Устройство для штампового испытания грунта
DEVICE FOR PLATE TESTING OF SOIL

Изобретение относится к области инженерных изысканий, а именно к определению деформационных свойств грунта в полевых условиях методом статических нагрузок на штамп.
Известно устройство для испытания грунта (по патенту RU2510440), снабженное сервоприводом, установленным на упорной балке, датчиком крутящего момента, закрепленным на штанге с кольцевым штампом, датчиком силы, закрепленным в нижней части сервопривода, датчиком вертикальных перемещений, установленным на реперерной раме. Сервопривод, датчик силы, датчик крутящего момента, датчик вертикальных перемещений подключены к контроллеру, образуя измерительную систему с прямой и обратной связью между датчиками и сервоприводом. Технический результат состоит в повышении точности нагружения и измерения путем автоматического контроля проводимых испытаний. Его недостатком является высокая энергоемкость.
Известно устройство для испытания грунта (по патенту JP2010210559A, выбрано в качестве прототипа), содержащее верхнюю опору и нижнюю опору с рамой, между которыми расположены гидроцилиндр, соединенный с насосом и датчик силы, реперную раму с датчиком перемещения, датчик силы и датчик перемещения соединены с контроллером. Недостатками известного устройства являются большие габариты, высокая энергоемкость, поскольку, для создания давления в гидроцилиндре используется постоянно работающий мощный мотор, а управление гидроцилиндром осуществляется c помощью электронных игольчатых клапанов, соединенных с контроллером.
Технической задачей изобретения является снижение габаритов и энергоемкости устройства для испытания грунта. Техническим результатом является упрощение конструкции устройства. Кроме того, повышается точность измерений.
Технический результат достигается в устройстве для штампового испытания грунта (далее, также, - устройство), содержащем верхнюю опору и штамповую плиту с рамой, между которыми расположены гидроцилиндр, соединенный с насосом и датчик силы, реперную раму с датчиком перемещения, датчик силы и датчик перемещения соединены с контроллером. Насос выполнен шестеренчатым, соединен соединен с контроллером. Рама выполнена с возможностью установки датчика перемещения по центру штамповой плиты. Датчик силы выполнен в виде тензорезисторного датчика, установленного на верхней поверхности рамы. Верхняя опора может быть выполнена в виде шаровой опоры. Между штамповой плитой и рамой установлена штанга.
Изобретение поясняется рисунками:
фиг. 1 – устройство для штампового испытания грунта в сборе, внешний вид.
фиг. 2 – принципиальная схема устройства для испытания грунта;
фиг. 3 – верхняя опора и штамповая плита с рамой, гидроцилиндром, тензодатчиком, с датчиком перемещения, установленным по центру штамповой плиты;
фиг. 4 – верхняя опора и штамповая плита с рамой и со штангой
Устройство для штампового испытания грунта содержит верхнюю опору 1 и штамповую плиту 2, между которыми расположена рама 3.
В качестве верхней опоры 1 может использоваться шаровая опора, имеющая опорную поверхность, подвижную в свободном (ненагруженном) состоянии относительно плоскости штамповой плиты 2. Верхняя опора 1 упирается сверху в пригруз с весом больше рабочего усилия (может быть использована крупногабаритная строительная техника), штамповая плита 2 упирается в испытумею поверхность. Между верхней опорой 1 и рамой 3 расположены гидроцилиндр 4 и датчик силы 6.
Дополнительно, между штамповой плитой 2 и рамой 3 может быть установлена штанга 11, позволяющая передавать услилие на заглубленную штамповую плиту 2 (фиг. 4).
Датчик силы 6 выполнен в виде тензорезисторного датчика, установленного на верхней поверхности рамы 3.  Таким образом, при работе гидроцилиндра 4 усилие между опорами может быть измерено датчиком силы 6.
Гидроцилиндр 4 соединен гидравлической линией 7 с шестеренчатым насосом 8 (показан условно, в компоновке с редуктором и электродвигателем). При вращении шестерён насоса в полости всасывания зубья, выходя из зацепления, образуют разрежение, за счёт этого в полость всасывания поступает рабочая жидкость, которая перемещается зубьями в корпусе и переносится из полости всасывания в полость нагнетания. Шестеренчатый насос 8 снабжен редуктором с вращающим его электродвигателем и управляется контроллером 9. Для соединения с контроллером 9 может использоваться беспроводой канал связи (показан пунктиром). Редуктор позволяет использовать электродвигатель меньшего размера, для создания такого же вращательного момента, а также, повышает точность управления вращением шестереночного насоса 8.
Использование шестеренчатого насоса 8, соединенного с контроллером 9 позволяет точно регулировать давление, что повышает точность измерений. Контроллер 9 может быть реализован на основе микропроцессора к которому подключены: аналого-цифровой преобразователь (для получения точных цифровых показателей с датчиков), электронный Ш-мост для управления нагрузкой, подаваемой на электродвигатель. Устройство может быть оснащено соединенными с контроллером 9 экраном и органами управления для выбора необходимой методики проведения испытаний.
Слив и нагнетение давления осуществляется за счет вращения шестеренчатого насоса 8 в разных направлениях. Управление подачей давления реализовано за счет обратной связи от датчика силы 6 и вращения электродвигателя в разных направлениях импульсами подаваемыми контроллером 9. За счет пауз между вращениями электродвигателя, масло практически не нагревается, уменьшается его слив сквозь шестеренчатый насос 8, что повышает энергоэффективность устройства.
Устройство также включает реперную раму 10 с опорами 12, с датчиком перемещения 5, соединенного с контроллером 9. При этом, рама 3 выполнена с возможностью установки датчика перемещения 5 по центру штамповой плиты 2. Так, рама 3 может быть выполнена в виде штанг, обеспечивающих возможность проведения испытаний на глубине. Датчик перемещения 5 таким образом, закреплен соосно колонне, образованной верхней опорой 1, гидроцилиндром 4, датчиком силы 6, рамой 3, штамповой плитой 2. Датчик силы 6 и датчик перемещения 5 соединены с контроллером 9, преимущественно, при помощи беспроводных каналов связи (показаны пунктирными линями). Использование в качестве верхней опоры 1 шаровой опоры повышает точность измерений, поскольку происходит компенсация непараллельности верхней плоскости шаровой опоры и плоскости штамповой плиты.
Реперная рама 10 является отдельно стоящей от этой колонны, что позволяет удалить ближайшую точку опоры реперной рамы 10 от средней точки штамповой плиты 2 более чем на 1,5 м и менее чем 1,6 м (согласно DIN 18134, ПНСТ 311-2018). Такое решение позволяет упростить и уменьшить габариты устройства, повышает удобство и скорость монтажа. Установка датчика перемещения 5 в описанной, прямопроходной конструкции колонны дает прямое определение деформаций без сложных рычажных конструкций, что повышает точность измерений.