаблей.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для определения механических свойств материалов, содержащее стержень, установленную на одном конце стержня пружину, шагом равным 1,75-2,25 толщины ее витков, один конец которой связан со стержнем, а другой заострен, силоизмеритель в виде динамометра с нагружающей рукояткой, связанный со вторым концом стержня [1].

Недостатком известного устройства, выбранного в качестве прототипа, является недостаточная достоверность получаемых результатов проб грунта из-за того, что в процессе нагружения (при вытягивании ввернутой в грунт пружины) происходит разрезание витками пружины слоя грунта, а объем грунта подвергаемого контролю - минимален, поэтому существует вероятность, что контролируемый участок будет иметь механические характеристики количественно отличающиеся в ту или иную сторону по отношению к близлежащим.

Целью изобретения является повышение точности при определении характеристик грунта.

Это достигается тем, что устройство для определения прочностных характеристик грунта, содержащее стержень, установленную на одном конце стержня пружину, шагом равным 1,75-2,25 толщины ее витков, один конец которой связан со стержнем, а другой заострен, силоизмеритель в виде динамометра с нагружающей рукояткой, связанный с вторым концом стержня, снабжено стержнем и пружинчатым замком в его нижней части, закрепленными на нижнем конце стержня опорной плитой и направляющим штырем, трубчатой направляющей, установленной на стержне с возможностью телескопического перемещения по стержню, на нижнем конце которой жестко закреплены силовые балки с профилированными роликами на заканцовках последних, а на верхнем - силоизмеритель в виде динамометра двухстороннего действия, подвижными захватами, при этом направляющий штырь закреплен перпендикулярно плоскости опорной плиты и его ось совпадает с осью стержня, на верхней плоскости опорной плиты симметрично оси стержня установлены узлы крепления подвижных захватов, трубчатая направляющая выполнена с профилированными под язычки пружинчатого замка отверстиями в своей нижней части. Каждый подвижный захват содержит прижимной рычаг и фиксирующий якорь, выполненный в виде пластины постоянной толщины изогнутой по радиусу, равному величине прижимного рычага. Подвижный захват на опорной плите устанавливается шарнирно с возможностью вращения относительно узлов крепления, ось которых перпендикулярна плоскости вращения подвижных захватов, на внутренней стороне пластины якоря закреплено ребро жесткости, а передние кромки пластины, ребра жесткости и заканцовка направляющего штыря выполнены заостренными.

Достижение поставленной цели действительно возможно, так как трубчатая направляющая с закрепленными на ней силовыми балками и роликами на заканцовках последних, перемещаясь по стержню, роликами надавливая на прижимные рычаги и проворачивая их в узлах крепления, вдавливает фиксирующие якоря в грунт до упора. Динамометр, соединенный с трубчатой направляющей, будет показывать усилия вдавливания подвижных захватов в грунт. В крайнем положении, когда прижимные рычаги придавлены к опорной плите, язычки пружинчатого замка входят в соответствующие отверстия на трубчатой направляющей, фиксируя ее со стержнем. При подъеме устройства (когда якоря находятся в грунте), динамометр будет показывать уже другую величину усилий. По соотношению усилий определяются механические свойства грунта. Вдавливание якорей в грунт по радиусу не требует больших нагрузок, так как режущая кромка имеет маленькую площадь поперечного сечения. При установке якорей в грунт не нарушается его сплошность. При подъеме, давление грунта равномерно распределяется по плоскости пластины якоря. Ребро жесткости на пластине якоря обеспечивает последней значительную прочность.

На фиг. 1 представлено устройство, общий вид; на фиг. 2 - подвижные захваты в готовности к работе; на фиг. 3 - то же, в рабочем положении в грунте.

Устройство для определения прочностных характеристик грунта содержит стержень 1 с пружинчатым замком 2, размещенным внутри стержня. К торцу стержня жестко крепится опорная плита 3 и направляющий штырь 4. На опорной плите 3 симметрично оси стержня закреплены узлы 5 крепления подвижных захватов. Подвижные захваты 8 заострены на свободных концах. Со стержнем телескопически соединяется трубчатая направляющая 9 с силовыми балками 10 на свободном конце и с профилированными роликами 11 на заканцовках балок.

В нижней части направляющей 9 (см. фиг. 1) выполнены отверстия 12 для входа в них язычков пружинчатого замка 2, для фиксации подвижной трубчатой направляющей 9 на стержне 1. На верхней части направляющей 9 закреплен динамометр 13 двухстороннего действия с загрузочной рукояткой 14.

Устройство для определения прочности характеристик грунта работает следующим образом. Стержень 1 с опорной плитой 3 и штырем 4 устанавливается на грунт так, чтобы штырь полностью зашел в грунт, а опорная плита 3 своей нижней плоскостью плотно прилегла к грунту. На узлы 5 крепления устанавливаются подвижные захваты, при этом прижимной рычаг 6 шарнирно соединяется с узлом крепления, а фиксирующий якорь 7 своей острой кромкой упирается в грунт (см. фиг. 2). Установив и закрепив стержень, на него телескопически надевается трубчатая направляющая 9, которая перемещается по стержню до соприкосновения роликов 11, закрепленных на силовых балках 10, с прижимным рычагом 6. Прикладывая нагрузку к загрузочной рукоятке 14, связанной с динамометром 13 и направляющей 9, посредством прокатывания роликов 11 по прижимным рычагам 6 фиксирующий якорь 7 вдавливается в грунт. При этом фиксирующие якоря 7, изогнутые по радиусу относительно оси вращения в узлах крепления будут входить в грунт не нарушая его целостности, имея площадь соприкосновения с грунтом в направлении действия силы равной сумме площадей поперечного сечения пластины 7 и ребра жесткости 8. Показания динамометра 13 будут определяться прочностными характеристиками грунта.

Достигнув крайнего положения, при котором прижимные рычаги 6 будут лежать на опорной плите 3, а фиксирующие якоря 7 будут утоплены в грунт на максимальную глубину, отверстия 12 на трубчатой направляющей 9 совпадут с язычками 2 пружинчатого замка, а последние, войдя в отверстия 12, зафиксируют направляющую 9 на стержне (см. фиг. 3). При прикладывании нагрузки другого знака к загрузочной рукоятке 14 соединенные между собой направляющая 9 и стержень 1, связанные, в свою очередь, с помощью подвижных захватов с грунтом и динамометром 13, будут перемещаться в сторону действия силы, воздействуя фиксирующими якорями 7 на грунт. Фиксирующие якоря, разрывая грунт, будут перемещаться в вертикальной плоскости. Усилия сцепления с грунтом будут передаваться на динамометр 13. Чем больше будут количественные характеристики прочности грунта, тем больше усилий потребуется приложить к рукоятке 14 для полного извлечения якорей из грунта. Для того, чтобы пластина сохраняла свою форму при выходе из грунта, на ней закреплено ребро жесткости.

Прочность грунта определяется по показаниям динамометра 13 при погружении подвижных захватов в грунт и при извлечении последних из грунта. Изготовление фиксирующих якорей, изогнутых по радиусу относительно оси вращения, позволит не допускать изменения сплошности исследуемого участка грунта, увеличивает объем проверяемого участка грунта и нагрузку на рабочие элементы (подвижные захваты) при извлечении их из грунта в момент контроля, что позволит повысить достоверность определения прочности грунта за счет двойного снятия показаний при прикладывании нагрузки последовательно в двух противоположных направлениях.