УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ГРУНТА
SOIL SAMPLING DEVICE

Изобретение относится к области научной работы в сельском хозяйстве, в частности устройствам для отбора проб грунта ненарушенного строения, нужных при исследованиях физических и других свойств почвы.
Цель изобретения - обеспечить благоприятное взаимодействие деталей запирающего механизма устройства, защитить его детали от неблагоприятных условий, повысить производительность труда.
Устройство содержит ствол, запирающий механизм - ствольную коробку, затвор, защелку, ударно-спусковой механизм, динамическую систему, штангу, пробоприемник и станину.
Для отбора проб грунта используются стандартные патроны кругового воспламенения - бокового огня, применяемые в строительно-монтажной практике.
Новое в устройстве - запирающий механизм. Диаметр его не превышает диаметр ствола, что позволяет перемещать его в составе устройства в скважину на требуемую глубину, при необходимости вращать его вокруг оси как по часовой, так и против часовой стрелки. Надежное запирание канала ствола, защищенность деталей от попадания в механизм извне посторонних предметов, способных вызвать задержку в работе, износ и поломку их, создает благоприятные условия для взаимодействия деталей, безопасности и удобства в работе. Механическое извлечение и отражение стреляной гильзы, наряду с другими условиями, ускоряет процесс перезаряжания, что в конечном итоге сокращает время отбора проб грунта и повышает производительность труда.
Известно устройство для отбора грунта, выполненное в виде стакана с режущим кольцом и крышкой, через которую проходит стержень с рукояткой. Стержень снабжен фиксирующим приспособлением. Стакан имеет вырез, через который устанавливается или извлекается гильза (пробоприемник), прижимаемая колпаком с вырезом для извлечения образцов грунта (А.С. СССР №214873. «Почвенный бур». Зайцев А.И., Пучнин В.Н., Сигаев Е.С. Опубликовано 29.03.1968, Бюллетень №12).
Описываемое устройство нарушает естественное строение грунта в отбираемых пробах, обусловленное малой скоростью внедрения в грунт гильзы (пробоприемника), а также сжатием образца в пространстве под колпаком; не выдерживается строго определенная величина пробы по высоте, так как отсутствует ограничение глубины погружения устройства; требуется большое физическое усилие при низкой производительности труда.
Более высокая производительность труда обеспечивается при отборе проб устройством с механизированным приводом. Оно содержит зонд в виде трубчатого корпуса. Зонд задавливается в грунт усилием гидравлики трактора, на котором он смонтирован (Реферат №2087707. Патентообладатель - Георг Фритцмейер Гм bx унд Ко, Изобретатели Герхард Редель [DE], Марфред Шуриг [DE]).
Очевидно, что помимо снижения затрат ручного труда и более высокой производительности, по сравнению с предыдущим устройством данное устройство не обладает, а, напротив, затрудняет работу при необходимости отбора проб на мелких опытных делянках, где трактор - помеха.
Поэтому необходимо такое мобильное устройство, которое при малых габаритах, высоком энергетическом показателе обеспечит необходимую представительность отбираемых проб и высокую производительность труда при минимальных материальных и физических затратах. Эти условия, по-видимому, будут реализованы устройствами, использующими энергию пороховых газов, например устройством для отбора проб грунта с морского дна. Оно включает ствол, керноприемную колонковую трубу (пробоприемник), камеру с пороховым зарядом, демпферный диск, шток с ограничивающей его ход гайкой и поршнем. Все устройство подвешено на тросе, прикрепленном к верхнему концу штока. Устройство опускают на дно водоема и производят выстрел. Действием пороховых газов колонковая труба (пробоприемник) внедряется в грунт. Заглубление ограничивает гайка штока при упоре ее в демпферный диск (А.С. СССР №508578. «Устройство для отбора проб грунта с морского дна». Потлов Г.Г. Опубликовано 30.03.1976. Бюллетень №12).
Для полевых условий подобное устройство не подходит, т.к. здесь условия и среда иные. Кроме того, не раскрыт один из важных вопросов - запирание зарядного устройства, его перезаряжание, защита от внешних факторов.
На эти и другие вопросы - ответы в устройстве для отбора проб грунта, содержащем ствол, кожух, динамическую систему - поршень, пробоприемник со штоком, зарядную камеру, запирающий и ударно-спусковой механизмы. Шток соединен с пробоотборником подвижно через фланец, выполнен полым и снабжен полым поршнем со стержнем. Стержень установлен в полостях поршня и штока с возможностью относительного перемещения. Устройство снабжено станиной, выполненной в виде колонки с кольцевыми прорезями по высоте и опорной плитой в нижней части, а кожух снабжен радиальными выступами, расположенными в кольцевых прорезях колонки.
В этом устройстве погружение пробоотборника в грунт происходит под действием газов, образующихся при сгорании порохового заряда в патроне. Последний срабатывает при воздействии на ударно-спусковой механизм (А.С. №917033. «Устройство для отбора проб грунта». Мирзоев М.М. Опубликовано 30.03.1982. Бюллетень №12). Это устройство в настоящей заявке взято за прототип.
Прототип содержит ствол, в казенной части его, зарядная камера - патронник и экстрактор, в стволе - шток, поршень и свободно размещенный в них стержень - детали, через которые давлением пороховых газов пробоприемник заглубляется в грунт.
Запирание канала ствола осуществляется затвором, выполненным в виде плиты, шарнирно соединенной со стволом и запирающим рычагом, шарнирно соединенным с затвором. Запирающий рычаг имеет упор, который при запирании затвора входит в вырез ствола и фиксируется защелкой на рукоятке. На затворе смонтирован ударный (курок с пружиной) и спусковой (крючок) механизмы.
Заряжание производится в последовательности: открыть затвор - для чего нажать на защелку запирающего рычага и поворотом его вверх, по отношению к затвору, вывести его упор из выреза ствола. Дальнейший его поворот обусловит откидывание затвора, шарнирно соединенного со стволом. При этом затвор своим выступом приподнимает вверх экстрактор и, если в зарядной камере была гильза, он приподнимает ее, затем гильза из ствола удаляется вручную. Заменив ее на снаряженный патрон, затвор запирает канал ствола действием в обратном порядке. При готовности устройства к взятию образца грунта и для производства выстрела нужно взвести курок и потом нажать на спусковой крючок. При этом пороховые газы через детали в стволе передают усилие пробоприемнику, который заглубляется в грунт.
Поворотом рукояток устройства в горизонтальной плоскости по часовой стрелке и таким образом пробоприемника отобранная проба грунта отделяется от массива. Пробоприемник с пробой извлекается на поверхность и заменяется другим.
Следует отметить, что прототип был сконструирован из условия отбора проб грунта ненарушенного строения из пахотного слоя. Поэтому максимальная послойная глубина погружения его пробоприемника - 30 см.
Это ограничивало исследования, где требовались образцы с более глубоких горизонтов. В этой связи прототип не удовлетворял требованиям.
Так, для взятия образцов грунта с глубины за пределами 30 см слоя требовалась штанга с закрепленными на ней всеми механизмами, погружаемыми в скважину, образуемую при отборе проб. В этом случае особое место занимает запирающий механизм, который должен обеспечить безопасность и надежность работы при условии хорошей защиты от попадания в него посторонних предметов извне. Поэтому можно заключить, что прототип имеет недостатки: отсутствует штанга, открытое расположение затвора, запирающего рычага и ударно-спускового механизма, неполная экстракция гильзы, нет отражателя ее. Все это свидетельствует о незащищенности деталей запирающего механизма от засорения, загрязнения вообще и, тем более, в условии нахождения в скважине. Неполное извлечение экстрактором стреляной гильзы из патронника, отсутствие отражателя обуславливает необходимость применения ручного труда для удаления гильзы, что удлиняет цикл перезаряжания и снижает производительность труда.
В предлагаемом устройстве для отбора проб грунта отдельные детали и их взаимодействие могут иметь сходство с таковыми в системах огнестрельного оружия. Поэтому ознакомление с их аналогами нами не исключено.
Так, в предлагаемом нами устройстве для отбора проб грунта ствол скреплен со ствольной коробкой. Это обычное сочетание в системах огнестрельного оружия. При этом ствол огнестрельного оружия служит для помещения в его патронник патрона, а канал его - для перемещения в нем пули. В нашем устройстве разница лишь в том, что в стволе размещается динамическая система, передающая энергию пороховых газов через шток пробоприемнику.
Ствольная коробка в огнестрельном оружии служит для размещения в ней подвижных деталей запирающего и ударного механизмов, крепления к ней спускового механизма, магазина, в некоторых системах - плечевого упора. В предлагаемом нами устройстве ствольная коробка обеспечивает взаимодействие помещенных в нее деталей запирающего механизма и сама является его составляющей.
Запирание канала ствола оружия затвором часто осуществляется при введении его боевых упоров или упоров боевой личинки в вырезы ствольной коробки, перемещением затвора в крайнее переднее положение и поворотом его на некоторый угол действием рукоятки затвора или затворной рамы, взаимодействующей с личинкой через ее фигурный паз. При этом признание получили затворы скользящего типа - прямого действия и с поворотом при запирании (Благонравов А.А. «Материальная часть стрелкового оружия». Книга 1. Оборонгиз НКАП, М., 1945, стр.101, фиг.75, 76). По первому типу работает затвор прославленной системы оружия М. Калашникова («Наставление по стрелковому делу». 7,62 мм. Ручной пулемет Калашникова. Военное издательство Министерства обороны СССР, М., 1971, стр.7); по второму - затвор легендарной винтовки образца 1991/30 г. конструкции Мосина С.И. Затвор ее удерживается в ствольной коробке с задержкой, связанной со спусковым крючком (Жук А.Б. «Винтовки и автоматы». М., Военное издательство, 1987, стр.33, 49).
В предлагаемом нами устройстве для отбора проб грунта запирание канала ствола прямого действия осуществляется с поворотом затвора при запирании. Затвор удерживается в ствольной коробке стопором, который еще и ограничивает передвижение затвора в ствольной коробке в пределах Г-образного паза его. Таким образом, налицо выполнение стопором двойной функции, что отличает его от известного.
Перемещение затвора в ствольной коробке оружия осуществляется рукояткой затвора или рамы, выходящей за пределы ствольной коробки, в которой остаются открытыми вырезы для перемещения этих деталей, а также окно для удаления стреляной гильзы. Поэтому запирающий механизм не защищен полностью от неблагоприятного воздействия внешних факторов - запыление, загрязнения и др., способствующих отказу работы механизма запирания. Поэтому в некоторых системах огнестрельного оружия вводят дополнительную деталь - щиток или крышку, шарнирно соединенную со ствольной коробкой, для прикрытия окна выброса стреляных гильз. Например, в пистолетах-пулеметах «Виньерон М 2», «Кольт», «MAT 49»; в боевом гладкоствольном оружии «Моссберг» модель 500 «Буллпап»; «Олин/Хеклер и Кох» (Мураховский В.И., Федосеев С.Л. «Оружие пехоты». М., «Арсенал Пресс», 1997, стр.119, 147, 154, 254, 258). Кроме того, для этой цели применяют скользящую заслонку, соединенную с возвратным механизмом (Чарли Катшоу «Стрелковое оружие России». Новые модели. «Экскмо - Пресс», 2002, стр.175).
В предлагаемое нами устройство нельзя перенести признаки оружия в таком виде, как они представлены. Это детали, выступающие за пределы ствола, ствольной коробки - рукоятки, а щитки, крышки, скользящие заслонки, располагаемые с внешней стороны оружия, помимо отмеченного еще и усложняют систему.
В этой связи ствольная коробка предлагаемого устройства и связанные с нею детали не выходят за пределы диаметра ствола, имеет фигурный канал, по которому перемещается затвор, и кольцевой вырез, в который заходят упоры затвора при повороте его штангой, рукоятки которой отнесены далеко за пределы ствольной коробки. Окончательное запирание канала ствола затвором осуществляется защелкой, которая своими стеблями блокирует упоры его в кольцевом вырезе ствольной коробки и закрывает сквозные окна, через которые осуществляется заряжание и механическое удаление стреляной гильзы. Это защищает детали запирающего механизма от неблагоприятных внешних факторов. В данном случае защелка выполняет двойную функцию - блокирует упоры затвора и закрывает сквозные окна ствольной коробки, что отличает ее от известного.
Затвор в стрелковом оружии, кроме запирания канала ствола, досылает патрон в патронник, инициирует выстрел ударным устройством, осуществляет экстракцию стреляной гильзы из патронника, а отражение ее осуществляется отражателем, чаще всего смонтированным в ствольной коробке (Мураховский В.И., Федосеев С.Л. «Оружие пехоты». «Арсенал - Пресс», 1997, стр.115, 124, 128, 256, 258), а в некоторых системах и в затворе. Например, в затворе станкового пулемета Горюнова отражатель расположен в наклонном канале его из условия некоторого выдвижения из чашечки затвора. При отходе затвора в заднее положение отражатель, взаимодействуя своим задним концом со стенкой ствольной коробки, ударяет в дно гильзы и отражает ее из чашечки затвора через окно ствольной коробки (Наставление по стрелковому делу. 7,62 мм. Станковый модернизированный пулемет образца 1943 года. Конструкции Горюнова (СГМ). Военное издательство Министерства обороны Союза ССР, М., 1955, стр.44, 46, фиг.21).
В пистолете-пулемете конструкции Судаева направляющий стержень возвратно-боевой пружины совмещает функции перемещения затвора и отражателя стреляной гильзы (Благонравов А.А. «Материальная часть стрелкового оружия». Книга 2. Оборонгиз НКАП, М., 1946, стр.723, 727, фиг.3).
В предлагаемом нами устройстве затвор выполняет те же функции, что и в приведенном выше описании оружия. Но в нем досылание патрона в патронник осуществляется вручную, т.к. нет необходимости иметь магазин, выступающий за габариты устройства, который будет помехой при перемещении его в скважине при отборе проб грунта. Отражение стреляной гильзы осуществляется жалом бойка при давлении на боек ударником, в положении - после выстрела. В этом случае при отпирании канала ствола резкое перемещение затвора относительно ствольной коробки позволяет жалу бойка, имеющему возможность выхода за пределы чашечки затвора, при взаимодействии с подпружиненным ударником отразить стреляную гильзу из зацепа экстрактора в сквозное окно ствольной коробки. Такое сочетание в сравнении с прототипом ускоряет процесс перезаряжания, повышая производительность труда, а совмещение функций - инициирования выстрела и отражение стреляной гильзы отличает его от известного.
Обобщая изложенное выше, можно заключить, что предлагаемое устройство для отбора проб грунта, содержащее ствол, запирающий механизм - ствольную коробку, затвор, защелку, ударно-спусковой механизм, динамическую систему, штангу, пробоприемник и станину, обладает новизной.
Так для обеспечения благоприятного взаимодействия деталей запирающего механизма устройства оно снабжено ствольной коробкой, имеющей фигурный канал, кольцевой вырез, сквозные окна и стопор, ограничивающий движение затвора в пределах Г-образного паза его; для защиты запирающего механизма от неблагоприятных внешних условий оно снабжено защелкой, стебли которой закрывают сквозные окна ствольной коробки и блокируют упоры затвора в кольцевых вырезах ее; для повышения производительности труда за счет ускорения процесса перезаряжания жало бойка выполнено из условия выхода его за пределы чашечки при перемещении затвора, позволяющего жалу бойка при взаимодействии с подпружиненным ударником отразить стреляную гильзу в сквозное окно ствольной коробки.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.
Фиг.1. Ствол - 1, в верхней части которого закреплена ствольная коробка - 2, имеющая фигурный канал - 3, кольцевой вырез - 4, стопор - 5, сквозные окна - 6; ствол - 1 имеет в казенной части патронник - 7, вырез - 8, а ниже - динамическую систему - 9, пробоприемник - 10.
Фиг.2. Затвор - 11 имеет чашечку - 12, отверстие - 13, зацеп экстрактора -14, упоры - 15, боек - 16, ограничитель - 17, Г-образный паз - 18, канал - 19, ударник - 20 с пружиной - 21, участок - 22 для соединения с другой деталью.
Фиг.3. Защелка - 23 со стеблями - 24 и пружиной - 25.
Фиг.1-3 составляют запирающий механизм.
Фиг.4. Общая схема устройства для отбора проб грунта с положением деталей запирающего механизма: при «А» - запертом канале ствола - 1 и «Б» - открытом.
Помимо отмеченных выше деталей устройства, здесь показаны штанга - 26 с рукоятками - 27, тяга - 28, курок - 29, спусковой - 30 и предохранительный - 31 механизмы, а также участок - 22, где соединены затвор - 11 со штангой - 26.
Детали запирающего механизма совмещаются так: затвор - 11 в сборе примыкает к штанге - 26 посредством соединения - 22, на него надвигается защелка - 23 с первоначальным расположением ее стеблей - 24 между упорами - 15 затвора - 11. Дальнейшее ее перемещение по отношению к затвору - 11 обусловлено сжатием пружины - 25. При этом стебли - 24 выходят за уровень толщины упоров - 15 затвора - 11.
Повернув шток - 26 и связанный с ним затвор - 11 на 90° по отношению к защелке - 23, стебли - 24 своими концами совмещаются с тыльной стороной упоров - 15 затвора - 11, образуя как бы одну поверхность. В таком виде упоры - 15 и стебли - 24 защелки - 23 вводятся в фигурный канал - 3 ствольной коробки - 2, где затвор - 11 в продольной части Г-образного паза - 18 фиксируется стопором -5 из условия, при необходимости, сохранять направление движения и величину перемещения затвора - 11 по отношению к ствольной коробке -2 в соответствии с формой и величиной Г-образного паза - 18. При этом сквозные окна - 6 ствольной коробки - 2 остаются открытыми для заряжания. В дальнейшем для приведения в действие деталей динамической системы - 9 с целью заглублений пробоприемника - 10 в грунт, необходимо ввести через сквозное окно - 6 патрон в патронник - 7, после чего затвор - 11 с упорами - 15 и стеблями - 24 защелки - 23 перемещаются по фигурному каналу - 3 ствольной коробки - 2 до контакта затвора - 11 с казенной частью ствола - 1. После чего, повернув штангу - 26 на 90° по отношению к ствольной коробке - 2, упоры - 15 затвора - 11 входят в кольцевой вырез - 4 ствольной коробки - 2, а стебли - 24 защелки - 23 действием пружины -25 перемещаются вниз и занимают место между упорами -15, блокируя их. Стопор - 5 в Г-образном пазу - 18 из продольной части его займет место в поперечной. В этом положении канал ствола - 1 прочно заперт, закрыты сквозные окна - 6, сохраняется возможность, при необходимости, оборачивать устройство вокруг своей оси по или против часовой стрелки без нарушения связи между деталями. При этом в чашечку - 12 затвора - 11 входит донце гильзы патрона, в вырез - 8 ствола -1 входит зацеп экстрактора - 14, захватывая закраину гильзы патрона, а через отверстие - 13, расположенное с противоположной стороны от зацепа экстрактора - 14, на закраину гильзы патрона устанавливается жало бойка - 16.
Таким образом, Фиг.4, А, произведено заряжание патроном и завершено запирание казенной части ствола - 1 при перемещении затвора - 11 и защелки - 23 со стеблями -24 в последовательности - вдоль устройства, а затвора - 11 еще и с поворотом вокруг оси - показаны прямой и дугообразными стрелками.
Для взятия образца грунта устройство, в оснастке динамической системой - 9 и пробоприемником - 10, нужно установить на поверхность исследуемого участка, выключить предохранитель - 31, взвести курок - 29, который через тягу - 28 отводит ударник 20 на некоторое расстояние от бойка - 16, сжимая пружину - 21. Курок - 29 в таком положении удерживается шепталом - 30, размещенным в рукоятке - 27. Нажатием на спусковой крючок - 32 ударник - 20 под действием пружины - 21 перемещается вниз и ударяет по бойку - 16, который инициирует выстрел. Давлением пороховых газов на динамическую систему - 9 пробоприемник - 10 заглубляется в грунт.
После извлечения пробоприемника - 10 из грунта следует перезаряжание. Для этого нужно переместить защелку - 23 сжатием пружины - 25 с выводом стеблей - 24, находящихся между упорами - 15 затвора - 11, повернуть штангу -26 и связанный с ней затвор - 11 на 90° по отношению к ствольной коробке -2. Вследствие чего зацеп экстрактора - 14 сдвигает гильзу патрона, облегчая в дальнейшем ее извлечение из патронника - 7, а упоры - 15 затвора - 11 выходят из кольцевого выреза - 4 ствольной коробки - 2 и занимают место под концами стеблей - 24 защелки - 23, образуя как бы одну поверхность в сквозном окне - 6, а стопор - 5 в Г-образном пазу - 18 затвора - 11 из поперечной части его займет место в продольной. Следующий прием - резкое перемещение затвора -11 и защелки - 23 со стеблями -24 вверх по отношению к ствольной коробке - 2 на расстояние, ограниченное стопором - 5 ствольной коробки - 2 в Г-образном пазу - 18 затвора - 11, с открытием сквозных окон - 6. При этом зацеп экстрактора - 14 извлекает стреляную гильзу из патронника - 7, а жало бойка - 16, расположенное с противоположной стороны от зацепа экстрактора - 14, под действием подпружиненного ударника - 20, выходя за пределы чашечки - 12 затвора - 11, отражает гильзу в сквозное окно - 6 ствольной коробки - 2. Таким образом, Фиг.4, Б, отпирание казенной части ствола - 1 при последовательности действий - некоторое перемещение защелки - 23 и стеблей - 24 из ствольной коробки -2, поворот затвора - 11 вокруг оси с дальнейшим перемещением затвора - 11 и защелки - 23 со стеблями - 24 из ствольной коробки - 2 на расстояние, ограниченное стопором - 5 в Г-образном пазу - 18 затвора 11, показаны прямыми и дугообразными стрелками.