УСТРОЙСТВО КОМПРЕССИОННОГО СЖАТИЯ

Область техники
Данное техническое решение относится к области строительства, а именно к технике для определения свойств строительных материалов, естественных и искусственно улучшенных грунтов и может быть использовано в геотехнике, при испытании строительных материалов, грунтоведении и инженерной геологии.
Уровень техники
Аналогом заявляемого технического решения является ПРИБОР ДЛЯ КОМРЕССИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ГРУНТОВ (патент RU 2045776 С1 на изобретение, заявка 93014282/33 от 23.03.1993 г., МПК G01N 3/08, Е02D 1/00, опубликовано 10.10.1995 г.).
Прибор для компрессионных испытании грунтов, включающий основание, рабочие кольца различного диаметра для образцов грунта, установленные друг под другом в порядке возрастания их диаметра сверху вниз, верхние и нижние перфорированные штампы, средства для создания вертикальной нагрузки и измерители деформации, отличающийся тем, что он выполнен в виде трех разъемных секций, установленных соосно друг под другом, каждая из которых образована верхним и нижним штампами и рабочим кольцом, размещенным между ними и соединенным со штампами прижимным кольцом, при этом верхние штампы выполнены в виде емкостей для заливки воды с плоскими перфорированными днищами и наклонными сплошными боковыми стенками, имеющими заплечики для установки измерителей деформаций, на внешней поверхности нижних штампов верхней и средней секций образованы кольцевые выступы с горизонтальными сквозными отверстиями, а на обращенной к ним поверхности перфорированных днищ верхних штампов нижележащих секций соответствующие выступы кольцевые проточки, причем внутренняя стенка прижимных колец имеет конусную поверхность для самоцентровки рабочего кольца.
Недостатками данного аналога являются необходимость изготовления образцов грунта различного диаметра, несоответствие требований испытаний действующих ГОСТ (ГОСТ 12248-96) в части унификации площади поперечного сечения образца, невозможность водонасыщения образца грунта методом обратного давления из-за негерметичности конструкции одометра.
Следующим аналогом заявляемого технического решения является УСТАНОВКА ДЛЯ КОМПРЕССИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ГРУНТА (патент на изобретение RU 2245963 С1, заявка 2003132591/03 от 05.03.2003 г., МПК Е02D 1/00, опубликовано 10.02.2005 г.).
Установка для компрессионных испытаний грунта, содержащая упорные конструкции, включающие несущую плиту, соединенную с помощью опорных стоек с основанием, на котором смонтирован механизм осевого нагружения образца грунта, а также силоизмерительную конструкцию, выполненную в виде оснащенной измерительными средствами рамы, образованной двумя продольными тягами и двумя поперечными балками, верхняя из которых имеет опорную часть для восприятия измеряемых усилий, отличающаяся тем, что поперечное сечение верхней балки по оси симметрии установки выполнено в форме горизонтального двутаврового профиля, на рабочих полках которого размещены измерительные средства, представляющие собой тензометрические датчики, а на стенке - опорная часть для восприятия измеряемых усилий.
Недостатком данного аналога являются неприемлемые весогабаритные параметры, отсутствие возможности автоматизированного управления испытаниями и обработки результатов измерений с помощью средств вычислительной техники, ограниченность диапазона измерения при помощи консольного упругого тензоэлемента вертикальных перемещений.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого технического решения является АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОМПРЕССИОННЫЙ ПРИБОР (заявка на изобретение RU 95105473 А1, МПК Е02D 1/00, G01N 33/24, дата публикации заявки 27.01.1997 г.).
Автоматический компрессионный прибор содержит рабочую камеру с датчиком деформаций, закрепленную на столе-основании, механизм нагружения, узел замачивания, задатчики режима и выдержки нагрузки, блок регистрации, триггер, блок формирователей, схемы И или ИЛИ, блок регистров, блок режимов условной стабилизации. Прибор позволяет по введенной программе осуществлять в автоматическом режиме различные варианты испытаний физико-механических свойств грунта.
Недостатком прототипа является множественность блоков управления в виде блока регистрации, триггера, блока формирователей, блоков режимов условной стабилизации, что снижает быстродействие системы измерения. Кроме того, использование только двух схем И и ИЛИ не позволяет гибко изменять управление процессом силового нагружения, что снижает точность измерения нагрузки и деформаций.
Сущность полезной модели
Известное устройство компрессионного сжатия, предназначенное для определения показателей сжимаемости немерзлых грунтов, характеристик присадочности и набухания глинистых грунтов, содержит устройство силового нагружения (УСН), одометр фильтрационный, датчик силы, датчик линейных перемещений и две колбы.
Целью создания заявляемого технического решения является разработка устройства компрессионного сжатия с улучшенными техническими характеристиками, компактного, позволяющего вести управление нагруженном и обработку результатов измерений с помощью автоматизированного измерительного вычислительного комплекса.
Устройство силового нагружения выполнено в виде нагрузочной рамы, состоящей из основания, двух стоек и закрепленной на них при помощи гаек балки, на основании расположен пневматический цилиндр, блок пневматических клапанов, блок пневматических клапанов состоит из двух клапанов: подающего и сбросного и штуцеров воздуха, герметичный одометр размещен на столике и состоит из основания, гайки зажимной, поршня перфорированного, верхнего и нижнего ниппеля, штока, трех винтов, крышки, уплотнительного кольца, режущего кольца с тефлоновым покрытием, перфорированного вкладыша и держателя, колбы со штуцерами и шкалой для жидкости при водонасыщении обратным давлением образцов грунта закреплены на стойках и подсоединены к ниппелям одометра, вакууму и устройству создания давления при помощи трубок, датчик силы для измерения вертикальной нагрузки размещен над одометром и закреплен на балке, датчик линейных перемещений размещен сбоку одометра и закреплен на его штоке, оба датчика имеют выходы для подключения устройства к измерительно-вычислительному комплексу.
Перечень фигур, чертежей и иных материалов
Фиг.1 - чертеж устройства компрессионного сжатия (вид спереди);
Фиг.2 - чертеж устройства силового нагружения (вид спереди);
Фиг.3 - чертеж задней панели основания устройства компрессионного сжатия;
Фиг.4 - чертеж одометра фильтрационного;
Фиг.5 - чертеж устройства компрессионного сжатия (вид снизу).
Пример варианта выполнения устройства
На фиг.1 обозначены:
1 - устройство силового нагружения (УСН), 2 - одометр фильтрационный, 3 - датчик линейных перемещений, 4 - колба, 5 - шкала, 6 - штуцер, 7 - болт, 8 - датчик силы, 9 - винт.
На фиг.2 дополнительно обозначены: 10 - основание, 11 - стойка, 12 - гайка, 13 - балка, 14 - столик, 15 - штуцер.
На фиг.3 дополнительно обозначены: 16 - штуцер пневмосети, 17 - разъем КУ, 18 - разъем ДАТЧИКИ, 19 - разъем ДС для подключения датчиков силы, 20 - разъем ДЛП для подключения датчиков линейных перемещений.
На фиг.4 обозначены: 21 - винт крепления держателя, 22 - верхний ниппель, 23 - держатель, 24 - винт фиксации датчика, 25 - основания, 26 - поршень перфорированный, 27 - шток, 28 - винт, 29 - крышка, 30 - тефлоновое покрытие, 31 - кольцо уплотнительное, 32 - кольцо режущее, 33 - нижний ниппель.
На фиг.5 обозначены: 34 - пневматический цилиндр, 35 - блок пневматических клапанов.
Описание и работа изделия
Назначение изделия
Устройства компрессионного сжатия КППА 60/25 ДС (ГТ 1.1.1 и ГТ 1.1.1-01) (далее по тексту изделие) в составе комплекса измерительно-вычислительного «АСИС» (ИВК «АСИС)» предназначены для определения:
- показателей сжимаемости немерзлых грунтов (песчаных, глинистых и органо-минеральных) методом компрессионного сжатия по ГОСТ 12248-96;
- характеристик просадочности глинистых грунтов по ГОСТ 23161-78;
- характеристик набухания глинистых грунтов косвенным и прямым методами по ГОСТ 24143-80.
Изделие по виду климатического исполнения относится к УХЛ4.2 по ГОСТ 15150-69 и предназначено для следующих условий эксплуатации:
- температура окружающего Воздуха - от плюс 10 до плюс 25°С;
- относительная влажность воздуха - до 80% при температуре плюс 25°С;
- атмосферное давление от 84 до 106,7 кПа (от 630 до 800 мм рт.ст.).
Технические характеристики
Размеры испытываемого образца грунта в зависимости от исполнения приведены в таблице 1.
Таблица 1
Устройство компрессионного сжатия
Диаметр, мм
Высота, мм
Площадь поперечного сечения, см<sup>2</sup>
ГТ 1.1.1
87,4
25
60
ГТ 1.1.1-01
71,4
20,4
40
Способ приложения вертикальной нагрузки - статический, ступенями.
Максимальная вертикальная нагрузка на образец грунта 10 кН.
Максимальная вертикальная деформация образца грунта 25 мм.
Работа изделия осуществляется за счет сжатого воздуха.
Габаритные размеры (длина х ширина х высота), не более 302×262×450 мм.
Масса изделия, не более 17,5 кг.
Средняя наработка изделия на отказ, не менее - 14000 часов. Среднее время восстановления, не более 1 час.
Средний срок службы, не менее 5 лет при соблюдении правил эксплуатации оговоренных в настоящем руководстве.
Конструктивно изделие выполнено в соответствии с ГОСТ 12248-96.
Состав изделия
В состав изделия входят:
- устройство силового нагружения (УСН) 1;
- одометр фильтрационный 2;
- датчик силы 8;
- датчик линейных перемещений 3;
- две колбы 4.
Внешний вид изделия приведен фиг.1.
Устройство и работа
УСН предназначено для создания максимальной статической сжимающей нагрузки до 10 кН.
УСН (см. фиг.2) выполнено в виде нагрузочной рамы, состоящей из основания 10, двух стоек 11 и закрепленной на них при помощи гаек 12 балки 13.
В основании 10 расположены пневматический цилиндр 34, предназначенный для создания сжимающей нагрузки, и блок пневматических клапанов 35 (см. фиг.5), предназначенных для управления сжимающей нагрузкой, создаваемой пневматическим цилиндром.
Блок пневматических клапанов состоит из двух клапанов: подающего и сбросного.
Столик, закрепленный на штоке пневматического цилиндра, предназначен для установки одометра.
На передней панели основания расположены:
- кран «СБРОС НАГРУЗКИ» для сброса нагрузки;
- штуцер 15, через который производится сброс нагрузки.
На задней панели основания (см. фиг.3) расположены:
- штуцер «ПНЕВМОСЕТЬ 0,6 МПа» 16 для подключения изделия к сети питания сжатым воздухом;
- разъемы «КУ» 17 и «ДАТЧИКИ» 18 для подключения УСН к блоку электронно-преобразующей аппаратуры (ЭПА);
- разъем ДС 19 для подключения датчика силы;
- разъем ДЛП 20 для подключения датчика линейных перемещений.
Одометр фильтрационный 2 (далее по тексту - одометр) предназначен для передачи нагрузки, создаваемой устройством силового нагружения на испытываемый образец грунта.
Одометр устанавливается на опорный столик (см. фиг.2) и фиксируется винтом, установленным в корпусе датчика силы (см. фиг.1).
Внешний вид одометра приведен на фиг.4.
Одометр состоит из:
- основания 25;
- гайки зажимной;
- поршня перфорированного 26;
- верхнего и нижнего ниппелей 22, 33;
- штока 27;
- трех винтов 21, 24, 28;
- крышки;
- уплотнительного кольца 31;
- режущего кольца 32;
- перфорированного вкладыша;
- держателя 23.
Колба 4 (см. фиг.1) предназначена для подачи под давлением жидкости в одометр при водонасыщении образцов грунта и измерения объема подаваемой жидкости.
Колба подсоединяется к ниппелям одометра 22, 33 (см. фиг.4) и устройству создания давления при помощи трубок.
Колбы крепятся к стойкам УСН 11 (см. фиг.1).
Датчики, входящие в состав устройства, являются первичными преобразователями измерительных каналов комплекса «АСИС».
Для измерения вертикальной нагрузки используется датчик силы SBA 500-L, который является компонентом измерительного канала вертикальной нагрузки.
Датчик силы 8 крепится к балке УСН при помощи винта (см. фиг.1).
Для измерения вертикальных деформаций используется датчик линейных перемещений ДЛП-25 3, который является компонентом измерительного канала вертикальных деформаций.
Датчик линейных перемещений 3 (см. фиг.1) закрепляется в кронштейне одометра (см. фиг.4) при помощи винта.
Работа изделия
Из блока электронно-преобразующей аппаратуры (ЭПА) по кабелю поступает сигнал на подающий клапан блока пневматических клапанов. Клапан переходит в состояние «открыто» и воздух из сети питания сжатым воздухом поступает в пневмоцилиндр. В нижней части пневмоцилиндра создается давление, за счет которого шток пневмоцилиндра поднимает столик с установленным на нем одометром.
Шток одометра и перфорированный поршень внутри одометра остаются неподвижными, вследствие этого происходит вертикальное сжатие грунта в кольце одометра (см. фиг.4).
Деформацию образца измеряет датчик линейных перемещений.
Шток датчика подпружинен и упирается в крышку одометра. В процессе сжатия шток задвигается в корпус датчика.
Маркировка
На изделие нанесена следующая маркировка:
а) на лицевой панели основания нанесено наименование изделия;
б) на задней панели основания прикреплена этикетка, со следующими данными:
- наименование предприятия изготовителя,
- наименование вида изделия (условное наименование);
- заводской номер;
- дата изготовления.
Промышленная применимость
Данное устройство компрессионного сжатия промышленно реализуемо, компактно, позволяет проводить испытания и обработку измерений в автоматическом режиме с использованием ЭВМ.