Установка для трехосных испытаний грунтов статическими и динамическими нагрузками Советский патент 1991 года по МПК G01N3/10 

редается одновременно в полости 5 и 30„ Через шток 6 на образец передается осевое усилие Шток 29 давит на поршень 34 и сжимает воздушную подушку в полости 36с, Давление воздуха передается на боковую поверхность образца в камере 1 Величина давления воздуха регулируется ограничителем 41 хода поршня. При динамических испы- -JQ

таниях открывают элемент 22„ Клапан 17 вступает во взаимодействие с остальными элементами установки и, периодически приподнимаясь, сбрасывает давление в гидросистеме, что влечет одновременное периодическое снижение напряжений в образце 1 зеп„ ф-лы, 1 ил о

Изобретение относится к строительству, в частности к лабораторным испытаниям строительных свойств грунтов на стройплощадке о

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение ее надежности

На чертеже показана схема установки.

Установка содержит рабочую камеру 1 стабилометра, образованную основанием 2, корпусом 3 и крышкой 4, внутри которой встроен гидродомкрат, имеющий рабочую полость 5 и шток 6, посредством которого через штамп 7 передается осевое усилие на образец грунта 8, помещенный в резиновую оболочку 9, iерметично обжатую кольцами Юо По обеим сторонам образца 8 установлены пористые вставки 11, с противоположных сторон которых образованы полости 12, соединенные каналами 13, 14 и гибким трубопроводом 15 с внешними вспомогательными устройствами

Генератор гидравлических импуль- . сов состоит из корпуса 16, внутри которого расположен двухступенчатый сливной клапан 17, прижатый регулируемой пружиной 18 к установочному седлу 190 Подклапанная полость 20 соединяется гидролинией 21 через гидравлический запорньй элемент 22 с общей гидролинией 23 насосной станции 24. Расточка 2Ь, выполненная в теле корпуса 16 генератора гидравлических импульсов, выполняющая роль подкла- панной полости второй ступени клапана, сообщается со сливной гидроли- пией 26, связанной с баком 27„

Гидроцилиндр 28 со штоком 29 и рабочей полостью 30 соединяется параллельно, рабочей полости 5 гидродомкрата гидролинией 31 с общей гидролинией 23о Шток 29 передает усилие,

0

5

0

5

0

5

0

5

создаваемое давлением рабочей жидкости, подпружиненной пружинами 32, подвижной раме 33, жестко соединенной с поршнем 34 ресивера ЗЬ0 Подпоршне- вая полость 36 связана пневмолинией 37 с рабочей камерой 1 стабилометра, а надпоршневая полость 38 соединена с атмосферой каналом 39° Кроме того, ресивер имеет тормозную камеру 40, периодически перекрываемую от связи с атмосферой. Б никнем торце ресивера 35 установлен регулируемый ограничитель 41 хода поршня 34

Величины прикладываемых нагрузок и измеряемых параметров определяются по показаниям измерительных приспособлений 42-26.

Установка работает следующим образом

При включении насосной станции 24 рабочая жидкость поступает под заданным давлением по общей гидролинии 23 и гидролинии 31 в рабочую полость 5 гидродомкрата. Давление рабочей жидкости воспринимает шток 6 и передает возникающее осевое усилие посредством сопряженных с ним датчика 42 усилия, штампа 7 и пористой вставки 11 на образец грунта 8, помещенный в резиновую оболочку 93 закрепленную кольцами 10а Происходит статическое осевое сжатие образцов 80

Для создания всестороннего давления обжатия образца используется сжатый воздух, поступающий из подпорш- невой полости 36 по пневмолннии 37 в рабочую камеру 1 стабилометра, сжимаемый поршнем 34, жестко соединенным с подпружиненной пружинами 32 рамой 33, кинематически связанной со штоком 29s воспринимающим давление рабочей жидкости, поступающей в рабочую полость 30 гидроцилиндра 28 из

516

гидролинии 31, связанной с общей гидролинией 23 Регулирование величины всестороннего давления обжатия образца осуществляется при помощи регулируемого ограничителя 41 хода поршня Этим предусмотрена возможность оперативно изменять объем подпоршневой полости 36, что ведет к изменению давления в рабочей камере „ В случае возврата штока в первоначальное верхнее положение воздух, находящийся в подпоршневой полости, удаляется в атмосферу посредством канала 39„ Удаление воздуха продолжается до тех пор, пока не произойдет перекрытие расточки 38 о При дальнейшем движении поршня 34 вверх происходит сжатие воздуха в тормозной надпоршневой полос

ти, что предотвращает его жесткое соударение с корпусом.

При необходимости создания динамического напряжения образца грунта 8 в рабочей камере 1 необходимо переключить гидр авлич е с кий запор ный элемент 22 в положение, при котором гидролиния 23 соединяется с гидролинией 21. связанной с подкла- панной полостью 20 генератора гидравлических импульсов Преодолевая силу прижатия клапана 17 к устанозоччому седлу 19 от пружины 18, рабочая жидкость, находящаяся под давлением, перемещает клапан 17 соединяя подкла- панную полость 20 с расточкой Г5, сообщающейся гидролинией 26 с баком 27. Возникающий перепад давления на кромке клапана 17 ЙРц определяется суммарным расходом , пропорциональным усилию пружичы 18, Тое0

SQ U-fH T2gIv где jl) - расходный козффициэнт;

ЈМ

- площадь дросселирующей щели с

Суммарный расход glQ через дросселирующую щель равен

21Q QH QAOS;

QAOB РП.ЭО+ Qn.s +

ЧтРЭб)

де Q

Q

н дое

п.-го

расход гидронасоса; добавочный расход из гидросистемы;

расход жидкости, определяемый обратным ходом штока 29 за счет избыточного давления воздуха в камере 1 и подпоршневой полости 36,а

Чп.5

5

также усилия сжатия пружин 32 j

расход жидкости, определяемый обратным ходом штока 6 за счет действия упругих сил деформированного образца 8;

дополнительный расход из гидросистемы, определяемый суммарной податливостью (сжимаемостью) рабочей жидкости и трубопроводао С учетом расшифровки формула (2) принимает вид

(4)

QT

№

51Q Q« + QMO+ Qn,r+ Зтрчв

При подъеме клапана 17 через открывающуюся дроссельную щель проис ходит выпуск суммарного расхода жидкости, определяемого согласно зависимости (4), основная составляющая из которых, после расхода насоса, это расход жидкости, вытесняемой из по- 5 лости 30 гидроцилиндра, который преобладает над Qn.s- и QrpuS0

Поскольку закон расширения воздуха в рабочей камере I и подпоршневой полости 36 может быть v.iican согласно известной зависимости pV const, имеющей место при изотерми«ескоу расширении ноздххя:

v . .

(5)

P,V,

Vz

v Јih.

2 %

5 где V

УЈ сооть-ы ст jtfeuno объем во

5

духа в рабочей камере и подпоршневой полосы 36 л нижнем и верхнгг; крайних положениях поршня 3 и штука 29;

Р , РЛ - соответственно максимальное и минимальное давление во зцуха в камере 1 и подпоршневой полости 36, Ход пор:чня при прямом и обратном ходе (при нагрузке и разгрузке) определяется согласно зависимости V.

h

ОА

пр34(Ь)

50

55

При подъеме штока 29 вверх он будет двигаться со скоростъп

V ЈЯА- ,(7)

СР ЧоА где t код - время ходао

При площади поперечного сечения штока 29 Fnfli2g расход жидкости из рабочей полости 30 при его подъеме ратном ходе) вверх равен

Qr

П. 30

F

ПЛ,ЈЧ

V,

Р

(об- (8)

С учетом выражений (7), (6) и (5)

л ЈйА Qn.9o ПЛ )

txoA

F

гтЛ.21

Время обратного хода (подъема) штока 29 примерно равно половине длительности цикла нагружения, т„е0

tBfti Л Т,(10)

где

гр тп

период нагружения, равный

Т f ( - частота нагружения)0

V Зависимость 9 с учетом зависи(j о) примет вид

2 Епиг% Pi1 Я П.ЗОР™

а уравнение 4) с учетом зависимостей (1) и (11) примет вид

мо сти

(П)

3

/f-QH+2bnL-M- 25

ОИР2РЛр,4. )

75

(Q«

(13)

Следовательно, перепад давления на дросселирующей щели, который необходимо преодолеть усилием сжатой пружины 18, чтобы возвратить в исходное положение клапан 17, равен

2FluL23 Pi V-3v«- v,

+ PZ прэ °

др - „.-...--L--. /ЛГЦ1 01

Ц|U2 f J, 2g

Шток 29 гидроцилиндра возвращается в исходное положение со скоростью, имеющей определенное значение VCp, Когда шток 29 перемещается в крайнее положение до жесткого упора, его скорость резко падает до нуля, т„е, Vсв - 0. Расход жидкости из рабочей полости 30 также резко падает до ну- Л3 (QfrUo 0) что сопровождается

резким уменьшением перепада давления на дросселирующей щели до величины

ЛР sii

tirmу г

(14)

f Ц

2я

Конструктивные особенности двухступенчатого клапана 17 обеспечивают выполнение неравенства

(15)

Р

Р Ј

-, усилие пружины 18; - эффективная площадь второй ступени клапана 17„

10

Под действием пружины 18 плунжер перекрывает дросселирующую щель и пе- ремещается вниз до посадки на седло „

Прекращение расхода жидкости из рабочей полости 30 вызывает снижение перепада давления не только на дросселирующей щели, но и давления в под- клапанной полости 20 до значения, которое не успевает возрасти до величины

UP

f-M.

(16)

5

5

0

о 5

0

5

исключающей посадку плунжера на седло 5 за время t. 0 Это обусловлено низкой гидравлической жесткостью гидросистемы, обеспечиваемой наличием связи штока .29 с поршнем 34, подпружиненным через раму 33 пружинами,32 и воздушной подушкой в полости 36 и камере 1, вследствие чего после обеспечения слива давление в гидросистеме при работающем гидронасосе поднимается до величины &Рщ за время t, большее, чем время t. перемещения клапана 17 до посадки на седло0 В результате описанного взаимодействия клапан 17 работает в устойчивом автоколебательном режиме и генератор 16 гидравлических импульсов обеспечивает динамический режим нагружения испытуемого образца

) Подсоединение полости рабочей камеры 1, содержащей испытуемый образец грунта 8, помещенный в резиновую оболочку 9 и загерметизированный кольцами 10, к внешним вспомогательным устройствам посредством пористых вставок 11, полостей 12, каналов 13, 14 и гибкого трубопровода 15 позволяет во время испытаний производить нагрев образца теплым воздухом, увлажнять его или удалять из него воду

И ТоПо

Предлагаемая установка позволяет изучать закономерности поведения грунтов при трехосном воздействии на них статическими и динамическими нагрузками, что наиболее соответствует действующим нагрузкам в естественных условиях эксплуатациИо

По сравнению с прототипом предлагаемая установка имеет более простую компоновку устройства для создания динамической нагрузки генератора гидравлических импульсов, так как взамен устройства для создания вертикальной динамической нагрузки и дополнительного устройства для создания радиальной динамической нагрузки с подпружиненным клапаном и гидроци- пиндром с поршнем в предлагаемом решении использован один Генератор гидравлических импульсов. Это позволяет существенно упростить конструкцию снизить количество точных подвижных сопряжений деталей и уплотнений этих сопряжений в зонах высокого давления что позволяет увеличить надежность работы установки

Формула изобретения

1 о Установка для трехосных испытаний грунтов статическими и динамическими нагрузками, включающая рабочую камеру стабилометра для трехосных испытаний, устройства для создания осевой и радиальной нагрузки с гидроцилиндром и ресивером и измерительные приспособления, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения ее на- дежности, она снабжена генератором гидравлических импульсов с запорным

Q

5

S

0

элементом и насосной станцией, причем генератор гидравлических импульсов выполнен в виде подпружиненного двухступенчатого сливного клапана, ресивер снабжен подпружиненным поршнем и выполнен в виде пневмоцилиндра с расточкой и выпускным отверстием в средней части и тормозной надпоршне- вой полостью, поршень жестко связан со штоком гидроцилиндра, а устройство для создания осевой нагрузки выполнено в виде гидродомкрата, при этом гидродомкрат, гидроцилиндр и генератор гидравлических импульсов связаны общей гидролинией с насосной станцией с возможностью отключения от нее генератора гидравлических импульсов запорным элементом, а рабочая камера стабилометра сообщена с подпоршневой полостью ресивера,,

20 Установка по п, 1 , о т л и ч а- ю щ а я с я тем, что пневмоцилиндр ресивера снабжен в подпоршневой полости регулируемым ограничителем хода поршняо