ПРОБООТБОРНИК
SAMPLER

Изобретение относится к области инженерно-геологических изысканий и может быть использовано для отбора проб материала, слагающего россыпные месторождения.
Известна конструкция пробоотборника (грунтоноса), предназначенного для отбора проб песчаного и глинистого грунта и состоящего из двух основных частей: обуривающей и пробоотборной (см. Лобанов И.З. Новые приборы для определения инженерных свойств грунтов // Основания, фундаменты и подземные сооружения. Научные труды, вып.1, под общ. ред. Д.В.Яценко. - М.: ВШ, 1967, стр.170-174).
К недостаткам данного технического решения относится следующее. Образцы грунта отбираются этим грунтоносом прямо в кольцо, которое помещается затем непосредственно в испытательный прибор. В случае если конструкция прибора не предусматривает наличие грунтоносного кольца (например, прибор трехосного сжатия), образец приходится вынимать из кольца грунтоноса, что очень трудоемко: при переталкивании и выдавливании образца грунта (керна) не обеспечивается сохранность его первоначальных свойств.
Известна также конструкция пробоотборника Литвинова, состоящего из режущего цилиндра (гильзы), направляющего цилиндра, опорного диска, полого поршня и упорного стержня (см. Ломтадзе В.Д. Методы лабораторных исследований физико-механических свойств песчаных и глинистых грунтов. - М.: Государственное издательство геологической литературы, 1952, стр.12).
К недостаткам указанной конструкции относится сложность изъятия образца из пробоотборной гильзы, так как мягкие пылевато-глинистые грунты обладают значительным внутренним сцеплением и «прилипают» к внутренней поверхности гильзы, несмотря на применение смазок.
Известен пробоотборник, содержащий подстаканник со съемной пробоотборной гильзой, выполненной с возможностью закрепления на конце штока, снабженного рукоятью (E02D 1/04, №48-26609, 7.03.1969-1973, Мимото Каракура: см. Механические испытания грунтов (1972-1975 гг.) Библиографический указатель. - Л.: ВНИИГ, 1976, стр.95). Низкий коэффициент трения и эластичность материала пробоотборной гильзы облегчает процесс выемки образца грунта в лаборатории для последующего испытания в сравнении с предыдущими вариантами.
Однако податливость пробоотборной гильзы при выемке образца грунта часто приводит к его деформации и потере целостности первоначального сложения. Кроме того, силы сцепления мягкопластичных глинистых грунтов оказываются настолько велики, что выемка образца, несмотря на низкий коэффициент трения материала гильзы, становится невозможна без нарушения первоначальной структуры грунта.
Известен также пробоотборник, содержащий цилиндрическую пробоотборную гильзу, выполненную с возможностью увеличения ее диаметра в процессе извлечения пробы, средство ввода пробоотборной гильзы в испытуемый материал (см. RU №2399723, E02D 1/04, G01N 1/02, 2009).
Недостаток этого решения - невозможность сохранения первоначальной структуры образца материала, отличающегося малой пластичностью, как например титано-магнетита и т.п. материала, слагающего россыпные месторождения. Кроме того, отбор материала с достаточно большой глубины (превышающей 1 м) невозможен, в том числе из-за невозможности погружения пробоотборника на большую глубину.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является обеспечение сохранности первоначальной структуры образца материала при его выемке из опробуемого массива россыпного месторождения.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в сохранении целостности пробы и обеспечении возможности отбора материала с глубины большей 2-3 м.
Поставленная задача решается тем, что пробоотборник, содержащий пробоотборную гильзу, выполненную с возможностью увеличения ее поперечного сечения в процессе извлечения пробы, средство ввода пробоотборной гильзы в испытуемый материал, отличающийся тем, что пробоотборная гильза выполнена из двух желобов, продольные кромки которых снабжены чередующимися прямоугольными выступами и впадинами, при этом местоположение участков выступов одного желоба соответствует местоположению впадин второго желоба, причем из выступов кромок желоба сформированы петли, продольные оси отверстий которых параллельны продольной оси желоба и соосны продольным осям петель второго желоба, при этом желоба состыкованы друг с другом продольными кромками, причем через отверстия петель с каждой продольной кромки желоба пропущен стержень, один конец которого снабжен головкой, сечение которой больше сечения отверстия, а второй конец стержня снабжен резьбой, пропущен через отверстия плиты, выполненной с возможностью закрепления на вибраторе, и зафиксирован гайкой, при этом свободный конец пробоотборной гильзы снабжен кольцевой накладкой из магнитного материала. Кроме того, на плите соосно с пробоотборной гильзой зафиксирован продольный стержень, длина которого соответствует длине желоба, при этом конец стержня снабжен наконечником, выполненным из магнитного материала. Кроме того, рабочая кромка желоба и кольцевой накладки заострены. Кроме того, плита выполнена с возможностью ее фиксации на крюк подъемного механизма.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признак «…пробоотборная гильза выполнена из двух желобов…» обеспечивает возможность придания разъемности пробоотборной гильзе.
Признаки, указывающие, что продольные кромки желобов «снабжены чередующимися прямоугольными выступами и впадинами, при этом местоположение участков выступов одного желоба соответствует местоположению впадин второго желоба, причем из выступов кромок желоба сформированы петли, продольные оси отверстий которых параллельны продольной оси желоба и соосны продольным осям петель второго желоба», обеспечивают возможность плотного стыкования желобов друг с другом, с образованием трубчатой конструкции, способной удержать в себе пробу с сохранением ее структуры.
Признаки, указывающие что «желоба состыкованы друг с другом продольными кромками, причем через отверстия петель с каждой стороны желоба пропущен стержень», обеспечивают образование из двух желобов трубчатой конструкции.
Признаки, указывающие что стержень выполнен так, что один его конец «снабжен головкой, сечение которой больше сечения отверстия, а второй конец стержня снабжен резьбой, пропущен через отверстия плиты … и зафиксирован гайкой», обеспечивают возможность надежного закрепления на плите пробоотборной гильзы, исключающего ее сползание по стержню.
Признаки, указывающие что плита выполнена «с возможностью закрепления на вибраторе», обеспечивают возможность погружения пробоотборника в материал россыпи и извлечение из него.
Признаки «…свободный конец пробоотборной гильзы снабжен кольцевой накладкой из магнитного материала, кроме того, на плите соосно с пробоотборной гильзой зафиксирован продольный стержень, длина которого соответствует длине желоба, при этом конец стержня снабжен наконечником, выполненным из магнитного материала…» обеспечивают удержание пробы материала, обладающего магнитными свойствами, например, такого как магнетит, титано-магнетит, ильменит.
Признаки второго пункта формулы изобретения снижают усилия, необходимые для внедрения пробоотборника в материал россыпи.
Признаки третьего пункта формулы изобретения обеспечивают возможность использования подъемных механизмов для извлечения пробоотборника.
На фиг.1 изображен вертикальный разрез пробоотборника, соответствующий виду спереди; на фиг.2 - вертикальный разрез пробоотборника, соответствующий виду сбоку.
На чертежах показаны цилиндрическая пробоотборная гильза, выполненная из двух желобов 1, выступы 2 и впадины 3, петли 4, продольные оси 5 отверстий 6 петель 4, продольная ось 7 желоба 1, стержень 8, головка 9 стержня 8, резьба 10, отверстие 11 плиты 12, вибратор 13, гайка 14, кольцевая накладка 15, продольный стержень 16 с наконечником 17.
Продольные кромки желобов 1 снабжены чередующимися прямоугольными выступами 2 и впадинами 3, при этом местоположение участков выступов одного желоба соответствует местоположению впадин второго желоба, причем из выступов 2 известным образом сформированы петли 4, продольные оси 5 отверстий 6 которых параллельны продольной оси 7 желоба и соосны продольным осям 5 петель 4 второго желоба. При этом желоба 1 состыкованы друг с другом продольными кромками и через отверстия 6 петель 4 с каждой стороны желоба пропущен стержень 8, один конец которого снабжен головкой 9, сечение которой больше сечения отверстия 6, а второй конец стержня 8 снабжен резьбой 10. Конец каждого стержня 8, снабженный резьбой 10, пропущен через соответствующее отверстие 11 плиты 12, выполненной с возможностью закрепления на вибраторе 13 и зафиксирован гайкой 14. Плита 12 снабжена петлями (на чертежах не показаны) для фиксации к крюку подъемного механизма. Свободный конец пробоотборной гильзы снабжен кольцевой накладкой 15, выполненной из магнитного материала (постоянного магнита), кроме того, на плите соосно с пробоотборной гильзой зафиксирован продольный стержень 16, длина которого соответствует длине желоба, при этом конец стержня снабжен наконечником 17, выполненным из магнитного материала, аналогичного материалу кольцевой накладки 15 (предпочтительно, это сплав неодим-железо-бор (Nd-Fe-B) марки N45).
В качестве вибратора 13 используют электромеханический вибратор известной конструкции, рабочие характеристики которого (в частности, масса и вынуждающая сила) соответствуют условиям работы (глубине отбора пробы, прочности материала россыпи и т.п.). Целесообразно использовать пробоотборник в комплексе с трактором (на чертежах не показан), оснащенным подъемной стрелой, что позволяет механизировать процесс спуска-подъема пробоотборника, использовать более мощный вибратор и т.п.
Пробоотборник работает следующим образом. Осуществляют сборку устройства, для чего на плите 12 закрепляют продольный стержень 16, снабженный наконечником 17. Предварительно формируют пробоотборную гильзу, для чего желоба 1 размещают продольными кромками друг к другу (так, чтобы отверстия 6 их петель 4 совпали), после чего с рабочей стороны пробоотборной гильзы через эти отверстия проталкивают стержни 8 до упора их головок в торцы крайних петель (при этом снабженные резьбой 10 концы стержней выходят из петли, размещенной у противоположного конца пробоотборной гильзы). Их пропускают через соответствующие отверстия 11 плиты 12 и фиксируют гайками 14. Далее на рабочем конце пробоотборной гильзы фиксируют кольцевую накладку 15. Собранную таким образом пробоотборную гильзу известным образом фиксируют на вибраторе 13. Далее, собранную таким образом конструкцию фиксируют на стреле подъемного механизма (на чертежах не показана) и позиционируют на точке отбора проб. Далее опускают пробоотборник до контакта с поверхностью россыпи (или покрывающих ее пород) и включают в работу вибратор 13. Пробоотборник под действием своего веса и вынуждающей к погружению силе, развиваемой вибратором 13, опускается вниз, внедряясь в массив россыпи. Проба материала при этом продавливается в полость пробоотборника (в зазор между продольным стержнем 16 и пробоотборной гильзой (внутренними поверхностями желобов 1)). После выхода на заданную глубину пробоотборную гильзу извлекают усилием вверх. При этом головки 9 стержня 8 обеспечивают удержание пробоотборной гильзы в контакте с плитой 12 в процессе вытягивания пробоотборной гильзы из массива россыпи. Одновременно магнитное поле, создаваемое в зазоре магнитами кольцевой накладки 15 и наконечника 17, блокирует магнитные компоненты, в том числе и слабомагнитные, что исключает их выпадение из пробоотборника и не дает высыпаться остальному материалу, отобранному из россыпи.
После извлечения пробоотбориника из россыпи его отсоединяют от вибратора 13, располагают горизонтально (на подстилке из плотного материала, например полиэтиленовой пленки). Далее откручивают одну из гаек 14, извлекают фиксируемый ею стержень 8 (вытягивая его в сторону рабочего конца пробоотборника). Затем шарнирно (на оставшемся стержне 8) откидывают желоб 1 и выгружают содержимое пробоотборника в виде длинного валика. Далее материал пробы складируют и обрабатывают известным образом.
После извлечения пробы желоб поворотом возвращают на место, вводят в отверстия 6 петель 4 стержень 8 и после фиксации стержня 8 гайкой 14 пробоотборник вновь фиксируют на вибраторе 13, и процесс обора проб повторяется.