Устройство для измерения твердости почвогрунтов
DEVICE FOR MEASURING SOIL HARDNESS

Предполагаемое изобретение относится к области определения физических свойств почво-грунтов и найдет применение при проведении изысканий на мелиоративных объектах, в агропромышленном комплексе и при строительстве.
Известно устройство для измерения твердости почво-грунтов вращательным срезом, включающее датчик твердости почво-грунта, выполненный в виде пары режущих лопастей в форме пропеллера, сопряженный с измерительным органом с помощью штанги (Ав. св. СССР №380981, G01N 3/42, 1966 г).
Недостатком этого устройства является ограничение глубины измерения длиною секции штанги - порядка 1,5-1,8 м. Удлинение штанги присоединением следующей секции приводит к нарушению процесса измерения, что снижает точность измерения. Точность измерения снижается также из-за смещения почвы при вращении лопастей датчика твердости.
Известно устройство для измерения твердости почво-грунтов вращательным срезом, включающее датчик твердости почво-грунта, выполненный в виде пары режущих лопастей в форме пропеллера, сопряженный с измерительным органом с помощью штанги, при этом измерительный механизм подключен к блоку автоматической регистрации силы, глубины и географических координат скважины посредством навигационной системы, например ГЛОНАСС/GPS (Пат. РФ на полезную модель №96250, МПК G01N 3/42, 2010 г).
Благодаря соединению измерительного механизма с блоком автоматической регистрации силы, глубины и географических координат скважины посредством навигационной системы, например ГЛОНАСС/GPS, это устройство позволяет обеспечить оперативную передачу результатов измерения на удаленный терминал. Однако, при этом сохраняется ограничение глубины измерения длиною секции штанги - порядка 1,5-1,8 м. Удлинение штанги присоединением следующей секции также приводит к нарушению непрерывности процесса измерения, что снижает ее точность. Точность измерения снижается также из-за смещения почвы и нарушения целостности грунта при вращении лопастей датчика твердости.
Устранить эти недостатки позволяет устройство для измерения твердости почво-грунтов, включающее датчик твердости, сопряженный с измерительным прибором, который связан с блоком автоматической регистрации силы, глубины положения датчика и географических координат скважины, посредством навигационной системы, например ГЛОНАСС/GPS, в котором, согласно предполагаемому изобретению, датчик твердости почво-грунта выполнен в виде механизма, включающего два монтажных элемента, соединенных между собой ромбической системой рычагов, при этом к краям верхнего элемента шарнирно присоединены верхние концы ромбической системы, нижние концы рычагов, образующих эту систему, шарнирно присоединены к краям нижнего элемента, в средней части ромбической системы рычагов шарнирное соединение верхних и нижних выполнено с образованием двуплечих рычагов, на коротких плечах которых смонтированы съемные ножи, в середине верхнего монтажного элемента выполнено отверстие с резьбой и через ввинченную в него трубку с наружной резьбой пропущен трос, один конец которого закреплен на нижнем монтажном элементе, а другой - на катушке лебедки, соединенной с измерительным прибором-динамометром, закрепленном на несущей опоре.
Новый положительный результат от применения предложенной конструкции устройства для измерения твердости почво-грунтов состоит в том, что выполнение сопряжения датчика твердости с измерительным прибором в виде троса позволяет увеличить глубину изучаемого слоя почво-грунта непрерывно до нескольких десятков метров. При этом ромбическая шарнирная система рычагов позволяет с помощью трубки с наружной резьбой регулировать величину заглубления ножей датчика твердости в почво-грунт и таким образом исключить влияние на точность измерения нарушения твердости стенок скважины в процессе бурения.
Сущность предложения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен общий вид устройства для измерения твердости почво-грунтов, на фиг. 2 - датчик твердости почво-грунта в момент раскрытия ножей при контакте с дном скважины, на фиг. 3 - датчик твердости почво-грунта в рабочем положении.
Устройство для измерения твердости почво-грунтов состоит из несущей опоры 1 (например, треноги), на которой с помощью стержня 2 закреплен измерительный механизм - динамометр 3, подключенный к блоку 4 автоматической регистрации силы, глубины измерения и географических координат скважины посредством навигационной системы, например ГЛОНАСС/GPS. К динамометру 3 с помощью троса 5 подвешена лебедка 6. Привод лебедки может быть как электрический от блока питания 7, так и механический. Трос 8 лебедки пропущен через отверстие трубки 10. Снаружи этой трубки нарезана резьба, по которой она ввинчена в верхний монтажный элемент 9 датчика твердости, представляющего собой ромбическую систему рычагов, соединенных с верхним 9 и нижним 11 монтажными элементами с помощью шарниров 12. Конец троса 8 закреплен на нижнем монтажном элементе 11. В средней части ромбической системы нижние 13 и верхние 14 рычаги соединены шарнирами 15 с образованием двуплечих рычагов 13, на коротком плече 16 которых установлены съемные ножи 17.
Работа предлагаемого устройства для измерения твердости почво-грунтов осуществляется в следующей последовательности:
На участке с помощью бура выполняют скважину необходимой глубины, над ней устанавливают несущую опору в виде треноги 1, на которой с помощью стержня 2 закрепляют динамометр 3, подключенный к блоку 4 автоматической регистрации силы, глубины измерения и географических координат скважины посредством навигационной системы, например ГЛОНАСС/GPS. К динамометру 3 с помощью троса 5 подвешивают лебедку 6, соединенную с блоком питания 7 и пропущенным через трубку 10 тросом 8 с нижним монтажным элементом 11 датчика твердости. Перед присоединением датчика задают величину заглубления ножей 17 в стенки скважины, ввинчивая трубку 10 в резьбовое отверстие верхнего элемента 9. Собранный датчик опускают в скважину, где при контакте с ее дном ромбическая система рычагов раскладывается. Ножи 17 входят в соприкосновение со стенками скважины. При включении лебедки 6 трос 8 натягивается и, благодаря разнице длины плеча рычага 13, происходит заглубление ножей 17 в стенки скважины. В процессе наматывания троса 8 на лебедку 6 возникает дополнительная нагрузка, создаваемая сопротивлением грунта ножам 17. Эту нагрузку фиксирует динамометр 3, информация с которого поступает в блок 4 автоматической регистрации силы, глубины и географических координат скважины посредством навигационной системы, например ГЛОНАСС/GPS и может быть оперативно передана на удаленный терминал.
Таким образом, применение предложенной конструкции устройства для измерения твердости почво-грунтов позволяет увеличить глубину изучаемого слоя почво-грунта и исключить влияние на точность измерения нарушения твердости стенок в процессе бурения скважины.