УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛОЯ ПОЧВОГРУНТА Российский патент 2004 года по МПК G01N33/24 G01M17/00 

Изобретение относится к области испытаний при инженерных изысканиях в сельском хозяйстве и тракторостроении, в частности к устройствам для исследования физико-механических характеристик слоя почвогрунта и для исследования взаимодействия движителя транспортного средства с грунтом.

Известно устройство для определения несущей способности грунта при испытаниях по контролю за уплотнением в дорожном строительстве [1]. При этом устройство позволяет нагружать слой дорожной одежды статической нагрузкой через жесткий круглый штамп посредством гидроцилиндра, являющимся продолжением направляющей штанги, расположенной соосно на штампе, упирающегося в раму автомобиля или любой дорожной машины, а деформацию грунта (или вертикальное перемещение штампа) измеряют при помощи индикаторов часового типа.

Недостатки указанного устройства состоят в следующем. Во-первых, устройство позволяет измерять только вертикальную часть деформации слоя и не позволяет определить его сдвиговые и объемные характеристики. Во-вторых, статическая нагрузка на штамп не может быть приложена мгновенно, т.е. проходит некоторое время, составляющее от долей до нескольких секунд, в течение которого нагрузка на штамп возрастает от нуля до максимального значения, соответствующего заданной статической нагрузке. Это приводит к существенному искажению результатов измерения деформации и модуля деформации. В-третьих, деформация слоя грунта приводит к увеличению расстояния между штампом и рамой автомобиля, при этом резко снижается давление в гидроцилиндре устройства нагружения, а следовательно, и нагрузка на штампе. Таким образом, требуется постоянное регулирование давления в гидроцилиндре, что в результате приводит к непостоянству статической нагрузки на штампе и, как следствие, к увеличению погрешности измерения. В-четвертых, использование механических индикаторов деформации часового типа не позволяет (в силу визуального наблюдения) точно определить величину деформации слоя грунта при заданных значениях времени наблюдения, что также приводит к снижению точности измерения. В-пятых, использование рам мобильной техники (автомобиля или дорожных машин) в качестве упора заставляет привлекать эту технику в качестве обязательной составляющей всей системы испытания слоя грунта, что приводит к дополнительным материальным затратам при испытаниях. В-шестых, не рассматривается возможность оценки физико-механических характеристик материала при циклических или меняющихся поочередно в двух противоположных направлениях касательных (сдвиговых) нагрузках.

Известно также устройство для определения модуля деформации и модуля упругости грунтов [2]. Устройство обеспечивает нагружение образца грунта диаметром не менее 20 см и высотой не менее 15 см ступенчатой статической нагрузкой посредством рычажной системы с гирями через жесткий штамп диаметром 5 см. По замеренной посредством индикаторов часового типа вертикальной деформации, развивающейся под действием вертикальной ступенчатой нагрузки, определяют модуль упругости или модуль деформации.

Недостатками устройства являются следующие. Во-первых, модуль упругости и модуль деформации определяются посредством штампов малого диаметра, что носит условный характер и определяет относительные и качественные, а не расчетные характеристики (как отмечается в самом источнике информации). Во-вторых, использование механических индикаторов деформации часового типа не позволяет (в силу визуального наблюдения) точно определить величину деформации слоя грунта при заданных значениях времени наблюдения, что также приводит к снижению точности измерения. В-третьих, измеряется только вертикальная часть деформации слоя, что не позволяет определить его сдвиговые и объемные характеристики.

Известна установка для исследования напряжений и перемещений грунта под опорами транспортного средства [3]. При этом слой почвогрунта нагружают нагрузкой при помощи движущегося трактора. Устройство имеет следующий вид. На корпусе в бугелях крепятся направляющие, по которым при помощи ходового винта и электродвигателя перемещается каретка, на опорные плоскости которой монтируются ножи или штанги с датчиками давления, реостатными датчиками вертикального и поперечного перемещений; в основании штанг расположены реостатные датчики продольных перемещений. При движении транспортного средства под его опорами происходит деформация грунта. Изменяются физические свойства грунта как по глубине, так и в поперечных и продольных плоскостях, что фиксируется датчиками.

Достоинствами данного устройства является, во-первых, то, что исследование напряжений и перемещений грунта производятся в реальных условиях эксплуатации. Во-вторых, деформация грунта измеряется в трех плоскостях, что позволяет определить его сдвиговые и объемные характеристики. В-третьих, штанги, установленные в каретке, по меньшей мере, в два ряда и выполненные разной длины, позволяют проводить исследование напряжений и перемещений грунта не только по центральной оси опорной поверхности движителя, но и на некотором расстоянии (в зависимости от длины штанги) от нее одновременно. В-четвертых, измерение происходит на различной глубине слоя почвогрунта, что позволяет получить распределение напряжений и деформаций по его глубине.

Недостатками данного устройства является, во-первых, то, что нагружение слоя почвогрунта происходит конкретным транспортным средством, что влечет за собой его использование как обязательной составляющей всей системы испытания. Это приводит к дополнительным материальным затратам при испытаниях. Во-вторых, реостатный датчик продольных перемещений дает искаженную информацию о реальном перемещении, вследствие того, что штанга обладает значительной массой и инерцией, т.к. на ней располагаются датчик давлений и реостатные датчики вертикального и поперечного перемещений. В-третьих, возможно искажение информации вследствие давления грунта на корпус установки (изменение положения его в грунте) в результате движения транспортного средства. В-четвертых, воздействие нагрузки на слой почвогрунта непосредственно со стороны движущегося трактора создает дополнительные трудности в аналитическом описании действующих напряжений в слое почвогрунта, т.к. в этом случае эпюра давления описывается сложным законом, зависящим от типа гусеницы, параметров системы натяжения гусеницы, параметров системы подрессоривания, характеристик зацепления гусеницы с ведущей звездочкой и т.д. В связи с этим переход от экспериментальных данных с конкретным транспортным средством к расчетным для любого другого транспортного средства со своими параметрами аналитически не представляется возможным и поэтому предложенная установка может быть использована при анализе напряжений и перемещений грунта только под конкретным, уже существующим, транспортным средством. При этом полученные экспериментальные данные по оценке физико-механических свойств грунта не являются инвариантными, т.е. не зависящими от способа их определения.

Известно также устройство для исследования взаимодействия гусеничного трака с грунтом [4]. Устройство позволяет нагружать слой почвогрунта через исследуемый трак вертикальной нагрузкой при помощи гидроцилиндра и, после заглубления трака, - нагружать горизонтальной нагрузкой посредством движения трактора. Устройство имеет следующий вид. На раме, жестко закрепленной на тракторе, устанавливается подвижная рамка, выполненная в виде короба и перемещающаяся в двух парах направляющих роликов. Опоры роликов установлены в ползунах, горизонтальное перемещение которых ограничивается тензометрическими тягами. К днищу короба шарнирно крепится шток силового цилиндра механизма нагружения. В шарнире установлен тензометрический палец для измерения вертикальной реакции грунта. Снаружи к днищу короба крепится исследуемый трак.

Недостатками данного устройства являются, во-первых, разница во времени прикладывания вертикальной и горизонтальной силы. В реальных условиях ее практически не существует. Здесь же приложение сначала вертикальной нагрузки, а затем горизонтальной нагрузки приводит к погрешностям измерения.

Во-вторых, создание горизонтальной нагрузки достигается за счет движения трактора, что приводит к ее неравномерности в момент трогания трактора с места и погрешностям в измерении. В-третьих, измеряется только горизонтальное перемещение штампа, а, соответственно, деформация только верхнего слоя почвогрунта, что не дает полной картины распределения деформации в слое почвогрунта по его глубине. В-четвертых, использование рам мобильной техники, в частности трактора, в качестве обязательной составляющей всей системы испытания элементов гусеницы приводит к дополнительным материальным затратам при испытаниях. В-пятых, не происходит образования грунтового кирпича, что влечет за собой снижение горизонтальной (касательной) силы при испытаниях по сравнению с аналогичными условиями в реальности. В-шестых, не рассматривается возможность оценки физико-механических характеристик материала при циклических или меняющихся поочередно в двух противоположных сдвиговых направлениях нагрузках.

Известно также устройство для исследования взаимодействия гусеничного трака с грунтом [5]. Устройство обеспечивает нагружение слоя почвогрунта через тензометрический трак нормальной вертикальной и касательной нагрузками, создаваемыми гидроцилиндрами. Устройство содержит неподвижную раму, в направляющих которой установлена тележка с испытуемым траком, снабженным датчиками для измерения усилий и перемещаемым механизмом нагружения, выполненным в виде гидроцилиндра. При этом тележка снабжена вертикальными направляющими. Тележка имеет также гидроцилиндр для горизонтального перемещения ее по грунту, а трак соединен шарнирно со штоком гидроцилиндра механизма нагружения и снабжен двумя парами осей, попеременно входящих в две пары гнезд, закрепленных в блоке, перемещающемся по направляющим. Для надежной фиксации трака оси фиксируются в гнездах при помощи поворотного фиксатора, выполненного в виде самозаклинивающихся кулачков. Для формирования грунтового кирпича под испытуемым траком тележка снабжена двумя дополнительными траками, расположенными перед испытуемым траком и после него.

Достоинствами данного устройства являются: во-первых, обеспечение равномерности вертикальной и касательной нагрузок, во-вторых, обеспечение одновременности их приложения, в-третьих, моделирование грунтозацепа, погружающегося в грунт, в-четвертых, формирование грунтового кирпича под испытуемым траком.

Недостатками данного устройства являются следующие моменты. Во-первых, дополнительные грунтозацепы находятся на разных расстояниях от основного грунтозацепа, внедряющегося в грунт, что влечет за собой формирование неравномерных грунтовых кирпичей, приводящих к искажению достоверной информации. Во-вторых, расположение дополнительных грунтозацепов и внедряющегося между ними основного грунтозацепа противоречит реальной картине движения гусеничного трактора, т.к. заглубляемый грунтозацеп не может находиться между двумя уже погруженными в слой почвогрунта грунтозацепами. Это приводит к увеличению давления со стороны горизонтального нагружающего гидроцилиндра, что приводит к повышению нагрузок по сравнению с реальными условиями. В-третьих, измеряется только горизонтальное перемещение тележки, что соответствует касательной (сдвиговой) деформации слоя почвогрунта, находящегося в непосредственном контакте с грунтозацепами, и не соответствует реально происходящим процессам под движителями мобильных машин. Взаимное же влияние различных по величине и направлению нагрузок оказывает существенное влияние на оценку количественных величин физико-механических характеристик материалов. При этом деформации подвергаются также и нижние слои почвогрунта, что не определяется. Это не дает полной картины распределения деформации в слое почвогрунта по его глубине. В-четвертых, возможность проведения опыта без изменения начальных условий один раз, для повторного опыта с теми же начальными условиями необходима еще одна подготовка слоя почвогрунта, что может привести к разным начальным условиям и, соответственно, к погрешностям в измерениях. В-пятых, не рассматривается возможность оценки физико-механических характеристик материала при циклических или меняющихся поочередно в двух противоположных сдвиговых направлениях нагрузках.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для исследования взаимодействия гусеничного трака с грунтом [6]. При этом слой почвогрунта через исследуемое звено нагружают вертикальной нагрузкой при помощи гидроцилиндра, а после погружения звена в грунт производят горизонтальное смещение (сдвиг) при помощи лебедки. Номинальное значение касательной силы тяги определяют интегрированием площади эпюры касательного усилия, получаемой по результатам опыта

где Р_н - номинальное значение касательной силы тяги, Н;

П_Э - площадь эпюры касательного усилия по длине гусеничного движителя с базой L, Нм;

δ - величина установленного в опыте коэффициента буксования;

t - шаг звена гусеницы, м.

Устройство имеет следующий вид. По неподвижным горизонтальным направляющим на катках перемещается тележка. В ней выполнены вертикальные направляющие в виде роликов, между которыми помещен подвижный короб. Внутри него установлен гидроцилиндр нагружения, который шарнирно соединен одним концом с коробом, а другим - с тележкой. К нижней части короба крепится тензометрический комплекс с исследуемым звеном. Перемещение тележки по направляющим обеспечивается с помощью реверсивной лебедки. Она соединена с тележкой посредством троса, нижняя ветвь которого непосредственно соединяется с лебедкой, а верхняя ветвь - через обводной блок с целью обеспечения реверса тележки. Направляющие опираются на лыжи, необходимые для передвижения стенда по грунту.

Достоинствами данного способа и устройства являются, во-первых, возможность многократного повторения одного опыта при равных начальных условиях, во-вторых, равномерная вертикальная нагрузка, приложенная к исследуемому звену.

Недостатками способа и устройства являются, во-первых, разница во времени прикладывания вертикальной и горизонтальной нагрузок. Здесь приложение горизонтальной силы начинается после приложения вертикальной нагрузки. В реальных условиях под движителями мобильных машин этой временной разницы практически не существует. Во-вторых, приложение горизонтального усилия осуществляется за счет лебедки, т.е. за счет прикладывания постоянной скорости деформации к исследуемому звену. Это приводит к неравномерности касательной нагрузки (вследствие упруговязкопластичных свойств слоя почвогрунта) и делает необходимым аналитическим методом определять номинальное касательное усилие, что влияет на увеличение погрешности получаемых результатов. В-третьих, измеряется только горизонтальное перемещение исследуемого звена, и, соответственно, деформация только верхнего слоя почвогрунта, что не дает полной картины распределения деформации в слое почвогрунта по его глубине. В-четвертых, не происходит образование грунтового кирпича, что влечет за собой снижение касательной силы при испытаниях по сравнению с аналогичными условиями в реальности. В-пятых, самостоятельно задаются величиной коэффициента буксования, значение которой никак не скорректировано с реальными закономерностями нагружения слоя грунта, определяемыми типом гусеницы, параметрами системы натяжения гусеницы, параметрами системы подрессоривания, характеристиками зацепления гусеницы с ведущей звездочкой и т.д., а также со свойствами слоя почвогрунта.

Исследования показали, что взаимодействие движителей мобильных машин с опорной поверхностью основания принято моделировать с помощью плоских штампов круглой или прямоугольной формы. При нагружении штампа только вертикальной нагрузкой чаще используют круглые штампы, чтобы снизить влияние краевого эффекта. При нагружении штампа вертикальной и касательной нагрузками применяют прямоугольные штампы с элементами, моделирующими грунтозацепы движителей машин. В качестве таких штампов иногда применяются траки гусеничных движителей.

При этом данные реологических испытаний слоя опорного основания (почвогрунта), полученные при использовании траков, также можно использовать в математических моделях, описывающих взаимодействие различных по типу движителей с опорным основанием. Дело в том, что данные, полученные при нагружении штампа постоянными нагрузками (в соответствии с законом Хевисайда) или так называемые инвариантные значения физико-механических характеристик слоя почвогрунта (т.е. данные, не зависящие от способа их определения), можно применять для исследований на математических моделях процессов взаимодействия различных движителей, включив в математическую модель алгоритм расчета, учитывающий характер взаимодействия конкретного движителя с опорным основанием. При этом используются данные физико-механических характеристик слоя опорного основания, полученные как инвариантные, т.е., как установлено, полученные при постоянных законах нагружения (в соответствие с законом Хевисайда), при которых достаточно легко определить физико-механические характеристики слоя почвогрунта (например, в отличие от патента РФ №2192006).

Следует также отметить, что под любым движителем мобильных машин горизонтальное смещение слоя почвогрунта происходит сначала в сторону их движения, а затем - в противоположную, обеспечивая при этом, например, тяговое усилие при передвижении. При этом при различных режимах движения движителей по поверхности их контакта с опорным основанием касательные силы действуют по-разному, в зависимости от рассматриваемого участка контактной поверхности движителя. В связи с этим необходимо исследовать физико-механические характеристики слоя почвогрунта при циклических или меняющихся поочередно в двух противоположных сдвиговых направлениях нагрузках.

Цель изобретения - повышение эффективности испытаний, расширение информативности полученных результатов, позволяющих приблизиться к оценке реальных процессов, происходящих при контакте различных движителей со слоем почвогрунта.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для исследования физико-механических характеристик слоя почвогрунта, включающее механизм горизонтального нагружения штампа, состоящий из троса, обводных блоков и лебедки, неподвижную ванну (емкость) с почвогрунтом и горизонтальными направляющими, на которых размещена металлоконструкция в виде перемещаемой рамы (короба) с размещаемыми на ней звеном в виде штампа, тензометрическим комплексом и механизмом вертикального нагружения штампа, одним концом шарнирно соединенного с рамой, а другим - шарнирно со штампом, дополнительно снабжено механизмом горизонтального реверса штампа, входящего в механизм горизонтального нагружения штампа, установленным непосредственно на штампе, позволяющим нагружать штамп касательной нагрузкой по очереди в двух противоположных направлениях в короткий промежуток времени и состоящим из корпуса, двух попеременно подвижных относительно корпуса пластин, перемещаемых по опорным роликам, фиксатора, замыкающего сначала одну пластину, обеспечивая ее неподвижность относительно корпуса, а через некоторое время после начала нагружения штампа размыкающего с помощью рычага и механизма натяжения первую пластину, обеспечивая ее подвижность, и замыкающего вторую пластину, обеспечивая ее неподвижность относительно корпуса, снабжено рычагом с грузами, передающего постоянную вертикальную нагрузку на штамп, карданным шарниром и изменяющей свою длину осью, входящими в механизм вертикального нагружения штампа, снабжено подвижным датчиком вертикальной деформации слоя почвогрунта, входящим в тензометрический комплекс, перемещаемым по горизонтальной направляющей, закрепленной на перемещаемой раме, и соединенным через тягу со штампом, снабжено датчиками горизонтальной (сдвиговой) деформации слоя почвогрунта, входящими в тензометрический комплекс, один из которых соединен через тягу со штампом, а остальные контактируют со слоем почвогрунта через специальные толкатели, расположенные равномерно по глубине слоя почвогрунта непосредственно под штампом и закрепленые неподвижно на перемещаемой раме, при этом лебедка выполнена в виде полиспаста с опускаемым с определенной высоты грузом, а механизм горизонтального нагружения штампа установлен непосредственно на перемещаемой раме.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства, на фиг.2 изображена схема работы механизма вертикального нагружения штампа, на фиг.3 изображена схема механизма горизонтального реверса штампа, на фиг.4 изображен датчик вертикальной деформации, на фиг.5 изображена связь почвогрунта с датчиком горизонтальной деформации слоя почвогрунта.

Устройство содержит (см. фиг.1) неподвижную ванну 1 со слоем почвогрунта 2, на горизонтальных направляющих 3 которой жестко крепится перемещаемая от опыта к опыту рама 4. На перемещаемой раме 4 шарнирно закреплен рычаг 5 с грузами 6. К рычагу 5 через карданный шарнир 7, изменяющую свою длину ось 8, шарнир 9 и механизм горизонтального реверса штампа 10 крепится прямоугольный штамп 11 с закрепленными на нем грунтозацепами 12. На раме 4 также установлен полиспаст 13, через который совместно с тросом 14, обводными блоками 15 и механизмом горизонтального реверса штампа 10 соединены грузы 16 со штампом 11. На раме 4 также установлен тензометрический комплекс, соединяемый через усилитель 17 с осциллографом 18 и состоящий из подвижного датчика вертикальной деформации слоя почвогрунта 19, соединенного через тягу 20 со штампом 11 и перемещаемого по горизонтальной направляющей 21, закрепленной на перемещаемой раме 4, а также состоящий из датчиков горизонтальной деформации слоя почвогрунта 22, один из которых соединен через тягу 23 со штампом 11, а остальные контактируют со слоем почвогрунта 2 через специальные толкатели 24, расположенные по глубине слоя почвогрунта 2 непосредственно под штампом 11. Под рычагом 5 на неподвижной ванне 1 установлена специальная подставка 25, а на перемещаемой раме смонтировано стопорное устройство 26 для предотвращения действия вертикальной и горизонтальной нагрузок на штамп 11 во время подготовки устройства к исследованию физико-механических характеристик слоя почвогрунта.

Механизм горизонтального реверса штампа (см. фиг.3) состоит из корпуса 27, двух попеременно подвижных относительно корпуса пластин 28 и 29, перемещаемых по опорным роликам 30, фиксатора 31, замыкающего сначала одну (верхнюю) пластину 28, обеспечивая ее неподвижность относительно корпуса 27, а через некоторое время после начала нагружения и горизонтального смещения штампа 11, размыкающего с помощью рычага 32 и механизма натяжения 33 первую пластину 28, обеспечивая ее подвижность, и замыкающего вторую (нижнюю) пластину 29, обеспечивая ее неподвижность относительно корпуса 27. При этом пластина 28 соединена одним концом через трос 14 с первым концом второй пластины 29, второй конец которой соединен через трос 14 с полиспастом 13.

Подвижный датчик вертикальной деформации слоя почвогрунта 19 (см. фиг.4) состоит из тележки 34 с роликами 35, на которой вертикально расположен переменный резистор 36 (например, резистор типа СП3-23 А0, 25 Вт).

Связь почвогрунта с датчиком горизонтальной деформации 22 слоя почвогрунта 2 (см. фиг.5) обеспечивается через специальные толкатели 24, расположенные по глубине слоя почвогрунта 2 непосредственно под штампом и проходящие внутри специальной трубки 37, жестко прикрепляемой к боковой стенке неподвижной ванны 1, для устранения силы трения между толкателем 24 и слоем почвогрунта 2.

Устройство работает следующим образом (фиг.1).

Перемещаемую раму 4 устанавливают в крайнем положении относительно неподвижной ванны 1 и жестко закрепляют на горизонтальных направляющих 3. В слое почвогрунта 2 закладывают специальные толкатели 24 и соединяют их с датчиками горизонтальной деформации слоя почвогрунта 22. На поверхности слоя почвогрунта 2 с помощью изменяющей свою длину оси 8 устанавливают прямоугольный штамп 11 с закрепленными на нем грунтозацепами 12, предварительно подставив под рычаг 5 с грузами 6 специальную подставку 25. Верхний из датчиков горизонтальной деформации слоя почвогрунта 22 через тягу 23 соединяют со штампом 11. Стопорным устройством 26 закрепляют на подвижной раме 4 грузы 16, а затем, натягивая полиспаст 13 и тросы 14 через обводные блоки 15, жестко соединяют тросы 14 с механизмом горизонтального реверса штампа 10. Установив подвижный датчик вертикальной деформации слоя почвогрунта 19 на горизонтальную направляющую 21, его соединяют через тягу 20 со штампом 11. После этого включают усилитель 17 с осциллографом 18 и далее, практически мгновенно, нагружают штамп 11 вертикальной и горизонтальной нагрузками, предварительно убрав специальную подставку 25 из-под рычага 5, слегка приподняв его, а также выключив стопорное устройство 26, фиксирующее в неподвижном состоянии относительно перемещаемой рамы 4 грузы 16. Под действием вертикальной нагрузки со стороны рычага 5 штамп начинает перемещаться вниз и, одновременно, под действием горизонтальной нагрузки, обеспечиваемой механизмом горизонтального нагружения, - в сторону (направление А). При этом карданный шарнир 7, поворачиваясь и отслеживая горизонтальное смешение штампа 11, постоянно обеспечивает вертикальное положение оси 8, а следовательно, и абсолютно вертикальную нагрузку на штамп 11 (см. фиг.2). Через некоторое время, при достижении установленного с помощью механизма горизонтального реверса штампа 10 горизонтального смещения штампа 11 в направлении А, мгновенно срабатывает фиксатор 31 механизма горизонтального реверса штампа 10 и штамп 11 начинает смещаться в направлении Б под действием той же постоянной по величине, но обратной по направлению горизонтальной нагрузки. При этом направление и величина вертикальной нагрузки на штамп 11 остаются неизменными. В процессе деформирования штампом 11 слоя почвогрунта 2 производится регистрация показаний на осциллографе 18 датчиков 19 и 22, при этом подвижный датчик вертикальной деформации слоя почвогрунта 19 регистрирует только вертикальное смещение штампа 11, перемещаясь по направляющей 21 в горизонтальном направлении аналогично с горизонтальным смещением штампа 11 во времени (см. фиг.2). После проведения первого опыта перемещаемую раму 4 перемещают вдоль рамы по направляющим 3 и закрепляют на них так, чтобы штамп 11 мог быть установлен на новом месте подготовленного в ванне 1 слоя почвогрунта 2. Далее подготавливают и проводят второй опыт и т.д. Зарегистрированные на осциллографе 18 показания датчиков 19 и 22 по изменению вертикальной и горизонтальной деформации слоя почвогрунта во времени позволяют по соответствующей методике определить его физико-механические характеристики.

Механизма горизонтального реверса штампа 10 работает следующим образом (фиг.3). Фиксатором 31 замыкают верхнюю пластину 28, обеспечивая ее неподвижность относительно корпуса 27 механизма горизонтального реверса штампа 10. При этом своим нижним выступом фиксатор 31 опирается на верхнюю сторону пластины 29, прижимаясь к ней посредством рычага 32 и механизма натяжения 33. В начальный момент горизонтального нагружения штампа 11 механизм горизонтального нагружения посредством полиспаста 13 и троса 14 начинает перемещать пластину 29 в направлении А,Б (вправо на фиг.3), перемещаемую по нижним опорным роликам 30 относительно корпуса 27. При этом верхняя пластина 28 вместе с корпусом 27 (а, значит, и со штампом 11) перемещается в направлении А. В процессе относительного движения пластины 29 и корпуса 27 с фиксатором 31 последний приближается к отверстию в пластине 29. Через некоторое время, определяемое деформационными свойствами слоя почвогрунта и первоначальной установкой расстояния между нижним выступом фиксатора 31 и отверстием в пластине 29, при совмещении последних фиксатор 31 размыкается с верхней пластиной 28 и замыкается с нижней пластиной 29 посредством рычага 32 и механизма натяжения 33. При этом нижняя пластина 29 вместе с корпусом 27 (а, значит, и со штампом 11) начинает перемещаться в направлении Б, а верхняя пластина 28 продолжает перемещаться в направлении А, перемещаясь при этом относительно корпуса 27 по верхним опорным роликам 30.

Предлагаемое устройство позволяет качественно повысить эффективность испытаний, расширить информативность полученных результатов и приблизиться к реальным процессам, происходящим при взаимодействии движителя транспортного средства с грунтом.

Источники информации

1. Форссблад Л. Вибрационное уплотнение грунтов и оснований. /Пер. с англ. И.В.Гагариной. - М.: Транспорт, 1987. - 188 с.

2. Попова З.А. Исследование грунтов для дорожного строительства: (Лаборатор. и практич. работы). Учеб. пособие для техникумов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1985. - 126 с.

3. А. с. СССР 1242746, МКИ G 01 M 17/00. Установка для исследования напряжений и перемещений грунта под опорами транспортного средства/ В.М. Купцов, Н.Н. Полянсикий, Ю.Н. Теверовский, Е.Б. Цыганков, В.Д. Леонтьев, Г.В. Обминяный (СССР). - № 3822893/27-11; Заяв. 10.12.84; Опубл. 07.07.86, Бюл. № 25. - 5 с.: ил.

4. А. с. СССР 1418594, МКИ G 01 M 17/00. Устройство для исследования взаимодействия гусеничного трака с грунтом. /А.А. Бенц, Б.Н. Пинигин, В.И. Репин, В.А. Сударчиков, Д.Б. Чернин (СССР). - № 4239548/31-11; Заяв. 29.04.87; Опубл. 23.08.88, Бюл. № 31. - 2 с.: ил.

5. А. с.СССР 696333, МКИ G 01 M 17/00. Устройство для исследования взаимодействия гусеничного трака с грунтом. /А.А. Бенц, Д.Б. Чернин, Б.Н. Пинигин, Д.Г. Валиахметов (СССР). - № 2600499/27-11; Заявл. 07.04.78; Опубл. 05.11.79, Бюл. № 41. - 3 с.: ил.

6. Бенц А.А. Методика определения тяговых свойств трактора по сдвиговым характеристикам звена гусеницы /А.А. Бенц, Б.Н. Пинигин, В.А. Сударчиков, Д.Б. Чернин //Исследование силовых установок и шасси транспортных и тяговых машин: Тематический сборник научных трудов. - Челябинск: ЧПИ, 1985. - С.51-55.

Изобретение предназначено для исследования физико-механических характеристик слоя почвогрунта и может быть использовано в сельском хозяйстве, строительстве и тракторостроении. Устройство содержит неподвижную ванну со слоем почвогрунта, на горизонтальных направляющих которой жестко крепится перемещаемая от опыта к опыту рама. На перемещаемой раме шарнирно закреплен рычаг с грузами. К рычагу через карданный шарнир, изменяющую свою длину ось, шарнир и механизм горизонтального реверса штампа крепится прямоугольный штамп с закрепленными на нем грунтозацепами. На раме также установлен полиспаст, через который совместно с тросом, обводными блоками и механизмом горизонтального реверса штампа соединены грузы со штампом. На раме также установлен тензометрический комплекс, соединяемый через усилитель с осциллографом и состоящий из подвижного датчика вертикальной деформации слоя почвогрунта, соединенного через тягу со штампом и перемещаемого по горизонтальной направляющей, закрепленной на перемещаемой раме, а также состоящий из датчиков горизонтальной деформации слоя почвогрунта, один из которых соединен через тягу со штампом, а остальные контактируют со слоем почвогрунта через специальные толкатели, расположенные по глубине слоя почвогрунта непосредственно под штампом. Такое конструктивное выполнение устройства позволит повысить эффективность испытаний, точность измерений и расширить информативность полученных результатов. 5 ил.

Устройство для определения физико-механических характеристик слоя почвогрунта, включающее механизм горизонтального нагружения штампа, состоящий из троса, обводных блоков и лебедки, неподвижную ванну (емкость) с почвогрунтом и горизонтальными направляющими, на которых размещена металлоконструкция в виде перемещаемой рамы (короба) с размещаемыми на ней звеном в виде штампа, тензометрическим комплексом и механизмом вертикального нагружения штампа, одним концом шарнирно соединенного с рамой, а другим - шарнирно со штампом, отличающееся тем, что механизм горизонтального нагружения штампа установлен непосредственно на перемещаемой раме и дополнительно снабжен механизмом горизонтального реверса штампа, установленным непосредственно на штампе, позволяющим нагружать штамп касательной нагрузкой по очереди в двух противоположных направлениях в короткий промежуток времени и состоящим из корпуса, двух попеременно подвижных относительно корпуса пластин, перемещаемых по опорным роликам, фиксатора, замыкающего сначала одну пластину, обеспечивая ее неподвижность относительно корпуса, а через некоторое время после начала нагружения штампа, размыкающего с помощью рычага и механизма натяжения первую пластину, обеспечивая ее подвижность, и замыкающего вторую пластину, обеспечивая ее неподвижность относительно корпуса, лебедка выполнена в виде полиспаста с опускаемым с определенной высоты грузом, механизм вертикального нагружения штампа выполнен в виде рычага с грузами, передающего постоянную вертикальную нагрузку на штамп через карданный шарнир и изменяющую свою длину ось, тензометрический комплекс включает подвижный датчик вертикальной деформации слоя почвогрунта, перемещаемый по горизонтальной направляющей, закрепленной на перемещаемой раме, и соединенный через тягу со штампом, и датчики горизонтальной (сдвиговой) деформации слоя почвогрунта, один из которых соединен через тягу со штампом, а остальные контактируют со слоем почвогрунта через специальные толкатели, расположенные равномерно по глубине слоя почвогрунта непосредственно под штампом и закрепленные неподвижно на перемещаемой раме.