RU2485474C1 - Device for frozen soil testing with ball stamp - Google Patents

Device for frozen soil testing with ball stamp Download PDF

Info

Publication number
RU2485474C1
RU2485474C1 RU2012101562/28A RU2012101562A RU2485474C1 RU 2485474 C1 RU2485474 C1 RU 2485474C1 RU 2012101562/28 A RU2012101562/28 A RU 2012101562/28A RU 2012101562 A RU2012101562 A RU 2012101562A RU 2485474 C1 RU2485474 C1 RU 2485474C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ball
stamp
ball stamp
testing
load
Prior art date
Application number
RU2012101562/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Геннадий Григорьевич Болдырев
Елена Геннадьевна Болдырева
Илья Хамитович Идрисов
Аркадий Иванович Елатонцев
Олег Алексеевич Виноградов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Геотек" (ООО "НПП "Геотек")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Геотек" (ООО "НПП "Геотек") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Геотек" (ООО "НПП "Геотек")
Priority to RU2012101562/28A priority Critical patent/RU2485474C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2485474C1 publication Critical patent/RU2485474C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

FIELD: testing equipment.
SUBSTANCE: device for frozen soil testing with a ball stamp comprises a ball stamp, a support board, stands, a soil sample. The device is made of three mechanically and electrically interconnected parts: a mechanism of vertical loading, a mechanism of soil sample rotation, a unit to control ball motors and to convert signals from force sensors and to transfer into a digital form for communication with a computer via an interface. The mechanism of vertical loading has a step motor, a reducer and a force sensor for load measurement. The sample rotation mechanism comprises a rotary platform, a step motor, a geared wheel, a toothed belt and a geared disc. There are limit switches to limit motion of the ball stamp. Tests are performed automatically under computer control.
EFFECT: increased accuracy of load control and measurement of deformation in time, expanded range of examination and increased efficiency of testing.
5 cl, 5 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Техническое решение относится к области строительства и предназначено для определения механических свойств мерзлых грунтов в лабораторных условиях.The technical solution relates to the field of construction and is intended to determine the mechanical properties of frozen soils in laboratory conditions.

Уровень техникиState of the art

Аналогом данного предлагаемого изобретения является УСТАНОВКА ДЛЯ КОМПРЕССИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ГРУНТА (патент RU 2245963 С1 на изобретение, заявка 2003132591/09 от 06.11.2003, МПК E02D 1/00, опубликовано 10.02.2005, патентообладатель Открытое акционерное общество по инженерно-строительным изысканиям «Стройизыскания» (RU), авторы Писаненко В.П., Гоголев B.C., Лавров С.П., Котова Т.В.), содержащая упорные конструкции, включающие несущую плиту, соединенную с помощью опорных стоек с основанием, на котором смонтирован механизм осевого нагружения образца грунта, а также силоизмерительную конструкцию, выполненную в виде оснащенной измерительными средствами рамы, образованной двумя продольными тягами и двумя поперечными балками, верхняя из которых имеет опорную часть для восприятия измеряемых усилий, отличающаяся тем, что поперечное сечение верхней балки по оси симметрии установки выполнено в форме горизонтального двутаврового профиля, на рабочих полках которого размещены измерительные средства, представляющие собой тензометрические датчики, а на стенке - опорная часть для восприятия измеряемых усилий.An analogue of this proposed invention is the INSTALLATION FOR COMPRESSION TESTS OF SOIL (patent RU 2245963 C1 for invention, application 2003132591/09 of November 6, 2003, IPC E02D 1/00, published on February 10, 2005, patent holder Open Joint-Stock Company for Civil Engineering Surveys "Construction surveys" (RU), authors Pisanenko V.P., Gogolev VS, Lavrov S.P., Kotova T.V.), which contains thrust structures, including a supporting plate, connected by supporting posts to a base on which the axial loading mechanism of the sample is mounted soil as well as silage The test design, made in the form of a frame equipped with measuring means, formed by two longitudinal rods and two transverse beams, the upper of which has a supporting part for the perception of the measured forces, characterized in that the cross section of the upper beam along the axis of symmetry of the installation is made in the form of a horizontal I-beam, on the working shelves of which measuring means are placed, which are strain gauges, and on the wall there is a supporting part for the perception of the measured forces.

Недостатками аналога являются отсутствие возможности испытаний мерзлого грунта шариковым штампом, автоматизации и низкая производительность измерений.The disadvantages of the analogue are the inability to test frozen soil with a ball stamp, automation and low measurement performance.

Другим аналогом данного технического решения является СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОГО СЦЕПЛЕНИЯ МЕРЗЛОГО ГРУНТА (авторское свидетельство SU 1561032 А1 на изобретение, заявка 4326256 от 09.11.1987, МПК G01N 33/24, опубликовано 30.04.1990, правообладатель Московский инженерно-строительный институт им. В.В.Куйбышева, авторы Ухов С.Б., Монастырский А.Е., Королев М.В.), включающий установку на поверхность образца грунта при заданной температуре шарового штампа, приложение к штампу сжимающей нагрузки, измерение осадки образца во времени и определение длительного сцепления по измеренным данным, отличающийся тем, что с целью повышения точности и снижения трудоемкости путем определения длительного сцепления мерзлого грунта при разных температурах на одном образце приложение нагрузки на штамп осуществляют через жесткий упругий элемент, а в процессе нагружения дополнительно измеряют изменение нагрузки во времени до ее стабилизации, после чего температуру образца ступенчато повышают, не изменяя место установки штампа, причем на каждой ступени температуры производят измерение осадки образца и изменения нагрузки во времени до их стабилизации и по этим стабилизированным величинам определяют длительное сцепление мерзлого грунта при разных температурах.Another analogue of this technical solution is the METHOD FOR DETERMINING LONG CLUTCH OF FROZEN SOIL (copyright certificate SU 1561032 A1 for an invention, application 4326256 dated 11/09/1987, IPC G01N 33/24, published on 04/30/1990, copyright holder V.V. Moscow Engineering and Construction Institute. .Kuybysheva, authors Ukhov SB, Monastyrsky AE, Korolev MV), which includes installing a ball stamp on the surface of the soil sample at a given temperature, applying a compressive load to the stamp, measuring the sedimentation of the sample in time and determining a long adhesion According to the measured data, characterized in that in order to increase the accuracy and reduce the complexity by determining the long-term adhesion of frozen soil at different temperatures on one sample, the application of the load on the stamp is carried out through a rigid elastic element, and during loading, the load changes in time before it is additionally measured stabilization, after which the temperature of the sample is stepwise increased, without changing the place of installation of the stamp, and at each temperature step measure the precipitation of the sample and changes I load in time until they stabilize and from these stabilized values determine the long-term adhesion of frozen soil at different temperatures.

Недостатком данного аналога является невозможность автоматизированного приложения нагрузки и измерения деформации, что снижает его производительность.The disadvantage of this analogue is the impossibility of an automated application of the load and strain measurement, which reduces its performance.

Следующим аналогом является шариковый прибор (Руководство по определению физических, теплофизических и механических характеристик мерзлых грунтов, издательство Москва, 1973, Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве ГОССТРОЯ СССР, Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт оснований и подземных сооружений ГОССТРОЯ СССР, www.complexdoc.ru/…/rukovodstvo_po_opredeleniyu_fizicheskikh_teplofizicheskikh_i_mekhanicheskik.pdf) [Л1].The next analogue is a ball device (Guidance on the determination of the physical, thermophysical and mechanical characteristics of frozen soils, Moscow publishing house, 1973, Production and research institute for engineering surveys in construction GOSSTROY USSR, Order of the Red Banner of Labor Research Institute of Grounds and Underground Structures GOSSTROY USSR, www.complexdoc.ru/.../rukovodstvo_po_opredeleniyu_fizicheskikh_teplofizicheskikh_i_mekhanicheskik.pdf) [L1].

В соответствии с руководством (стр.158, 159), см. приложение к заявке:In accordance with the manual (p. 158, 159), see the annex to the application:

4.136. Определение эквивалентного сцепления мерзлых грунтов рекомендуется производить на шариковых приборах. Схематическое изображение одного из них представлено на рис.18. Шариковые приборы состоят из следующих основных частей: опорной плиты, являющейся основанием прибора и служащей подставкой для испытуемого образца грунта; консоли с установленными на ней грузовой площадкой, измерительным прибором, шариковым штампом и направляющей стойки, на которой крепится консоль и осуществляется ее фиксация в рабочем положении. Каждый шариковый прибор имеет набор штампов разного диаметра.4.136. Determining the equivalent adhesion of frozen soils is recommended to be done on ball devices. A schematic representation of one of them is shown in Fig. 18. Ball devices consist of the following main parts: a base plate, which is the base of the device and serves as a stand for the test soil sample; consoles with a loading platform, a measuring device, a ball stamp and a guide rack on which the console is mounted and fixed in the working position. Each ball device has a set of dies of different diameters.

4.137. Для определения эквивалентного сцепления мерзлого грунта могут быть рекомендованы одноштоковые и многоштоковые шариковые приборы (рис.19 и 20). Одноштоковые приборы отличаются простотой конструкции, небольшим весом и малыми габаритами. Преимущество многоштоковых приборов заключается в возможности одновременного проведения измерений в нескольких (по числу штоков) точках испытуемого образца, что повышает точность определяемых характеристик и сокращает сроки испытаний.4.137. To determine the equivalent adhesion of frozen ground, single-rod and multi-rod ball devices can be recommended (Fig. 19 and 20). Single-stem devices are simple in design, light in weight and small in size. The advantage of multi-rod instruments is the ability to simultaneously measure at several (in terms of the number of rods) points of the test sample, which increases the accuracy of the characteristics being determined and shortens the test time.

Трехштоковый прибор конструкции НИС Гидропроекта (рис.20).Three-rod device design NIS Hydroproject (Fig. 20).

Недостатком данного аналога является отсутствие автоматизации испытаний.The disadvantage of this analogue is the lack of test automation.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого предлагаемого изобретения является ПРИБОР ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ ШАРИКОВЫМ ШТАМПОМ (ГОСТ 12248-96 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. Изд-во Стандартов, 01.01.1997 [Л2]), включающий шариковый штамп, опорную плиту, стойки, рычажный пресс, подвижный столик, подвижный стержень с держателем шарика, ручку стопорного винта, уравнительные винты, контргруз, гири, индикатор деформаций, образец грунта.The closest analogue (prototype) of the claimed invention is the DEVICE FOR TESTING FROZEN SOILS WITH A BALL STAMP (GOST 12248-96 "Soils. Laboratory methods for determining the characteristics of strength and deformability. Standard Publishing House, 01.01.1997 [L2]), including a ball stamp, base plate, racks, lever press, movable table, movable shaft with ball holder, locking screw handle, leveling screws, counterweight, weights, deformation indicator, soil sample.

Недостатками прототипа являются низкая точность измерения нагрузки, ручное управление созданием и поддержанием во времени постоянного значения нагрузки и измерения деформации, а также низкая производительность испытаний.The disadvantages of the prototype are the low accuracy of the load measurement, manual control over the creation and maintenance of a constant value of the load and strain measurements over time, as well as low test performance.

Объяснение недостатков прототипа.Explanation of the disadvantages of the prototype.

1. В прототипе внешняя нагрузка на образец мерзлого грунта прикладывается весом гирь через рычаг, имеющий заданное передаточное число. Для обеспечения точности прикладываемой нагрузки необходимо периодически выполнять калибровку веса гирь в региональных центрах метрологии и стандартизации, что создает неудобства при эксплуатации подобных приборов. Кроме того, передаточное число рычага и подвеска для гирь могут изменяться во времени из-за износа узлов крепления, что оказывает влияние на точность прикладываемой нагрузки. Дополнительным недостатком создания и контроля нагрузки является то, что ее величину приходится вручную заносить в журнал испытаний. Согласно п.6.1.4.1 ГОСТ 12248-96 нагрузка на образец должна прикладываться плавно, ступенями не менее пяти, что сложно выполнить, используя для этой цели рычаг. В том случае если нагрузка прикладывается домкратом, то для постоянства заданной ступени погружения необходимо контролировать падение нагрузки вследствие ползучести испытуемого образца грунта, что также трудоемко и сложно сделать в ручном режиме управления.1. In the prototype, an external load on a frozen ground sample is applied by the weight of weights through a lever having a given gear ratio. To ensure the accuracy of the applied load, it is necessary to periodically calibrate the weight of weights in the regional centers of metrology and standardization, which creates inconvenience in the operation of such devices. In addition, the gear ratio of the lever and the suspension for weights may vary over time due to wear of the attachment points, which affects the accuracy of the applied load. An additional disadvantage of creating and controlling the load is that its value must be manually entered into the test log. According to clause 6.1.4.1 of GOST 12248-96, the load on the sample must be applied smoothly, in steps of at least five, which is difficult to accomplish using the lever for this purpose. In that case, if the load is applied by a jack, then for the constancy of the given immersion stage it is necessary to control the load drop due to creep of the tested soil sample, which is also laborious and difficult to do in manual control mode.

2. Для измерения деформации образца применен индикатор часового типа, показания с которого снимаются вручную и заносятся лаборантом в журнал испытаний, что требует определенного времени, увеличивая тем самым трудоемкость и снижает производительность испытаний.2. To measure the deformation of the sample, a dial-type indicator was used, the readings from which are taken manually and entered by the laboratory assistant in the test log, which requires a certain amount of time, thereby increasing the complexity and reducing the test performance.

3. Испытания шариковым штампом проводятся только в одной точке на поверхности образца.3. Ball stamp tests are carried out at only one point on the surface of the sample.

Пояснения. Согласно ГОСТ 12248-96 испытание мерзлого грунта шариковым штампом проводят для определения предельно длительного значения эквивалентного сцепления ceq мелких и пылеватых песков и глинистых грунтов, кроме заторфованных засоленных и сыпучемерзлых разностей этих грунтов. Предельно длительное значение эквивалентного сцепления определяют по глубине погружения шарикового штампа в образец грунта от заданной нагрузки при температуре испытаний не ниже минус 5°С. Далее по пунктам данного ГОСТ 12248-96:Explanations According to GOST 12248-96, frozen soil is tested with a ball stamp to determine the extremely long value of the equivalent adhesion c eq of fine and dusty sands and clay soils, except for peaty saline and freeze-dried differences of these soils. The extremely long value of equivalent adhesion is determined by the depth of immersion of the ball stamp in the soil sample from a given load at a test temperature of at least minus 5 ° C. Further, according to the points of this GOST 12248-96:

6.1.2.1 В состав установки для испытаний мерзлого грунта шариковым штампом должны входить:6.1.2.1 The installation for testing frozen soil with a ball stamp shall include:

- шариковый штамп диаметром (22±2) мм с опорной плитой и подвижным столиком;- ball stamp with a diameter of (22 ± 2) mm with a base plate and a movable table;

- плоский штамп для предварительного обжатия образца грунта;- flat stamp for preliminary compression of the soil sample;

- рабочее кольцо для отбора грунта;- working ring for soil selection;

- механизм для вертикального нагружения образца грунта;- a mechanism for vertical loading of a soil sample;

- устройство для измерения глубины погружения шарикового штампа.- a device for measuring the depth of immersion of a ball stamp.

6.1.4.1 К образцу грунта плавно, не допуская ударов, прикладывают нагрузку, увеличивая ее ступенями, общее число которых должно быть не менее пяти.6.1.4.1. A load is applied to the soil sample smoothly, avoiding impacts, increasing the load in steps, the total number of which should be at least five.

6.1.4.3 На каждой ступени нагружения снимают отсчеты по всем приборам для измерения вертикальной деформации образца грунта через 5, 10, 20, 30 и 60 минут после приложения нагрузки, затем через 2 часа в течение рабочего дня и далее - два раза в сутки (в начале и конце рабочего дня) до условной стабилизации деформации.6.1.4.3 At each loading stage, readings are taken for all instruments for measuring the vertical deformation of the soil sample 5, 10, 20, 30, and 60 minutes after application of the load, then after 2 hours during the working day and then twice a day (in beginning and end of the working day) until the conditional stabilization of the deformation.

6.1.4.4 За критерий условной стабилизации деформации принимают приращение вертикальной деформации, не превышающее 0,01 мм за 12 часов.6.1.4.4 The conditional stabilization of deformation is taken as the increment of vertical deformation not exceeding 0.01 mm in 12 hours.

Выполнить вручную запись деформации образца грунта во времени, с заданным интервалом и в течение нескольких суток трудоемко, в особенности, если в лаборатории используется одновременно несколько приборов, и что невозможно сделать в ночное время в отсутствие лаборанта.To manually record the deformation of the soil sample over time, with a given interval and for several days, is laborious, especially if several instruments are used in the laboratory at the same time, and that cannot be done at night in the absence of a laboratory assistant.

6.1.4.6 Может быть проведено повторное испытание на том же образце при соблюдении условия: центр следующего погружения шарикового штампа должен отстоять от границ предыдущих отпечатков шарика и от края образца не менее чем на половину диаметра шарика.6.1.4.6 A second test may be carried out on the same specimen subject to the following condition: the center of the next immersion of the ball stamp must be at least half the diameter of the ball from the edges of the previous ball prints and from the edge of the specimen.

В этом случае необходимо вручную переместить образец по опорной плите с выполнением условия: центр следующего погружения шарикового штампа должен отстоять от границ предыдущих отпечатков шарика и от края образца не менее чем на половину диаметра шарика, что требует как дополнительных затрат времени, так и обеспечения точности смещения образца на заданное расстояние.In this case, it is necessary to manually move the sample along the base plate with the following conditions: the center of the next dipping of the ball stamp must be at least half the diameter of the ball from the edges of the previous ball prints and from the edge of the sample, which requires both additional time and ensuring the accuracy of the displacement sample at a given distance.

Сущность технического решенияThe essence of the technical solution

Известен прибор для испытания мерзлых грунтов шариковым штампом, включающий шариковый штамп, опорную плиту, стойки, индикатор деформаций, образец грунта.A known device for testing frozen soils with a ball stamp, including a ball stamp, base plate, racks, deformation indicator, soil sample.

Цель изобретения - повышение точности контроля нагрузки и измерения деформации во времени, расширение диапазона исследований и повышение производительности испытаний.The purpose of the invention is to increase the accuracy of load control and measurement of strain over time, expanding the range of studies and improving test performance.

Поставленная цель достигается тем, что прибор выполнен из трех механически и электрически взаимосвязанных частей: механизма вертикального нагружения, механизма вращения образца грунта, блока управления шаговыми двигателями и преобразования сигналов с датчиков силы и перемещения в цифровой вид с компьютером и интерфейсом.This goal is achieved in that the device is made of three mechanically and electrically interconnected parts: a vertical loading mechanism, a soil sample rotation mechanism, a stepper motor control unit and conversion of signals from force and displacement sensors into a digital form with a computer and interface.

Механизм вертикального нагружения имеет шаговый двигатель, редуктор и датчик силы для измерения нагрузки.The vertical loading mechanism has a stepper motor, gearbox and force sensor for measuring the load.

Механизм вращения образца имеет поворотную платформу, шаговый двигатель, зубчатое колесо, ременную зубчатую передачу и зубчатый диск.The sample rotation mechanism has a rotary platform, a stepper motor, a gear wheel, a belt gear and a gear disk.

Для ограничения движения шарикового штампа введены концевики.To limit the movement of the ball stamp introduced end switches.

Испытания выполняются автоматически под управлением компьютера.Tests are performed automatically under computer control.

Перечень фигур, чертежей и иных материаловList of figures, drawings and other materials

На фиг.1 изображен общий вид конструкции прибора.Figure 1 shows a General view of the design of the device.

На фиг.2 изображено сечение конструкция прибора.Figure 2 shows a cross section of the design of the device.

На фиг.3 изображен вид сверху на конструкцию прибора.Figure 3 shows a top view of the design of the device.

На фиг.4 изображена схема автоматического управления и измерения нагрузки и деформации.Figure 4 shows a diagram of automatic control and measurement of load and deformation.

На фиг.5 приведено аксонометрическое изображение прибора.Figure 5 shows an axonometric image of the device.

Пример реализации технического решенияAn example of the implementation of a technical solution

На фиг.1, 2, 3 прибор содержит опорную плиту 1 с двумя стойками 2, траверсу 3, на которой закреплен редуктор с шаговым двигателем 5.In figure 1, 2, 3, the device contains a base plate 1 with two uprights 2, a traverse 3, on which a gearbox with a stepper motor 5 is fixed.

На опорной плите 1 находится поворотная платформа 6, на которой закреплена съемная чаша 7 с кольцом 8 и образцом грунта 9 и плоским штампом 10. Чаша 7 закреплена винтом 11 на зубчатом диске 12, который имеет подшипник 13 и при помощи втулки 14 прикреплен к поворотной платформе 6.On the base plate 1 there is a rotary platform 6, on which a removable bowl 7 with a ring 8 and a soil sample 9 and a flat stamp 10 is fixed. The bowl 7 is fixed with a screw 11 on the toothed disk 12, which has a bearing 13 and is attached to the rotary platform with a sleeve 14 6.

Поворотная платформа 6 имеет два радиальных паза 15 с винтами 16, 17.The rotary platform 6 has two radial grooves 15 with screws 16, 17.

Шаговый двигатель 18 закреплен на поворотной платформе 6, вал шагового двигателя 19 соединен с зубчатым колесом 20, которое через ременчатую зубчатую передачу 21 соединено с зубчатым диском 12.The stepper motor 18 is mounted on the rotary platform 6, the shaft of the stepper motor 19 is connected to the gear wheel 20, which is connected to the gear disk 12 through the belt gear 21.

Вал редуктора соединен через шариковинтовую пару 4 с датчиком силы 22, к которому в нижней части прикреплен съемный шариковый штамп 23.The gearbox shaft is connected via a ball screw pair 4 to a force sensor 22, to which a removable ball stamp 23 is attached at the bottom.

На одной из стоек 2 закреплен подвижный держатель 24 с датчиком вертикальных перемещений 25 с пружиной 26 и штоком 27.A movable holder 24 with a vertical displacement sensor 25 with a spring 26 and a rod 27 is fixed on one of the racks 2.

На двух взаимно противоположных стойках 2 при помощи двух скользящих втулок 28 закреплена подвижная траверса 29, на одном из концов которой закреплен геркон 30. На стойке 2 закреплены два скользящих концевика 31 с магнитами 32.On two mutually opposite racks 2 with the help of two sliding sleeves 28, a movable beam 29 is fixed, at one end of which a reed switch 30 is fixed. Two sliding ends 31 with magnets 32 are fixed on the rack 2.

На опорной плите 1 и траверсе 3 закреплены разъемы 33, 34, 35 для электрического подключения датчика силы 22, датчика перемещений 25, шаговых двигателей 5, 18, геркона 30 к блоку 36 (фиг.4) управления шаговыми двигателями и преобразования сигналов с датчиков в цифровой вид.On the base plate 1 and traverse 3, connectors 33, 34, 35 are fixed for electrical connection of the force sensor 22, displacement sensor 25, stepper motors 5, 18, reed switch 30 to the block 36 (Fig. 4) for controlling stepper motors and converting signals from sensors to digital view.

На фиг.4 изображена схема автоматического управления и измерения нагрузки и деформации, которая включает компьютер 37, соединенный интерфейсом 38 с блоком 36 управления шаговыми двигателями и преобразования сигналов с датчиков в цифровой вид.Figure 4 shows a diagram of automatic control and measurement of load and deformation, which includes a computer 37 connected by an interface 38 to a unit 36 for controlling stepper motors and converting the signals from the sensors into a digital form.

Блок управления 36 соединен кабелями 39 (силы), 40 (перемещения), 41 (концевики), 42 (редуктор вертикального нагружения), 43 (редуктор поворота) с разъемами 33, 34, 35, усиливает и преобразует сигналы в цифровой вид с датчиков и оказывает управляющее воздействие на шаговые двигатели 5, 18.The control unit 36 is connected by cables 39 (force), 40 (displacement), 41 (trailer), 42 (vertical reduction gear), 43 (rotation reducer) with connectors 33, 34, 35, amplifies and converts the signals into digital form from sensors and has a control effect on the stepper motors 5, 18.

Прибор для испытания мерзлых грунтов шариковым штампом работает следующим образом.A device for testing frozen soils with a ball stamp works as follows.

Этап 1. Подготовка прибора к испытаниямStage 1. Preparation of the device for testing

1.1 Включив по команде компьютера шаговый двигатель 5, при помощи редуктора 4 поднимают шариковый штамп 23 в начальное положение.1.1 Turning on the command of a computer, the stepper motor 5, using a gear 4 raise the ball stamp 23 in the initial position.

1.2 В чашу 7 вставляют кольцо 8 с образцом мерзлого грунта 9. Затем на образец грунта устанавливают плоский штамп 10.1.2 In the bowl 7 insert a ring 8 with a sample of frozen soil 9. Then, a flat stamp 10 is installed on the soil sample.

1.3 По команде компьютера, используя шаговый двигатель 5 с редуктором, опускают шариковый штамп в касание с плоским штампом.1.3 At the command of a computer, using a stepper motor 5 with a gearbox, lower the ball stamp into contact with a flat stamp.

1.4 Образец грунта в рабочем кольце выдерживают в течение 12 часов при температуре испытания.1.4. A soil sample in the working ring is kept for 12 hours at the test temperature.

Этап 2. Создание начальной нагрузкиStage 2. Creation of the initial load

2.1 По команде компьютера, используя шаговый двигатель 5 с редуктором, датчик силы 22, прикладывают к плоскому штампу 10 нагрузку, равную значению собственного веса грунта на глубине отбора образца в течение 15 с.2.1 At the command of a computer, using a stepper motor 5 with a gearbox, a force sensor 22, apply a load equal to the value of the ground weight at the depth of sampling for 15 seconds to a flat stamp 10.

2.2 По команде компьютера шариковый штамп поднимают в начальное положение и плоский штамп снимают с образца грунта.2.2 At the command of a computer, the ball stamp is raised to its initial position and the flat stamp is removed from the soil sample.

Этап 3. Реализация автоматического способа испытания и последовательность проведения испытанийStage 3. Implementation of the automatic test method and test sequence

3.1 По команде компьютера в блок управления 36 подают сигнал на шаговый двигатель 5 и создают осевое усилие ступенями.3.1 At the command of a computer, a signal is transmitted to the control unit 36 to the stepper motor 5 and the axial force is generated in steps.

На каждой ступени нагружения снимают отсчеты с датчика перемещений 25 через 5, 10, 20, 30 и 60 мин после приложения нагрузки, затем через 2 часа в течение рабочего дня и далее - два раза в сутки до условной стабилизации деформации. За критерий условной стабилизации деформации принимают приращение вертикальной деформации, не превышающее 0,01 мм за 12 часов. Результаты измерений заносят в базу данных компьютера.At each loading stage, readings are taken from the displacement sensor 25 after 5, 10, 20, 30, and 60 min after application of the load, then 2 hours during the working day and then twice a day until the deformation is conditionally stabilized. The conditional stabilization of deformation is taken as the increment of vertical deformation not exceeding 0.01 mm in 12 hours. The measurement results are entered into the computer database.

3.2 По команде компьютера шариковый штамп поднимают в начальное положение.3.2 At the command of the computer, the ball stamp is raised to its initial position.

3.3 Ослабив винты 16, 17, смещают поворотную платформу против часовой стрелки до упора радиального паза 15. После чего винтами 16, 17 закрепляют платформу на опорной плите 1. Данная процедура приводит к смещению оси штампа от центра образца на периметр, так чтобы выполнялось условие, чтобы центр следующего погружения шарикового штампа отстоял от границ предыдущих отпечатков шарика и от края образца не менее чем на половину диаметра шарика.3.3 By loosening the screws 16, 17, shift the turntable counterclockwise to the stop of the radial groove 15. Then, the screws 16, 17 fix the platform on the base plate 1. This procedure displaces the axis of the stamp from the center of the sample by the perimeter, so that the condition so that the center of the next immersion of the ball stamp is at least half the diameter of the ball from the boundaries of the previous prints of the ball and from the edge of the sample.

3.4 По команде компьютера в блок управления 36 подают сигнал на шаговый двигатель 5 и создают осевое усилие ступенями на новом месте положения шарикового штампа и выполняют операции по п.3.1.3.4 At the command of a computer, a signal is sent to the control unit 36 to the stepper motor 5 and the axial force is generated in steps at a new position of the ball die and the operations are performed according to claim 3.1.

3.5 Выполняют операцию по п.3.2.3.5 Perform the operation according to paragraph 3.2.

3.6 По команде компьютера в блок управления 36 подают сигнал на шаговый двигатель 18 и поворачивают чашу с образцом грунта на заданный угол и проводят испытания по п.3.1.3.6 At the command of the computer, a signal is sent to the control unit 36 to the stepper motor 18 and the bowl with the soil sample is turned at a predetermined angle and the tests are carried out according to paragraph 3.1.

3.7 Далее в цикле, используя процедуру пп.3.5, 3.6, 3.1, проводят испытания на одном образце заданное количество раз.3.7 Further in the cycle, using the procedure of clauses 3.5, 3.6, 3.1, tests are carried out on one sample for a specified number of times.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Данное изобретение промышленно реализуемо. Использование изобретения позволяет повысить точность измерения нагрузки и деформации, введение автоматической системы управления процессом нагружения и сбора информации с датчиков повышает производительность испытаний. Кроме того, применение многоточечности испытаний на одном образце улучшает эксплуатационные характеристики и создает существенный технико-экономический эффект.This invention is commercially practicable. The use of the invention improves the accuracy of measuring the load and deformation, the introduction of an automatic control system for the loading process and the collection of information from sensors improves the test performance. In addition, the use of multi-point testing on a single sample improves operational characteristics and creates a significant technical and economic effect.

Список литературыBibliography

1. Руководство по определению физических, теплофизических и механических характеристик мерзлых грунтов, издательство Москва, 1973.1. Guidelines for the determination of the physical, thermophysical and mechanical characteristics of frozen soils, Moscow publishing house, 1973.

2. ГОСТ 12248-96. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. Изд-во Стандартов, 01.01.1997.2. GOST 12248-96. Soils. Laboratory methods for characterizing strength and deformability. Publishing House of Standards, 01/01/1997.

Claims (5)

1. Прибор для испытания мерзлых грунтов шариковым штампом, включающий шариковый штамп, опорную плиту, стойки, индикатор деформаций, образец грунта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и эксплуатационных характеристик, он выполнен из трех механически и электрически взаимосвязанных частей: механизма вертикального нагружения, механизма вращения образца грунта, блока управления шаговыми двигателями и преобразования сигналов с датчиков силы и перемещения в цифровой вид с компьютером и интерфейсом.1. A device for testing frozen soils with a ball stamp, including a ball stamp, a base plate, racks, a deformation indicator, a soil sample, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy and operational characteristics, it is made of three mechanically and electrically interconnected parts: a mechanism vertical loading, the rotation mechanism of the soil sample, the control unit of stepper motors and the conversion of signals from force and displacement sensors into a digital form with a computer and interface. 2. Прибор для испытания мерзлых грунтов шариковым штампом по п.1, отличающийся тем, что механизм вертикального нагружения имеет шаговый двигатель, редуктор и датчик силы для измерения нагрузки.2. The device for testing frozen soils with a ball stamp according to claim 1, characterized in that the vertical loading mechanism has a stepper motor, a gearbox and a force sensor for measuring the load. 3. Прибор для испытания мерзлых грунтов шариковым штампом по п.1, отличающийся тем, что механизм вращения образца имеет поворотную платформу, шаговый двигатель, зубчатое колесо, ременную зубчатую передачу и зубчатый диск.3. The device for testing frozen soils with a ball stamp according to claim 1, characterized in that the sample rotation mechanism has a rotary platform, a stepper motor, a gear wheel, a belt gear and a gear disk. 4. Прибор для испытания мерзлых грунтов шариковым штампом по п.1, отличающийся тем, что для ограничения движения шарикового штампа введены концевики.4. The device for testing frozen soils with a ball stamp according to claim 1, characterized in that limit switches are introduced to limit the movement of the ball stamp. 5. Прибор для испытания мерзлых грунтов шариковым штампом по п.1, отличающийся тем, что испытания выполняются автоматически под управлением компьютера. 5. The device for testing frozen soils with a ball stamp according to claim 1, characterized in that the tests are performed automatically under computer control.
RU2012101562/28A 2012-01-17 2012-01-17 Device for frozen soil testing with ball stamp RU2485474C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012101562/28A RU2485474C1 (en) 2012-01-17 2012-01-17 Device for frozen soil testing with ball stamp

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012101562/28A RU2485474C1 (en) 2012-01-17 2012-01-17 Device for frozen soil testing with ball stamp

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2485474C1 true RU2485474C1 (en) 2013-06-20

Family

ID=48786448

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012101562/28A RU2485474C1 (en) 2012-01-17 2012-01-17 Device for frozen soil testing with ball stamp

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2485474C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106320389A (en) * 2016-07-08 2017-01-11 南京林业大学 Freezing force determination test device and determination method thereof
CN107064466A (en) * 2017-05-08 2017-08-18 兰州交通大学 A kind of indoor sound carries the swollen coefficient determination experimental provision of salt marsh earth salt and method
RU181486U1 (en) * 2018-02-12 2018-07-16 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ имени генерала армии А.В. Хрулева" PNEUMATIC PENETROMETER
RU216355U1 (en) * 2021-12-03 2023-01-31 Общество с ограниченной ответственностью "НК "Роснефть" - Научно-Технический Центр" Hot stamp 2500
CN117367920A (en) * 2023-12-08 2024-01-09 山东尚远路桥工程机械有限公司 Frozen soil consolidation experiment testing device and testing method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1051274A1 (en) * 1982-07-07 1983-10-30 Карагандинский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Apparatus for investigating physical properties of mine working soils
JPH0560744A (en) * 1991-09-04 1993-03-12 Takenaka Komuten Co Ltd Laboratory testing device for finding horizontal stress of in situ ground by using in situ frozen ground sample
RU2002890C1 (en) * 1991-12-05 1993-11-15 Amaryan Leno S Device for testing grounds
RU2245963C1 (en) * 2003-11-06 2005-02-10 Открытое акционерное общество по инженерно-строительным изысканиям "Стройизыскания" Plant for performing compression ground tests

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1051274A1 (en) * 1982-07-07 1983-10-30 Карагандинский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Apparatus for investigating physical properties of mine working soils
JPH0560744A (en) * 1991-09-04 1993-03-12 Takenaka Komuten Co Ltd Laboratory testing device for finding horizontal stress of in situ ground by using in situ frozen ground sample
RU2002890C1 (en) * 1991-12-05 1993-11-15 Amaryan Leno S Device for testing grounds
RU2245963C1 (en) * 2003-11-06 2005-02-10 Открытое акционерное общество по инженерно-строительным изысканиям "Стройизыскания" Plant for performing compression ground tests

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГОСТ 12248-96. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. Изд-во Стандартов, 01.01.1997. *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106320389A (en) * 2016-07-08 2017-01-11 南京林业大学 Freezing force determination test device and determination method thereof
CN106320389B (en) * 2016-07-08 2019-01-29 南京林业大学 A kind of freezing force measurement experimental rig and its measuring method
CN107064466A (en) * 2017-05-08 2017-08-18 兰州交通大学 A kind of indoor sound carries the swollen coefficient determination experimental provision of salt marsh earth salt and method
RU181486U1 (en) * 2018-02-12 2018-07-16 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ имени генерала армии А.В. Хрулева" PNEUMATIC PENETROMETER
RU216355U1 (en) * 2021-12-03 2023-01-31 Общество с ограниченной ответственностью "НК "Роснефть" - Научно-Технический Центр" Hot stamp 2500
RU219786U1 (en) * 2023-04-19 2023-08-07 Общество с ограниченной ответственностью "НК "Роснефть" - Научно-Технический Центр" Ball stamp 1205 cm2
CN117367920A (en) * 2023-12-08 2024-01-09 山东尚远路桥工程机械有限公司 Frozen soil consolidation experiment testing device and testing method
CN117367920B (en) * 2023-12-08 2024-02-09 山东尚远路桥工程机械有限公司 Frozen soil consolidation experiment testing device and testing method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107727483B (en) Penetration shearing device and method for foundation in-situ test based on fiber bragg grating
CN202256072U (en) Portable vane-shear apparatus
RU2485474C1 (en) Device for frozen soil testing with ball stamp
CN104655823A (en) Frost heaving meter
CN101105433A (en) Portable on-spot and indoor dual-purpose direct-cutting experiment instrument and its sampling method
CN110455853B (en) Comprehensive testing device for crystallization pressure and frost heaving salt expansion of saline soil
CN103174122A (en) Lateral stress pore pressure probe used for testing soil static lateral pressure coefficient
CN111650085A (en) Portable soil body normal position density tester
CN106596287A (en) Tool type masonry flexure strength test lateral loading device
CN105507163A (en) Device for discriminating swivel bridge weighing test critical point and detection method
CN108519257B (en) Method and device for preparing root-containing soil sample and detecting shear strength
CN114034554B (en) Model device and method for monitoring multiple physical fields and rigidity states of soil body in real time
CN213897069U (en) Foundation settlement detector
CN111458238B (en) Assembled rock-soil body slope in-situ direct shear test device and method
CN104215526A (en) Equi-biaxial bending in-situ loading device based on X-ray computerized tomography and using method
CN110455712B (en) Sample preparation device and test method for measuring adhesion force between special curved surface and soil interface by inverted sample preparation
CN109556563B (en) Radial displacement measuring device for small-aperture tunnel model test
CN205152813U (en) A equipment for turning bridge weighing test faces boundary point and differentiates
RU152733U1 (en) STAND FOR TESTING REINFORCED CONCRETE ELEMENTS FOR BENDING WITH STATIC LOADING
CN109443988B (en) Testing instrument and testing method for rheological property of coarse-grained soil
CN110567429A (en) Device and method for measuring actual Poisson ratio of foundation soil body under lateral limit stress condition
CN105571755A (en) In-earth stress test system used for standard heavy type proctor compaction test
CN212646386U (en) Portable soil body normal position density tester
CN109187184B (en) Soil pressure test demonstration system and method
CN209446398U (en) A kind of multiple dimensioned in situ strength test device of coarse-grained soil

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160118