ТВЕРДОМЕР
HARDNESS TESTER

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации грунтовых аэродромов, подготавливаемых методом уплотнения снега.
Известен твердомер НИАС [Руководство по эксплуатации гражданских аэродромов Российской Федерации (РЭГА РФ-94), М., Воздушный транспорт, 1993 (Прил. 13)], который состоит из вертикальной стойки с опорной площадкой, подвижной вертикальной доски-упора с площадкой для ступни, конусом и шкалой глубины погружения конуса.
Замер прочности уплотненного снежного покрова осуществляется путем установки твердомера на снежное покрытие и нажатия одной ногой на площадку для ступни с переносом на нее тяжести тела испытателя и последующей записью показаний прибора, считываемых со шкалы глубины погружения конуса.
Недостатки твердомера: невозможно установить продольную ось прибора строго вертикально и удерживать ее в таком положении при нажатии ногой на площадку для ступни, глубина и скорость погружения конуса зависят от массы испытателя и интенсивности его воздействия на прибор и меняются в достаточно широких пределах, что способствует снижению точности выполняемых измерений.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является твердомер [АС РФ №2350923, G01N 3/42, опубл. 27.03.2009 г.], включающий корпус, снабженный шаровым элементом, имеющим сквозное отверстие, в котором закреплена направляющая труба с подвижно установленным в ней стержнем с указателем со стрелкой, коническим наконечником и сменным грузом, зафиксированным гайкой. Корпус тремя стойками опирается на плоское основание круглой формы с выполненным в нем цилиндрическим отверстием. Фиксация шарового элемента в корпусе осуществляется посредством стопора, а на наружной поверхности направляющей трубы установлена мерная линейка.
Недостатки твердомера следующие:
1. Невозможно обеспечить устойчивое вертикальное положение продольной оси прибора даже при незначительных неровностях исследуемого покрытия в силу малой площади опорной поверхности плоского основания твердомера, при значительной высоте прибора. При выполнении одним оператором каждого измерения необходимо привлечение второго оператора для удержания направляющей трубы твердомера в вертикальном положении.
2. Перемещение падающих масс прибора (стержня с указателем, конического наконечника, сменного груза и гайки) в крайнее верхнее положение вручную, перед началом каждого измерения после предварительной настройки твердомера, а также обеспечение последующего падения этих масс сопровождается приложением боковых нагрузок к элементам прибора, что приводит к дополнительному нарушению стабилизации продольной оси твердомера в вертикальном положении.
3. Конструкцией прибора не предусмотрена возможность фиксации падающих масс при транспортировании твердомера, что может привести к их самопроизвольному выпадению из направляющей трубы при транспортировке прибора и удару конического наконечника вершиной о твердые покрытия и предметы, следствием чего может явиться деформация металла острия и утрата коническим наконечником правильной геометрической формы.
4. Невозможно осуществлять качественный контроль и корректировку установки продольной оси прибора в вертикальном положении в силу отсутствия уровнемера.
Перечисленные недостатки способствуют снижению точности выполняемых измерений, повышению трудоемкости работ по их выполнению и создают серьезные неудобства в работе оператора, выполняющего эти измерения.
Техническим результатом изобретения является повышение точности определения прочности (несущей способности) снежного покрова, снижение трудоемкости работ по измерению данного параметра и обеспечение удобства эксплуатации прибора оператором.
Технический результат достигается тем, что в твердомере, содержащем корпус, снабженный шаровым элементом, направляющую трубу, стержень с указателем со стрелкой, коническим наконечником и сменным грузом, зафиксированным гайкой, новым является то, что корпус выполнен в виде хомута, внутри которого заключена разрезная обойма, охватывающая шаровой элемент. Натяг в соединении шаровой элемент - разрезная обойма обеспечивается болтом и гайкой, стягивающими концы хомута. Корпус опирается на исследуемое покрытие тремя телескопическими стойками. Направляющая труба выполнена с возможностью осевого перемещения вверх и вниз относительно шарового элемента и корпуса посредством реечной передачи. Фиксация направляющей трубы в шаровом элементе по окончании настройки прибора осуществляется стопорным болтом. Фиксация переведенных в крайнее верхнее положение падающих масс твердомера, а также обеспечение их падения при измерении осуществляется при помощи затвора, связанного приводным тросом со спусковым крючком, установленным на одной из двух рукоятей, размещенных в нижней части направляющей трубы, где также установлены стойка, несущая упорное кольцо, и уровнемеры.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображен общий вид твердомера, на фиг.2 - выносной элемент I на фиг.1; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2, на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.1.
Твердомер для определения прочности снежного покрова состоит из корпуса 1, опирающегося на исследуемое покрытие тремя телескопическими стойками 2, шарнирно соединенными с корпусом 1 посредством трех проушин 3, расположенных на его внешней боковой поверхности равномерно через 120°, и болтов, пропущенных через отверстия в проушинах 3 и шипах наконечников 4 каждой из стоек 2. Внутри корпуса 1 заключена разрезная обойма 5, охватывающая сферическую часть шарового элемента 6, имеющего также верхнюю удлиненную часть цилиндрической формы, с выполненными в ней двумя продольными сквозными криволинейными пазами 7, расположенными диаметрально противоположно (фиг.2), и нижнюю укороченную цилиндрическую часть, имеющую резьбовое отверстие для установки стопорного винта 8. На внутренней цилиндрической поверхности шарового элемента 6, образуемой сквозным продольным отверстием, выполнены два продольных паза 9, расположенные соосно со сквозными криволинейными пазами 7 и равные им по ширине. На верхней удлиненной части шарового элемента 6 снаружи на противоположных краях каждого из криволинейных пазов 7 попарно закреплены четыре кронштейна 10, в отверстиях которых с возможностью осевого вращения установлены валы 11 (фиг.3) с закрепленными на них зубчатыми колесами 12, частично входящими в сквозные криволинейные пазы 7. Валы 11 оканчиваются квадратами 13, на каждый из которых может быть установлена кривошипная рукоятка. Во внутреннем сквозном продольном отверстии шарового элемента 6 (фиг.2) установлен стакан 14 направляющей трубы 15, на поверхности которого в двух диаметрально противоположных продольных пазах установлены зубчатые рейки 16, частично входящие в продольные пазы 9 шарового элемента 6 и находящиеся в зацеплении с зубчатыми колесами 12. Внутри направляющей трубы 15 (фиг.1) с возможностью продольного перемещения установлен стержень 17 с указателем 18 со стрелкой, коническим наконечником 19 и сменным грузом 20, зафиксированным гайкой 21.
Направляющими, обеспечивающими продольное перемещение стержня 17 и установленных на нем элементов, являются наружные обоймы подшипников качения 22 (фиг.4), установленных на внутренних концах вилок 23, размещенных в прямоугольных отверстиях, выполненных в стенках направляющей трубы 15 и расположенных в ее верхней и нижней частях в два ряда - по три в каждом, равномерно через 120°, в плоскостях, перпендикулярных продольной оси прибора. Внешний резьбовой конец каждой из вилок установлен в цилиндрическом отверстии 24 скобы 25, жестко закрепленной на направляющей трубе 15, и зафиксирован гайками 26. Снаружи направляющей трубы 15 установлены затвор 27 (фиг.1), связанный приводным тросом 28 со спусковым крючком 29, расположенным на рукояти 30, стойка 31, несущая упорное кольцо 32, уровнемеры 33 и мерная линейка 34. Вдоль основной оси направляющей трубы 15 выполнен продольный паз 35 с поперечным уступом 36. В паз 35 входит указатель 18 со стрелкой, который по рискам делений мерной линейки 34 указывает величину глубины погружения конического наконечника в снежный покров. Указатель 18 со стрелкой, жестко соединенный со стержнем 17, представляет собой палец, на торцевой поверхности которого выгравирована стрелка, продольная ось которой устанавливается при закреплении указателя на стержне 17 строго перпендикулярно его продольной оси. Стержень 17 имеет резьбовое соединение с коническим наконечником 19, а сменный груз 20 плотно поджат к коническому наконечнику с помощью гайки 21.
Твердомер работает следующим образом. Для предварительной настройки прибор тремя телескопическими стойками 2 устанавливается на ровной площадке с твердым покрытием (возможно, в помещении). Постоянная величина угла разведения стоек обеспечивается формой наконечников 4 и проушин 3 (фиг.2). При этом направляющая труба 15 посредством реечной передачи, приводимой вручную кривошипной рукояткой, установленной на любом из квадратов 13, должна быть поднята в крайнее верхнее положение до упора ее верхнего торца в нижний торец шарового элемента 6 и зафиксирована стопорным болтом 8. Стержень 17 с коническим наконечником 19, сменным грузом 20 и гайкой 21 также должен быть зафиксирован в крайнем верхнем положении посредством указателя 18 и затвора 27. Телескопические стойки 2 выдвигаются в длину на равное расстояние, достаточное для того, чтобы при установке прибора на опорную поверхность был обеспечен зазор между этой поверхностью и нижней поверхностью упорного кольца 32. Минимальная величина этого зазора может составлять 30-50 мм, а максимальная не должна превышать хода реечной передачи. Посредством болта и гайки, стягивающих концы хомута (корпуса 1), в соединении шаровой элемент 6 - разрезная обойма 5 задается натяг, величина которого должна обеспечивать поворот сферической части шарового элемента 6 в разрезной обойме 5 с некоторым усилием. Ручным захватом за одну или обе рукояти 30 направляющая труба 15 приводится в вертикальное положение, контроль которого осуществляется при помощи уровнемеров 33.
Затем производится установка прибора на ноль. Для этого направляющая труба 15 при ослабленном стопорном болте 8 посредством реечной передачи, приводимой вручную кривошипной рукояткой, установленной на любом из квадратов 13, переводится вниз, до упора упорным кольцом 32 в поверхность поверочной пластины (металлической или стеклянной), уложенной предварительно на покрытии площадки под прибором. Размеры поверочной пластины должны быть не менее внешнего диаметра опорного кольца 32. Указатель 18, удерживаемый пальцами одной руки, высвобождается из затвора 27 нажатием на спусковой крючок 29 и вместе со стержнем 17, коническим наконечником 19, сменным грузом 20 и гайкой 21 плавно переводится в нижнее положение и заводится в поперечный уступ 36. При этом стрелка указателя 18 установится на одной горизонтальной линии с нулевым делением шкалы мерной линейки 34. При ослабленной гайке 21 вращением по резьбе нижнего конца стержня 17 конический наконечник 19 перемещается вдоль его оси вниз, до упора вершиной в поверхность поверочной пластины, чем обеспечивается расположение точки касания вершины конического наконечника 19 с поверочной пластиной в одной плоскости с нижней поверхностью опорного кольца 32. Это положение фиксируется затяжкой гайки 21 с последующим пломбированием резьбового соединения краской.
По окончании предварительной настройки и установки прибора на ноль, захватом за указатель 18 стержень 17 с коническим наконечником 19, сменным грузом 20 и гайкой 21 переводится в крайнее верхнее положение и фиксируется затвором 27. Направляющая труба 15 посредством реечной передачи также переводится в крайнее верхнее положение и фиксируется стопорным болтом 8.
Для выполнения измерений прибор устанавливается на исследуемое покрытие тремя телескопическими стойками 2 с максимальным углом их разведения. При этом необходимо обеспечить просадку нижних наконечников телескопических стоек 2 в точках опоры под весом прибора при малой прочности исследуемого покрытия до достижения твердомером стабильного устойчивого положения. Величина просадки не должна превышать величины зазора между опорной поверхностью и нижней поверхностью упорного кольца 32, установленного при предварительной настройке. Ручным захватом за одну или обе рукояти 30 направляющая труба 15 приводится в вертикальное положение, контроль которого осуществляется при помощи уровнемеров 33. При ослабленном стопорном болте 8 направляющая труба 15 посредством реечной передачи, приводимой вручную кривошипной рукояткой, установленной на любом из квадратов 13 (под руку, удобную оператору), переводится вниз, до соприкосновения нижней поверхности упорного кольца 32 с исследуемым покрытием. Удерживая направляющую трубу 15 за одну или обе рукояти 30, оператор при помощи уровнемеров 33 корректирует ее вертикальное положение и производит нажатие пальцем на спусковой крючок 29. Под воздействием усилия, передаваемого приводным тросом 28 от спускового крючка 29, затвор 27 поворачивается относительно оси вращения G в направлении против часовой стрелки и выходит из зацепления с указателем 18. При этом падающие массы твердомера: стержень 17, указатель 18, конический наконечник 19, сменный груз 20 и гайка 21 под действием собственной тяжести движутся вниз, обеспечивая внедрение наконечника 19 конической поверхностью в исследуемое покрытие. Величина глубины внедрения конического наконечника 19 считывается со шкалы мерной линейки 34 по делениям напротив стрелки указателя 18.
Перед транспортировкой прибора направляющая труба 15 посредством реечной передачи переводится в крайнее верхнее положение и фиксируется стопорным болтом 8. Стержень 17 и связанные с ним падающие массы прибора также приводятся в крайнее верхнее положение и фиксируются посредством указателя 18 и затвора 27, чем исключается возможность самопроизвольного выпадения падающих масс твердомера из направляющей трубы 15 и повреждение конического наконечника 19 в результате удара вершиной о твердые покрытия и предметы.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить точность определения прочности (несущей способности) снежного покрова, снизить трудоемкость работ по измерению данного параметра и обеспечить удобство эксплуатации прибора оператором.