УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ГЕОТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ДИНАМИЧЕСКОМ ПРОДАВЛИВАНИИ Российский патент 2023 года по МПК G01N3/42 

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к области испытания на прочность тканых, нетканых, трикотажных и мембранных геотекстильных материалов (полотен) при их динамическом продавливании, предназначенных для использования в различных отраслях строительства.

Известно устройство для определения прочности материалов [Патент на изобретение №2014597 Российская Федерация, МПК G01N 33/38. Устройство для определения прочности стройматериалов / Тарлычев А.М.; заявитель и патентообладатель Тарлычев А.М. - №4921926/33; заявл. 29.03.1991; опубл. 15.06.1994. - 7 с.], содержащее корпус с рукояткой, сферический ударный наконечник и измеритель относительной силы удара со шкалой.

Недостатком технического решения является то, что данное устройство невозможно использовать для испытания геосинтетических материалов по следующим причинам. Во-первых, ввиду их низкой плотности относительно строительных изделий с высокой плотностью (например, бетона). Во-вторых, из-за высоких упругих свойств, где по этой причине на поверхности геотекстильных материалов не остается фиксированный след от воздействия сферического наконечника устройства, как это обычно происходит при испытании бетона, необходимого для юстировки самого устройства и определения уровня требуемого усилия.

Также известно устройство для испытания листовых материалов на продавливание [Патент на изобретение №1409923 Российская Федерация, МПК G01N 33/34. Устройство для испытания листовых материалов на продавливание / Прудский М.И.; заявитель и патентообладатель «Центральное конструкторско-технологическое бюро приборостроения с опытным производством» - №4140114; заявл. 29.10.1986; опубл. 15.07.1988. - 2 с.], содержащее механизм прижима образца, цилиндрический корпус, в котором размещен подвижный шток с шарикоподшипником, упругие элементы, два прижимных элемента, выполненных в виде колец, резиновую диафрагму, закрепленную на верхнем прижимном элементе, и механизм нагружения, содержащий гидроцилиндры.

Недостатком технического решения является то, что данное устройство невозможно использовать для испытания геосинтетических материалов (геокомпозитов, геоплит, геооболочек и других), по причине того, что для указанных геосинтетических материалов, используемых в дорожном строительстве, при разделении слоев дорожного полотна наиболее важным являются испытания от воздействий острых камней щебня или гравия. К тому же в нормативном документе [ОДМ 218.5.006-2010. Рекомендации по методикам испытаний геосинтетических материалов в зависимости от области их применения в дорожной отрасли. - М.: Росавтодор, 2010. - 66 с.] предусмотрено испытание с применением конусообразного наконечника, что более приближено к реальным условиям строительства и эксплуатации дорожного полотна.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению, является устройство для определения прочности геосинтетических материалов при их динамическом продавливании [Патент №171973 на полезную модель, Российская Федерация, МПК G01N 3/42. Устройство для определения прочности геосинтетических материалов при динамическом продавливании / Грушина Ю.С. Кусенкова А.А., Грузинцева Н.А., Иванов А.В., Гусев Б.Н., Семенов И.М.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «Ивановский государственный политехнический университет». - №2017108100; заявл. 10.03.2017; опубл. 22.06.2017. - 6 с.], содержащее стойку, кольцевой механизм для зажима испытуемого образца в горизонтальном положении, защитный экран, конус, направляющий стержень, где между цилиндрической поверхностью основания конуса и направляющим стержнем расположен датчик усилия продавливания, электрически соединенный через усилитель с измерительным устройством, другой конец направляющего стержня через муфту соединен со штоком электродвигателя линейного перемещения, который, в свою очередь, электрически через блок управления соединен с датчиком положения конуса.

Недостатками данного технического решения являются то, что при испытании геотекстильных (тканых, трикотажных, нетканых и мембранных) материалов, которые в отличие, например, от стеклопластиковых и картонных листовых материалов, а также отдельных видов геосинтетических материалов (геокомпозитов, геоплит, геооболочек), обладают высокими деформационными свойствами на растяжение и изгиб. По этой причине при испытании геотекстильных образцов на продавливание путем вертикального перемещения конуса в зоне испытания, ограниченной габаритами зажимного кольца, диаметр которого равен 150 мм и нормируется национальным стандартом ГОСТ Р 56337-2015 «Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические. Метод определения прочности при динамическом продавливании (испытание конусом)», и превышает максимальный диаметр конуса, который также устанавливается данным нормативным документом и составляет 50 мм, т.е. превышает в 3 раза, возникает неконтролируемый прогиб (фиг. 1) испытываемого образца, который не позволяет получить объективные данные о ключевой функциональной характеристике, отражающей усилие продавливания образца в зависимости от текущего диаметра конической поверхности перемещающегося конуса.

Другим негативным явлением от прогиба образца в зоне испытания является нарушение его целостности (частично наблюдается на фиг. 1 и в полной мере на фиг. 2) за пределами касания поверхности конуса, а именно в зоне зажимных колец испытываемого образца, что противоречит самой методике испытания материала на продавливание по ГОСТ Р 56337-2015 и приводит к недостоверным результатам испытаний.

Техническим результатом заявляемого устройства является повышение точности и достоверности измерений параметрических и функциональных показателей усилия продавливания в процессе испытания геотекстильных материалов (тканых, нетканых, трикотажных, мембранных) за счет исключения неконтролируемого прогиба испытываемого образца.

Указанный результат достигается тем, что в устройство для определения прочности геотекстильных материалов при динамическом продавливании, содержащее стойку, кольцевой механизм для зажима испытуемого образца в горизонтальном положении, защитный экран, конус, направляющий стержень, датчик усилия продавливания, усилитель с измерительным устройством, электродвигатель линейного перемещения, блок управления, датчик положения конуса, согласно изобретению дополнительно введены измерительная лента с цифровым кодом положения, жестко связанная с направляющим стержнем, линейный энкодер, драйвер управления, шаговый двигатель и диафрагма, расположенная под испытываемым образцом, где считывающая головка линейного энкодера электрически связана витой парой со входом драйвера управления шагового двигателя, который, в свою очередь, механически соединен с диафрагмой.

Достижение технического результата, заключающегося в повышении точности и достоверности процесса измерения, который происходит за счет возможности регулирования открытой площади продавливания испытываемого образца в зависимости от вертикального перемещения конуса, как продавливающего элемента, в результате чего исключается неконтролируемый прогиб испытываемого образца.

На фиг. 1 показан механизм возникновения неконтролируемого прогиба испытываемого образца.

На фиг. 2 показано нарушение целостности испытываемого образца из тканого геополотна помимо зоны его продавливания конусом, получившееся из-за неконтролируемого прогиба.

На фиг. 3 приведено изображение заявляемого устройства.

Устройство для определения прочности геотекстильных материалов при динамическом продавливании содержит стойку 1, в основании которой находятся регулировочные винты 2 для установки ее в вертикальное положение. Над основанием с амортизационным слоем 3 расположен кольцевой механизм 4 для зажима испытуемого образца 5 в горизонтальном положении, который закреплен зажимными винтами 6. Над кольцевым механизмом 4 размещен цилиндрический защитный экран 7, ось которого параллельна стойке 1. Параллельно стойке 1 соосно с защитным экраном 7 расположен электродвигатель 8 линейного перемещения со штоком 9. Электродвигатель 8 линейного перемещения электрически соединен с блоком управления 10, который соединен с позиционным датчиком 11 положения конуса 12. Шток 9 соосно соединен с направляющим стержнем 13 посредством муфты 14. На направляющем стержне 13 закреплен конус 12, на цилиндрической поверхности основания которого размещен датчик усилия продавливания 15, который электрически соединен с усилителем 16 и измерительным устройством 17. На направляющем стержне 13 размещена измерительная лента 18 с цифровым кодом положения. Считывающая головка линейного энкодера 19 электрически связана витой парой со входом драйвера 20 управления шагового двигателя 21, который, в свою очередь, механически соединен с диафрагмой 22, которая расположена под испытываемым образцом 5.

Устройство работает следующим образом.

Подготовленный для испытания образец 5 тканого (нетканого, трикотажного, мембранного) геотекстильного материала помещают в кольцевой механизм 4, зажимают его в горизонтальном положении и фиксируют зажимными винтами 6 без провисания (фиг. 3). Стойку 1 прибора устанавливают в вертикальном положении с помощью регулировочных винтов 2. С помощью блока управления 10 включают электродвигатель 8 линейного перемещения, при этом линейно вниз перемещаются шток 9 электродвигателя 8 линейного перемещения, а также направляющий стержень 13 с датчиком 15 усилия продавливания и конусом 12, выполняющим функцию продавливающего элемента. На направляющем стержне 13 также прикреплена измерительная лента 18 с цифровым кодом положения, где через считывающую головку линейного энкодера 19 сигнал поступает на драйвер 20 управления шаговым двигателем 21, который механически связан с зубчатой передачей диафрагмы 22, позволяющей регулировать площадь ее раскрытия в соответствии с площадью, обусловленной диаметром вертикально перемещающегося конуса 12 как продавливающего элемента в зоне образца 5. При этом сигнал с датчика 15 усилия продавливания поступает через усилитель 16 в измерительное устройство 17. Одновременно с датчика 11 положения конуса 12 сигнал поступает на блок управления 10.

При срабатывании датчика положения конуса 11 осуществляется остановка счета измерительного устройства 17, подается электрический сигнал в блок управления 10 и электродвигатель 8 выключается, а перемещение конуса 12 прекращается. В дальнейшем снимают показания с измерительного устройства 17 о значениях параметрических и функциональных показателей усилия продавливания в соответствующих единицах измерения и графиках. В исходное положение конус 12 возвращается реверсивной кнопкой в блоке управления 10.

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к области испытания на прочность геотекстильных (тканых, нетканых, трикотажных и мембранных) материалов (полотен) при их динамическом продавливании, предназначенных для использования в различных отраслях строительства. Устройство содержит стойку, кольцевой механизм для зажима испытуемого образца в горизонтальном положении, защитный экран, конус, направляющий стержень, датчик усилия продавливания, усилитель с измерительным устройством, электродвигатель линейного перемещения, блок управления, датчик положения конуса. Устройство дополнительно содержит измерительную ленту с цифровым кодом положения, жестко связанную с направляющим стержнем, линейный энкодер, драйвер управления, шаговый двигатель и диафрагму, расположенную под испытываемым образцом. Считывающая головка линейного энкодера электрически связана витой парой со входом драйвера управления шагового двигателя, который, в свою очередь, механически соединен с диафрагмой. Технический результат: повышение точности и достоверности процесса измерения. 3 ил.

Устройство для определения прочности геотекстильных материалов при динамическом продавливании, содержащее стойку, кольцевой механизм для зажима испытуемого образца в горизонтальном положении, защитный экран, конус, направляющий стержень, датчик усилия продавливания, усилитель с измерительным устройством, электродвигатель линейного перемещения, блок управления, датчик положения конуса, отличающееся тем, что дополнительно введены измерительная лента с цифровым кодом положения, жёстко связанная с направляющим стержнем, линейный энкодер, драйвер управления, шаговый двигатель и диафрагма, расположенная под испытываемым образцом, где считывающая головка линейного энкодера электрически связана витой парой со входом драйвера управления шагового двигателя, который, в свою очередь, механически соединен с диафрагмой.