Прибор для измерения несущей способности строительного материала
APPARATUS FOR MEASURING THE BEARING CAPACITY OF A BUILDING MATERIAL

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к приборам для замера плотности щебеночного основания для оценки равномерности уплотнения железнодорожного пути и может быть использован при проведении ремонтно-восстановительных работ железнодорожного пути, при проведении экспертизы качества выполненных работ при обследованиях пути.
Известен прибор для определения в полевых условиях плотности грунтов (например, торфяной залежи) по глубине вдавливания в грунт наконечника конусной или пирамидальной формы под действием определенной, заранее заданной нагрузки, создаваемой ручным винтовым прессом, ходовой винт пресса прикреплен к штанге наконечника при помощи двух пар рычагов, соединенных между собой при помощи пружин, расположенных перпендикулярно к направлению действия нагрузки и обеспечивающих поворот рычагов с последующим подъемом их вместе со штангой наконечника (см. ав.св. №120944, МПК G01N 3/42).
К недостаткам прибора можно отнести следующее: имеет слишком большие габариты для использования, замер плотности производится по остаточным деформациям при помощи дополнительных инструментов, например, замером линейкой двух диагоналей. Прибор имеет ограниченный диапазон измерения мягких грунтов (песок, торф, и др.) и его затруднительно использовать при определении плотности балласта железнодорожного пути из-за продолжительности времени замера и необходимости габаритного пространства для замера.
Наиболее близким техническим решением является прибор для измерения динамического модуля упругости (см. патент РФ на полезную модель №93824, МПК E02D 1/00), включающий штамп, с закрепленным на нем измерительным блоком с датчиком усадки, снабженный упругим элементом, направляющую стойку, установленный на ней с возможностью падения на упругий элемент и подъема ударник, механизм фиксации и сброса ударника, электронный блок для регистрации и обработки результатов испытания, связанный с измерительным блоком кабелем, размещенным внутри направляющей стойки, причем направляющая стойка закреплена на штампе, а электронный блок установлен на направляющей стойке, при этом измерительный блок снабжен датчиком ударного действия, упругий элемент выполнен съемным с возможностью изменения его параметров, а груз выполнен секционным с возможностью изменения его массы.
Недостатком прибора является неустойчивость его конструкции при проведении полевых испытаний, так как точность измерения прибора зависит от перпендикулярности прибора к плоскости замеряемого материала, удаленность измерительного блока от грунта может вносить неточности при проведении испытаний при наклоне оси прибора, датчик ударного усилия работает в одной оси измерений. Контроль перпендикулярности прибора осуществляется при помощи дополнительно устанавливаемого пузырькового уровня для проведения измерений.
Основной задачей технического решения является повышение точности и стабильности измерений в полевых условиях, расширение функциональных возможностей прибора.
Для решения технической задачи прибор для измерения несущей способности строительных материалов, включающий штамп с закрепленным на нем измерительным блоком, снабженный упругим элементом, направляющую стойку, установленный на ней с возможностью падения на упругий элемент и подъема ударник, механизм фиксации и сброса ударника и электронный блок для регистрации и обработки результатов испытания, связанный с измерительным блоком, ударник установлен с возможностью вращения, а измерительный блок, закрепленный в основании штампа, снабжен акселерометром, при этом механизм фиксации и сброса ударника выполнен в виде шарнирно закрепленной на направляющей стойке скобы, охватывающей ударник и взаимодействующей с ним посредством роликового механизма, а электронный блок для регистрации и обработки результатов испытаний выполнен с возможностью дистанционной передачи информации через беспроводные протоколы связи на базе смартфона с ОС Android или Windows.
Технический результат заключается в повышении точности измерений плотности балласта за счет совершенствования конструкции основания прибора, а именно в размещении измерительного блока внутри штампа и снижения влияния наклона оси прибора на проведение динамических испытаний, стабильность результатов достигается за счет того что ударнику при проведении испытаний задается вращение.
Устройство поясняется чертежом, на котором представлена схема прибора.
Прибор для измерения содержит штамп 1, в основании которого неподвижно закреплен измерительный блок 2 с трехосевым акселерометром 3, на штампе неподвижно закреплен распределитель ударной нагрузки 4, на котором установлен упругий элемент 5 и полая металлическая направляющая стойка 6, установленный на ней с возможностью падения на упругий элемент и подъема ударник 7, механизм фиксации и сброса ударника 8, а также электронный блок 9 для регистрации и обработки результатов испытания, связанный кабелем (на черт, не показан), размещенным в стойке 6, с измерительным блоком 2. Упругий элемент 5, выполнен съемным с возможностью изменения его параметров. Механизм фиксации и сброса ударника 8 выполнен в виде, шарнирно закрепленной на направляющей стойке 6, скобы 10, охватывающей ударник и связанной с ним посредством роликового механизма 11. Для раскручивания ударника 7 к роликовому механизму через муфту подключается механизм преобразования движения 12. Штамп 1 представляет собой опорную площадку в форме круга с размерами, которые могут варьироваться в зависимости от необходимого ударного воздействия на строительный материал. Упругий элемент 5 выполнен в виде полиуретановых прокладок. Электронный блок 9 для регистрации и обработки результатов испытания закрепляется на стойке 6 с помощью приспособления, обеспечивающего защиту от вибраций с помощью зажимного фиксатора (на чертеже не показан) и может быть съемным, с возможностью дистанционной передачи информации через беспроводные протоколы связи (Wifi, Bluetooth, GSM). Работа данного прибора осуществляется следующим образом.
Подготовка прибора предусматривает размещение на направляющей стойке 6 ударника 7 заданной массы, подключение электронного блока 9 к кабелю, выходящему из отверстия в верхней части направляющей стойки и фиксацию его на направляющей стойке 6. На объекте испытания выбирают ровную, горизонтальную поверхность строительного материала (балласта). Установка штампа 1 на шпалы или другие предметы железнодорожного пути при измерении не допускается. Для проведения измерения прибор необходимо подготовить для выполнения удара. Для этого следует поднять ударник 7 до его закрепления механизмом фиксации и сброса 8. Ударник 7 подключается механизму преобразования движения 12, (например: аккумуляторная или электрическая дрель-шуруповерт) и при выходе его на номинальные обороты скобу 10 поднимают, происходит сброс. Принцип работы прибора заключается в измерении амплитуды ускорений при осадке штампа 1 в балласте, при воздействии на него ударной нагрузки. Во время удара электронный блок 9 автоматически записывает ускорения с трехосевого акселерометра 3 с последующим вычислением скорости и перемещения штампа 1. Микропроцессор электронного блока 9 производит интегрирование сигнала ускорения для получения скорости с последующим интегрированием скорости для определения величины перемещения штампа 1 в балласте. Для получения более точных значений операцию повторяют несколько раз. На дисплее электронного блока будет показан результат измерений (плотность балласта, значения ускорения, скорости и перемежения и др.).
За счет использования вращения ударника и расположения измерительного блока в штампе повышается эффективность динамического воздействия на грунт и как следствие повышается точность измерений при полевых испытаниях на грунтах с крупной фракцией.
Прибор более удобен в эксплуатации, поскольку не требуется постоянная переустановка направляющей стойки с выверкой ее положения по пузырьковому уровню, а слежение за вертикальностью прибора осуществляется при помощи гироскопа в электронном блоке.
Заявляемые варианты прибора более компактны и имеет меньшую массу, чем прибор-прототип. Масса приборов не превышает 14 кг.