RU2540432C1 - Device for study of physical and mechanical characteristics of soil layer - Google Patents
Device for study of physical and mechanical characteristics of soil layer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2540432C1 RU2540432C1 RU2013156080/15A RU2013156080A RU2540432C1 RU 2540432 C1 RU2540432 C1 RU 2540432C1 RU 2013156080/15 A RU2013156080/15 A RU 2013156080/15A RU 2013156080 A RU2013156080 A RU 2013156080A RU 2540432 C1 RU2540432 C1 RU 2540432C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vertical
- soil
- stamp
- soil layer
- load
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области испытаний при инженерных изысканиях в сельском хозяйстве, строительстве и машиностроении, в частности к устройствам для исследования физико-механических характеристик слоя почвогрунта небольшой толщины, преимущественно средней и низкой плотности.The invention relates to the field of testing during engineering surveys in agriculture, construction and engineering, in particular to devices for studying the physicomechanical characteristics of a soil layer of small thickness, mainly of medium and low density.
Известно устройство для исследования взаимодействия гусеничного трака с грунтом [1]. Устройство позволяет нагружать слой почвогрунта через исследуемый трак вертикальной нагрузкой при помощи гидроцилиндра и, после заглубления трака, - нагружать горизонтальной нагрузкой посредством движения трактора. Устройство состоит из рамы, жестко закрепленной на тракторе, на которой устанавливается подвижная рамка, выполненная в виде короба и перемещающаяся по двум парам 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.A device for studying the interaction of a tracked track with soil [1]. The device allows loading the soil layer through the test track with a vertical load using a hydraulic cylinder and, after deepening the track, loading it with a horizontal load by moving the tractor. The device consists of a frame rigidly mounted on a tractor on which a movable frame is mounted, made in the form of a box and moving along two pairs of guide rollers. The roller bearings are installed in sliders, the horizontal movement of which is limited by tensometric rods. The rod of the power cylinder of the loading mechanism is hinged to the bottom of the box. A strain gauge finger is installed in the hinge to measure the vertical reaction of the soil. Outside, the investigated track is attached to the bottom of the box.
Недостатками данного устройства являются, во-первых, разница во времени приложения вертикальной и горизонтальной силы к траку. В реальных условиях указанные силы со стороны трака гусеничной машины действуют одновременно. 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, использование рам мобильной техники, в частности трактора, в качестве обязательной составляющей всей системы испытания элементов гусеницы приводит к дополнительным материальным затратам при испытаниях. В-четвертых, не происходит образования грунтового кирпича, что влечет за собой снижение горизонтальной (касательной или сдвиговой) силы при испытаниях, по сравнению с аналогичными условиями в реальности.The disadvantages of this device are, firstly, the time difference between the application of vertical and horizontal forces to the truck. In real conditions, the indicated forces from the track of the tracked vehicle act simultaneously. Secondly, the creation of a horizontal load is achieved due to the movement of the tractor, which leads to its unevenness at the moment of moving the tractor away and measurement errors. Thirdly, the use of the frames of mobile equipment, in particular the tractor, as an indispensable component of the entire system for testing track elements leads to additional material costs during the tests. Fourth, the formation of soil bricks does not occur, which entails a decrease in horizontal (tangential or shear) force during testing, compared with similar conditions in reality.
Известно также устройство для исследования взаимодействия гусеничного трака с грунтом [2]. 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.A device is also known for studying the interaction of a tracked track with soil [2]. The device provides loading of the soil layer through the strain gauge track with normal vertical and tangential loads created by hydraulic cylinders. The device comprises a fixed frame, in the guides of which there is a trolley with a test track equipped with sensors for measuring forces and a movable loading mechanism made in the form of a hydraulic cylinder. In this case, the trolley is equipped with vertical guides. The truck also has a hydraulic cylinder for horizontal movement on the ground, and the truck is pivotally connected to the rod of the hydraulic cylinder of the loading mechanism and is equipped with two pairs of axles, alternately included in two pairs of sockets, mounted in a block moving along the guides. For reliable track fixation, the axles are fixed in the sockets with the help of a rotary latch made in the form of self-jamming cams. For the formation of soil bricks under the test track, the trolley is equipped with two additional tracks located in front of and after the test track.
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.The advantages of this device are: firstly, to ensure the uniformity of vertical and tangential loads, secondly, to ensure simultaneous application, thirdly, to simulate a lug immersed in the ground, fourthly, the formation of soil bricks under the test track.
Недостатками данного устройства являются следующие. 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, 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, а соответственно к погрешностям в измерениях.The disadvantages of this device are as follows. Firstly, additional lugs are located at different distances from the main lug that penetrates the soil, which leads to the formation of uneven soil bricks, leading to distortion of reliable information. Secondly, the location of the additional lugs and the main lug introduced between them contradicts the real picture of the movement of the caterpillar tractor, as buried lugs cannot be between two lugs already immersed in the soil layer. This leads to an increase in pressure from the side of the horizontal loading hydraulic cylinder, which leads to increased loads compared to actual conditions. Thirdly, the possibility of conducting an experiment without changing the initial conditions once, for a repeated experiment with the same initial conditions, one more preparation of the soil layer is necessary, which can lead to different initial conditions, and accordingly to measurement errors.
Известно устройство для исследования взаимодействия гусеничного трака с грунтом [3]. 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 опытаA device is known for studying the interaction of a tracked track with soil [3]. In this case, the soil layer through the test link is loaded with a vertical load using a hydraulic cylinder, and after the link is immersed in the soil, a horizontal displacement (shift) is carried out using a winch. The nominal value of the tangential traction force is determined by integrating the area of the plot of the tangential force obtained from the results of the experiment.
где Рн - номинальное значение касательной силы тяги, Н;where R n - the nominal value of the tangential traction force, N;
Пэ - площадь эпюры касательного усилия по длине гусеничного движителя с базой L, Н·м;P e - the area of the plot of the tangent force along the length of the caterpillar mover with the base L, N · m;
δ - величина установленного в опыте коэффициента буксования;δ is the value of the slip coefficient established in the experiment;
t - шаг звена гусеницы, м.t is the step of the track link, m
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.The device has the following form. On motionless horizontal guides on rollers the cart moves. It has vertical guides in the form of rollers, between which a movable box is placed. A loading hydraulic cylinder is mounted inside it, which is pivotally connected at one end to the box and the other to the trolley. A strain gauge complex with a test link is attached to the bottom of the duct. Moving the trolley along the guides is provided using a reversing winch. It is connected to the trolley by means of a cable, the lower branch of which is directly connected to the winch, and the upper branch - through the bypass unit in order to ensure reverse of the trolley. The guides rest on the skis needed to move the stand on the ground.
Достоинствами данного устройства являются, во-первых, возможность многократного повторения одного опыта при равных начальных условиях, во-вторых, равномерная вертикальная нагрузка, приложенная к исследуемому звену.The advantages of this device are, firstly, the possibility of repeated repetition of one experiment under equal initial conditions, and secondly, the uniform vertical load applied to the studied link.
Недостатками устройства являются, во-первых, обеспечение разновременного 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, не происходит образование грунтового кирпича, что влечет за собой снижение касательной силы при испытаниях по сравнению с аналогичными условиями в реальности. В-четвертых, 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.The disadvantages of the device are, firstly, the provision of simultaneous application of vertical and horizontal loads. Here, the application of horizontal force begins after the application of vertical load. In real conditions, under the movers of mobile cars, this temporary difference practically does not exist. Secondly, the application of horizontal force is carried out due to the winch, i.e. by applying a constant strain rate to the link under study. This leads to non-uniformity of the tangential load (due to the elastic-viscoplastic properties of the soil layer) and makes it necessary to determine the nominal tangential force by the analytical method, which affects the increase in the error of the obtained results. Thirdly, the formation of soil bricks does not occur, which entails a decrease in tangential force during testing compared to similar conditions in reality. Fourth, they independently set the value of the slipping coefficient, the value of which is not adjusted in any way with the real laws of loading the soil layer, determined by the type of caterpillar, the parameters of the caterpillar tension system, the parameters of the suspension system, the characteristics of the caterpillar meshing with the drive sprocket, etc., as well as with soil layer properties.
Известно также устройство для определения несущей способности грунта при испытаниях по контролю за уплотнением в дорожном строительстве [4]. При этом устройство позволяет нагружать слой дорожной одежды статической нагрузкой через жесткий круглый штамп посредством гидроцилиндра, являющегося 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.There is also known a device for determining the bearing capacity of soil during testing to control compaction in road construction [4]. At the same time, the device allows loading the pavement layer with a static load through a rigid round stamp by means of a hydraulic cylinder, which is a continuation of the guide rod located coaxially on the stamp, abutting against the frame of a car or any road machine, and soil deformation (or vertical stamp movement) is measured using hourly indicators type.
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.The disadvantages of this device are as follows. Firstly, the device allows you to measure only the vertical part of the deformation of the layer and does not allow to determine its shear and volumetric characteristics. Secondly, the static load on the stamp cannot be applied instantly, i.e. some time passes, ranging from fractions to several seconds, during which the load on the stamp increases from zero to the maximum value corresponding to a given static load. This leads to a significant distortion of the strain measurement results and the strain modulus. Thirdly, deformation of the soil layer leads to an increase in the distance between the stamp and the frame of the car, while the pressure in the hydraulic cylinder of the loading device decreases, and therefore the load on the stamp. Thus, constant pressure control in the hydraulic cylinder is required, which as a result leads to inconstancy of the static load on the stamp and, as a result, to an increase in the measurement error. Fourth, the use of mechanical indicators of the deformation of the clock type does not allow (due to visual observation) to accurately determine the magnitude of the deformation of the soil layer at given values of the observation time, which also leads to a decrease in the measurement accuracy. Fifth, the use of mobile equipment frames (automobiles or road vehicles) as an emphasis forces one to use this equipment as an obligatory component of the entire soil layer testing system, which leads to additional material costs during the tests.
Известно также устройство для определения модуля деформации и модуля упругости грунтов [5]. 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.A device is also known for determining the deformation modulus and elastic modulus of soils [5]. The device provides loading of a soil sample with a diameter of at least 20 cm and a height of at least 15 cm with a step static load by means of a lever system with weights through a hard stamp with a diameter of 5 cm. The elastic modulus is determined by the vertical strain measured by the hour-type indicators, which develops under the influence of a vertical step or deformation modulus.
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.The disadvantages of the device are as follows. Firstly, the elastic modulus and the deformation modulus are determined by means of small diameter dies, which is conditional in nature and determines relative and qualitative, rather than calculated, characteristics (as noted in the source of information). Secondly, the use of mechanical indicators of the deformation of the watch type does not allow (due to visual observation) to accurately determine the magnitude of the deformation of the soil layer at given values of the observation time, which also leads to a decrease in the measurement accuracy. Thirdly, only the vertical part of the layer deformation is measured, which does not allow one to determine its shear and volume characteristics.
Известна установка для исследования напряжений и перемещений грунта под опорами транспортного средства [6]. 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.A known installation for the study of stresses and displacements of soil under the supports of a vehicle [6]. In this case, the soil layer is loaded with a load using a moving tractor. The device has the following form. Guides are mounted on the housing in the yokes along which a carriage is moved with a lead screw and an electric motor, on the supporting planes of which knives or rods with pressure sensors, rheostatic vertical and lateral displacement sensors are mounted; at the base of the rods are rheostatic longitudinal displacement sensors. When the vehicle moves under its supports, soil deformation occurs. The physical properties of the soil vary both in depth and in transverse and longitudinal planes, which is recorded by sensors.
Достоинствами данного устройства является, во-первых, то, что исследование напряжений и перемещений грунта производится 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.The advantages of this device is, firstly, that the study of stresses and displacements of the soil is carried out in real operating conditions. Secondly, soil deformation is measured in three planes, which allows to determine its shear and volumetric characteristics. Thirdly, the rods installed in the carriage, at least in two rows and made of different lengths, allow the study of stresses and displacements of the soil not only along the central axis of the support surface of the mover, but also at a certain distance (depending on the length of the rod) from her at the same time. Fourth, the measurement takes place at different depths of the soil layer, which allows us to obtain the distribution of stresses and deformations along its depth.
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.The disadvantages of this device is, firstly, that the loading of the soil layer occurs by a specific vehicle, which entails its use as a mandatory component of the entire test system. This leads to additional material costs during testing. Secondly, the rheostatic longitudinal displacement sensor gives distorted information about the real displacement, due to the fact that the rod has considerable mass and inertia, because it houses a pressure sensor and rheostatic sensors for vertical and lateral movements. Thirdly, information may be distorted due to soil pressure on the installation case (changing its position in the soil) as a result of vehicle movement. Fourth, the effect of the load on the soil layer directly from the side of the moving tractor creates additional difficulties in the analytical description of the current stresses in the soil layer, because in this case, the pressure plot is described by a complex law depending on the type of caterpillar, the parameters of the caterpillar tension system, the parameters of the suspension system, the characteristics of the caterpillar meshing with the drive sprocket, etc. In this regard, the transition from experimental data with a specific vehicle to calculated for any other vehicle with its own parameters is not analytically possible and, therefore, the proposed installation can be used to analyze stresses and displacements of the soil only under a specific, already existing, transport means. Moreover, the obtained experimental data on the assessment of the physical and mechanical properties of the soil are not invariant, i.e. independent of the way they are defined.
Известно устройство [7] для исследования физико-механических характеристик почвогрунтов, включающее неподвижно закрепленную на основании ванну, по направляющим которой перемещается рама с шарнирно закрепленным на ней рычагом, посредством которого при помощи грузов, изменяющей длину оси и шарикоподшипников происходит нагружение жесткого квадратного штампа вертикальной нагрузкой, механизм горизонтально нагружения штампа, крепящегося к раме и состоящего из двух роликов, полиспаста и металлического троса. Касательная нагрузка в опыте реверсируется (действует по очереди с двух противоположных сторон), что соответствует реальной картине формирования напряженного состояния слоя почвы под колесным движителем, рассматриваемым в дальнейшем в качестве элемента математической модели. Датчики касательной нагрузки контактируют со слоем почвогрунта через специальные толкатели и расположены равномерно по глубине слоя почвогрунта; в механизме вертикального нагружения предусмотрен карданный шарнир, позволяющий сохранить горизонтальное положение штампа относительно слоя почвогрунта при движении рычага вертикальной нагрузки вниз и горизонтального перемещения штампа под действием касательных сил; датчик вертикальной деформации подвижен, для компенсации касательного движения штампа; штамп имеет переменные параметры грунтозацепов, а их расположение на штампе дает возможность формирования грунтового кирпича. При этом для нормальной работы устройства по обеспечению стабильного напряженно-деформируемого состояния слоя почвогрунта под штампом необходимо первоначальное приложение вертикальной нагрузки к штампу, а затем, через небольшой промежуток времени порядка 0,5…2 с - горизонтальную нагрузку. Если прикладывать нагрузки к штампу в обратной последовательности, то штамп, не прижатый первоначально вертикальной нагрузкой к слою почвогрунта, резко уйдет в сторону под действием горизонтальной нагрузки и измерения деформаций слоя почвогрунта не состоятся.A device [7] is known for studying the physicomechanical characteristics of soil, including a bath fixed on the base, along the guides of which the frame moves with a lever pivotally mounted on it, by means of which a rigid square stamp is loaded with a vertical load using weights that change the length of the axis and ball bearings , a mechanism for horizontally loading a stamp attached to a frame and consisting of two rollers, a chain hoist and a metal cable. The tangential load in the experiment is reversed (it acts in turn from two opposite sides), which corresponds to the real picture of the formation of the stress state of the soil layer under the wheel mover, which is further considered as an element of the mathematical model. The tangential load sensors contact the soil layer through special pushers and are evenly distributed along the depth of the soil layer; the vertical loading mechanism provides a cardan joint that allows you to maintain the horizontal position of the stamp relative to the soil layer when the lever moves the vertical load down and horizontal movement of the stamp under the action of tangential forces; the vertical deformation sensor is movable to compensate for the tangential movement of the stamp; the stamp has variable parameters of the lugs, and their location on the stamp allows the formation of soil bricks. Moreover, for normal operation of the device to ensure a stable stress-strain state of the soil layer under the stamp, the initial application of the vertical load to the stamp is necessary, and then, after a short period of time of the order of 0.5 ... 2 s, the horizontal load. If loads are applied to the stamp in the reverse order, then the stamp, not initially pressed by the vertical load to the soil layer, will abruptly go to the side under the influence of the horizontal load and the deformation of the soil layer will not be measured.
Достоинствами данного устройства являются: во-первых, обеспечение практически одновременного приложения вертикальной и касательной нагрузок, во-вторых, моделирование грунтозацепа, погружающегося в грунт, в-третьих, формирование грунтового кирпича под испытуемым штампом.The advantages of this device are: firstly, the provision of almost simultaneous application of vertical and tangential loads, secondly, the modeling of the lug immersed in the ground, and thirdly, the formation of soil bricks under the test stamp.
Недостатками данного устройства являются, во-первых, сложность подготовки и настройки оборудования для проведения повторных опытов группой участников - двух и более. Во-вторых, громоздкость и высокая материалоемкость конструкции в целом. В третьих, корректировка величины горизонтальной деформации слоя почвогрунта под штампом вследствие небольшого рассогласования в одновременности приложения вертикальной и горизонтальной нагрузок.The disadvantages of this device are, firstly, the complexity of the preparation and setup of equipment for repeated experiments by a group of participants - two or more. Secondly, the bulkiness and high material consumption of the structure as a whole. Thirdly, the adjustment of the horizontal deformation of the soil layer under the stamp due to a slight mismatch in the simultaneous application of vertical and horizontal loads.
Известно также устройство для определения физико-механических характеристик грунтов - беваметр [8]. Устройство применяется как для определения зависимостей осадки грунта от приложенной вертикальной нагрузки, так и для нахождения зависимостей горизонтальной деформации от приложенных сдвигающих (тангенциальных усилий). Беваметр состоит из двух или трех штампов различного размера и одного кольцевого штампа для определения напряжений сдвига. Штампы прикреплены к нагрузочным гидроцилиндрам, посредством которых они заглубляются в грунт. В свою очередь, гидроцилиндры соединены с регистраторами, которые фиксируют кривые нагрузка - осадка. Кольцевой штамп с размещенными на его нижней поверхности в радиальном направлении грунтозацепами приводится во вращение мотором. К оси кольцевого штампа приложена нормальная нагрузка посредством гидроцилиндра, при этом фиксируется крутящий момент мотора и угол поворота кольцевого штампа. Штампы и приводы к ним с соответствующей регистрирующей аппаратурой размещены на специальной раме.There is also a device for determining the physico-mechanical characteristics of soils - a bevameter [8]. The device is used both to determine the dependences of soil settlement on the applied vertical load, and to find the dependences of horizontal deformation on the applied shear (tangential forces). The bevameter consists of two or three dies of various sizes and one annular stamp to determine shear stresses. Stamps are attached to loading hydraulic cylinders, by means of which they are buried in the ground. In turn, the hydraulic cylinders are connected to the recorders, which record the load - draft curves. An annular stamp with grousers placed on its lower surface in a radial direction is driven by a motor. A normal load is applied to the axis of the ring stamp by means of a hydraulic cylinder, while the motor torque and the angle of rotation of the ring stamp are fixed. Stamps and drives to them with appropriate recording equipment are placed on a special frame.
Недостатками данного устройства являются, во-первых, использование мобильной техники, в частности трактора, в качестве обязательной составляющей всей системы испытания, что приводит к дополнительным материальным затратам при испытаниях. Во-вторых, приложение горизонтального сдвигающего усилия под кольцевым штампом осуществляется мотором по касательной к окружности установки грунтозацепов, т.е. за счет прикладывания постоянной скорости деформации к исследуемому звену. Это приводит к неравномерности действия касательной нагрузки (вследствие упруго-вязко-пластичных свойств слоя почвогрунта) и делает необходимым аналитическим методом определять номинальное касательное усилие, что влияет на увеличение погрешности получаемых результатов. В-третьих, статическая нагрузка на штамп не может быть приложена мгновенно со стороны гидроцилиндра, 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-четвертых, деформация слоя грунта приводит к увеличению расстояния между штампом и рамой трактора, 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-пятых, применение кольцевого штампа с грунтозацепами приводит к выпиранию грунта наверх в центральной его части при одновременном действии нормальной и сдвиговой нагрузок, разрыхляя грунт и разрушая его структуру, что приводит к существенным искажениям в измерении сдвиговой деформации. В-шестых, регистрация вертикальной и сдвиговой деформаций грунта производится под разными штампами, в то время как следует их определять одновременно под одним деформатором (штампом), когда к нему одновременно прикладываются и вертикальная, и сдвиговая нагрузки. Такой характер нагружения и деформации грунта соответствует реальным процессам, характеризующим изменение его напряженно-деформированного состояния под реальными движителями машин (как под колесными, так и под гусеничными). В-седьмых, устройство позволяет регистрировать в зависимости от приложенных нагрузок величины деформаций или в какой-то конкретный момент времени, одинаковый для всех опытов с целью последующего сравнений относительных показателей несущей способности грунта, или величины деформаций, имеющих предельные значения, когда дальнейшее развитие деформаций не происходит. Устройство не позволяет проследить динамику развития деформаций с дальнейшим определением параметров скоростей ползучести грунта для расчета деформаций под конкретным типом движителя машин.The disadvantages of this device are, firstly, the use of mobile equipment, in particular a tractor, as a mandatory component of the entire test system, which leads to additional material costs during the tests. Secondly, the application of a horizontal shear force under the ring stamp is carried out by the motor along a tangent to the circumference of the lug installation, i.e. by applying a constant strain rate to the link under study. This leads to uneven action of the tangential load (due to the elastic-viscous-plastic properties of the soil layer) and makes it necessary to determine the nominal tangential force using the analytical method, which affects the increase in the error of the results obtained. Thirdly, the static load on the stamp cannot be applied instantly from the side of the hydraulic cylinder, i.e. some time passes, ranging from fractions to several seconds, during which the load on the stamp increases from zero to the maximum value corresponding to a given static load. This leads to a significant distortion of the strain measurement results and the strain modulus. Fourth, deformation of the soil layer leads to an increase in the distance between the stamp and the tractor frame, while the pressure in the hydraulic cylinder of the loading device decreases sharply, and therefore the load on the stamp. Thus, constant pressure control in the hydraulic cylinder is required, which as a result leads to inconstancy of the static load on the stamp and, as a result, to an increase in the measurement error. Fifthly, the use of an annular stamp with lugs causes the soil to bulge upward in its central part under the simultaneous action of normal and shear loads, loosening the soil and destroying its structure, which leads to significant distortions in the measurement of shear deformation. Sixth, the registration of vertical and shear deformations of the soil is carried out under different dies, while they should be determined simultaneously under one deformer (stamp), when both vertical and shear loads are applied to it simultaneously. This type of loading and deformation of the soil corresponds to real processes that characterize the change in its stress-strain state under the real engines of vehicles (both under wheeled and tracked). Seventh, the device allows you to register, depending on the applied loads, the strain values or at some particular point in time, the same for all experiments for the purpose of subsequent comparisons of relative indicators of soil bearing capacity, or strain values having limit values when the further development of deformations is not going on. The device does not allow to trace the dynamics of the development of strains with the further determination of the parameters of the creep rates of the soil to calculate the strains for a particular type of vehicle mover.
Исследования показали, что взаимодействие движителей мобильных машин с опорной поверхностью основания принято моделировать с помощью плоских штампов круглой или прямоугольной формы.Studies have shown that the interaction of the movers of mobile machines with the supporting surface of the base is usually modeled using flat dies of round or rectangular shape.
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 соответствии с законом Хевисайда), при которых достаточно легко определить физико-механические характеристики слоя почвогрунта, например, в отличие от [9].At the same time, the rheological data of the layer of the support base (soil) obtained using the trucks can also be used in mathematical models describing the interaction of various types of propulsors with the support base. The fact is that the data obtained when the stamp is loaded with constant loads (in accordance with Heaviside's law) or the so-called invariant values of the physicomechanical characteristics of the soil layer (i.e., data independent of the method of their determination) can be used for research on mathematical models of the processes of interaction of various movers, including in the mathematical model a calculation algorithm that takes into account the nature of the interaction of a particular mover with a support base. In this case, the physicomechanical characteristics of the support base layer are used, obtained as invariant, i.e., as established, obtained under constant loading laws (in accordance with the Heaviside law), in which it is quite easy to determine the physicomechanical characteristics of the soil layer, for example , unlike [9].
Наиболее близким к предлагаемому является устройство [10], включающее механизмы вертикального нагружения и вращательного смещения штампа, размещенные на перемещаемом каркасе с датчиками вертикального и углового перемещения штампа, и измерительно-регистрирующую систему, механизм синхронизации приложения вертикальной и сдвиговой нагрузки, при этом механизм вращательного смещения штампа состоит из подвеса с грузом, соединенным с барабаном посредством троса, перекинутого через обводной блок, когда барабан соединен с осью штампа посредством подвижного шлицевого соединения, механизм вертикального нагружения состоит из перемещающегося по направляющим ползуна с опорной плитой, соединенной со штампом через удлинитель и опорный подшипник, датчики вертикального и углового перемещения штампа состоят из двух натяжных нитей, одна из которых соединена с барабаном, а другая - с опорной плитой, системы изменяющих направление смещения нитей роликов и оптико-волоконных элементов с двумя роликами, через которые перекинуты нити в виде обжимающей петли, а штамп является круглым, а не кольцевым, с размещенными под ним равномерно по окружности в радиальном направлении ближе к краю штампа грунтозацепами длиной не более половины его радиуса.Closest to the proposed device is [10], which includes mechanisms for vertical loading and rotational displacement of the stamp placed on a movable frame with sensors for vertical and angular displacement of the stamp, and a measuring and recording system, a synchronization mechanism for applying vertical and shear loads, while the rotational displacement mechanism the stamp consists of a suspension with a load connected to the drum by a cable thrown over the bypass unit when the drum is connected to the axis of the stamp through By means of a movable spline joint, the vertical loading mechanism consists of a slider moving along the guides with a support plate connected to the stamp through an extension and a support bearing, vertical and angular displacement sensors of the stamp consist of two tension threads, one of which is connected to the drum, and the other to base plate, systems that change the direction of displacement of the filament rollers and fiber-optic elements with two rollers through which the filaments are thrown in the form of a compression loop, and the stamp is round, not rotating arm, with the placed underneath uniformly circumferentially radially closer to the edge of the die grouser length not more than half of its radius.
Недостатками данного устройства являются следующие. Во-первых, вертикальная нагрузка на штамп формируется весом тела участника эксперимента, как можно быстрее и плавно наступив на опорную плиту ползуна, без толчков и рывков, обеими ногами. Тем не менее, в пределах времени, составляющего десятые доли секунды, все же нагрузка на штамп не прикладывается как постоянная мгновенно, а возрастает от нуля и до величины, равной весу тела человека за эти доли секунды. При этом, в зависимости от физиологических особенностей человек при переносе своего веса на опорную плиту ползуна может создавать различные толчки с разными ускорениями, не обеспечивая при этом даже равномерное увеличение нагрузки на штампе, скорость изменения которой в дальнейшем можно было бы учесть при оценке погрешностей нагружения и при корректировке полученных кривых вертикальной ползучести слоя почвогрунта.The disadvantages of this device are as follows. Firstly, the vertical load on the stamp is formed by the body weight of the experiment participant, as soon as possible and smoothly stepping on the base plate of the slider, without jerks and jerks, with both legs. Nevertheless, within the time limits of tenths of a second, the load on the stamp is not applied as a constant instantly, but increases from zero to a value equal to the weight of a person’s body in these fractions of a second. At the same time, depending on the physiological characteristics, a person, when transferring his weight to the base plate of the slider, can create various shocks with different accelerations, while not even ensuring a uniform increase in the load on the stamp, the rate of change of which could be taken into account in the assessment of loading errors and when adjusting the obtained curves of vertical creep of the soil layer.
Во-вторых, в момент начала смещения ползуна и штампа вниз, при смещении нити механизма синхронизатора его стопор освобождает ударную скобу с размещенным на ней бойком, которая под действием скрученной пружины начинает свое угловое перемещение, накапливая кинетическую энергию во время разгона. В конце свободного хода ударной скобы боек ударяет по наконечнику фиксатора барабана механизма вращательного смещения штампа, который выходит из зацепления с плитой каркаса устройства. При этом барабан получает свободу вращательного движения под действием веса груза и начинает поворачивать штамп, обеспечивая при этом постоянные значения касательных напряжений в грунте под штампом.Secondly, at the moment the slider and the stamp begin to shift downward, when the synchronizer mechanism thread is shifted, its stopper releases the shock bracket with the striker placed on it, which, under the action of a twisted spring, starts its angular movement, accumulating kinetic energy during acceleration. At the end of the freewheel of the impact bracket, the hammer strikes the tip of the drum retainer of the rotational displacement mechanism of the stamp, which disengages from the plate of the device frame. At the same time, the drum gains freedom of rotational motion under the influence of the weight of the load and begins to rotate the stamp, while ensuring constant values of tangential stresses in the ground under the stamp.
Доли секунды, за которые натягивается нить, смещается стопор, освобождая скобу с размещенным на ней бойком, поворачивается скоба с бойком, накапливая кинетическую энергию, все же не обеспечивается одновременное срабатывание механизмов вертикального нагружения и вращательного смещения штампа, что приводит к неточности воспроизведения процесса нагружения.The fractions of a second for which the thread is pulled, the stopper moves, releasing the bracket with the striker placed on it, the bracket with the striker rotates, accumulating kinetic energy, yet the simultaneous operation of the mechanisms of vertical loading and rotational displacement of the stamp is not ensured, which leads to inaccurate reproduction of the loading process.
В-третьих, установка не позволяет исследовать физико-механические характеристики слоя почвогрунта при его нагружении вертикальной вибрационной нагрузкой, что часто присутствует при выполнении операций виброуплотнения грунтов дорожными катками, а также может использоваться в новой перспективной технологии прикатывания посевов вибровальцом. Как известно, развитие деформации слоя почвогрунта во времени при его уплотнении статической или вибрационной нагрузками протекает по различным законам с разной степенью выпуклости кривой ползучести. А это значит, что и физико-механические характеристики слоя почвогрунта при его нагружении вертикальной вибрационной нагрузкой или статической нагрузкой также будут иметь различные по величине численные значения.Thirdly, the installation does not allow to study the physicomechanical characteristics of the soil layer when it is loaded with a vertical vibrational load, which is often present when performing vibro-compaction of soils by road rollers, and can also be used in a new promising technology for rolling crops with a vibratory roll. As is known, the development of deformation of a soil layer in time when it is compacted by static or vibrational loads proceeds according to various laws with different degrees of convexity of the creep curve. This means that the physicomechanical characteristics of the soil layer when it is loaded with a vertical vibrational load or a static load will also have numerical values of different magnitude.
Задача - повышение универсальности устройства и точности воспроизведения процесса нагружения, позволяющих приблизится к оценке реальных процессов, происходящих при нагружении слоя почвогрунта.The task is to increase the versatility of the device and the accuracy of the reproduction of the loading process, which allows approaching the assessment of real processes that occur during loading of the soil layer.
Технический результат достигается тем, что устройство для исследования физико-механических характеристик слоя почвогрунта включает каркас устройства, круглый штамп с размещенными под ним грунтозацепами, механизмы вертикального нагружения и вращательного смещения штампа, механизм синхронизации приложения вертикальной и сдвиговой нагрузки, датчики вертикального и углового перемещения штампа, измерительно-регистрирующую систему. Новым является то, что механизм вертикального нагружения снабжен вибровозбудителем вертикальных колебаний для передачи на почвогрунт динамической нагрузки и набором грузов для передачи на почвогрунт статической нагрузки, а механизм синхронизации приложения вертикальной и сдвиговой нагрузки представляет собой цилиндрический редуктор, корпус которого жестко соединен с каркасом устройства, на ведомый вал редуктора одним концом намотан трос, второй конец которого соединен с опорной плитой механизма вертикального нагружения, на ведущем валу редуктора закреплен поворотный рычаг, упирающийся в стопор, при этом стопор входит в корпус редуктора, имеет возможность мгновенного разъединения с ним и несет на себе петлевидный конец троса с возможностью разъединения со стопором в момент его разъединения с корпусом редуктора, а второй конец троса жестко закреплен на поверхности барабана механизма вращательного смещения штампа.The technical result is achieved by the fact that a device for studying the physical and mechanical characteristics of a soil layer includes a device frame, a round stamp with lugs placed under it, vertical loading and rotational displacement mechanisms of the stamp, a synchronization mechanism for applying vertical and shear loads, vertical and angular displacement sensors of the stamp, measuring and recording system. New is that the vertical loading mechanism is equipped with a vertical vibration exciter for transferring a dynamic load to the soil and a set of loads for transferring a static load to the soil, and the synchronization mechanism for the application of vertical and shear loads is a cylindrical gearbox, the housing of which is rigidly connected to the device frame, on the drive shaft of the gearbox is wound at one end with a cable, the second end of which is connected to the base plate of the vertical loading mechanism, on the drive The rotary lever fixed against the stopper is fixed to the gearbox shaft, while the stopper enters the gearbox housing, has the ability to instantly disconnect with it and carries the looped end of the cable with the possibility of disconnecting with the stopper when it is disconnected from the gearbox housing, and the second end of the cable is rigidly fixed on the surface of the drum of the mechanism of rotational displacement of the stamp.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства, на фиг.2 представлен общий вид устройства, на фиг.3 представлен момент включения механизма синхронизации приложения вертикальной и сдвиговой нагрузки.Figure 1 presents a diagram of the proposed device, figure 2 shows a General view of the device, figure 3 shows the moment of switching on the synchronization mechanism of the application of vertical and shear loads.
Каркас устройства состоит из стальной плиты 1 и стоек 2, соединенных с плитой четырьмя кронштейнами 3 (см. фиг.1). Снизу к плите прикреплены две направляющие 4, по которым перемещается ползун с опорной плитой 5, воспринимающий вертикальную вибрационную нагрузку P1-P1 и соединенный со штампом 6 через полый удлинитель 7 и упорный подшипник 8. Удлинитель 7 упирается в наружное кольцо упорного подшипника 8 над штампом 6, таким образом, достигается возможность углового перемещения последнего. Ось 9 штампа 6, проходя через полый удлинитель 7, в верхней ее части имеет подвижное шлицевое соединение с барабаном 10, имеющим возможность осевого вращения относительно стальной плиты 1 посредством упорного подшипника 11. Подвес с грузом 12 весом P2 соединен тросом 13, перекинутым через обводной блок 14, с барабаном 10. Передаточное отношение механизма вращательного смещения штампа определяется диаметром барабана и средним радиусом установки грунтозацепов R на штампе и позволяет создавать необходимую величину касательного напряжения под штампом при повороте. Стопор 15 удерживает барабан 10 и ось 9 со штампом 6 от вращения под воздействием нагрузки Р2 перед началом проведения эксперимента. Для устранения осадки устройства в почвогрунт стойки 2 имеют в нижней части башмаки 16.The frame of the device consists of a
Датчики вертикального и углового перемещения штампа 6 представляют собой оптико-волоконные элементы, смонтированные в едином корпусе, и в целом такая конструкция может представлять собой, например, элемент компьютерной системы - устройство типа «Мышь» лазерного или другого бесконтактного типа. Устройство типа «Мышь» 17 установлено на отдельной горизонтальной панели, не связанной со стальной плитой 1 каркаса устройства.The vertical and angular displacement sensors of
Корпус устройства типа «Мышь» в центральное части, совпадающей с его центром тяжести, соединен с двумя натяжными нитями 18, одна из которых соединена с барабаном 10, а другая - с опорной плитой 5, через обводные ролики 19, таким образом, чтобы относительно друг друга они располагались под углом 90 градусов, при этом направления смещения нитей 18 должны совпадать с продольной и поперечной осями «Мыши» 17, вдоль которых на компьютере 20 оптико-волоконные датчики регистрируют вертикальное и горизонтальное смещение курсора на экране компьютера. С другой стороны концы нитей 18 соединены с опорной плитой 5 для измерения вертикальной деформации слоя почвогрунта и с барабаном 10 для измерения его сдвиговой деформации. Сигналы с датчиков передаются на ЭВМ и фиксируются в виде вертикального и углового перемещений штампа с помощью специально разработанной программы “Регистрация линейных перемещений” [11] в виде системы таблиц и графиков.A mouse-type device casing in the central part coinciding with its center of gravity is connected to two
Механизм синхронизации приложения вертикальной и сдвиговой нагрузки включает цилиндрический редуктор 21, смонтированный на стальной плите 1, поворотный рычаг 22, упирающийся в стопор 23, при этом стопор 23 входит в корпус редуктора 21 и имеет возможность мгновенного разъединения с ним, трос 24, одним концом намотанный на ведомом валу редуктора 21, а другим концом соединенный с опорной плитой 5, и трос 25, который с одной стороны имеет петлевидный конец с возможностью разъединения со стопором 23 в момент его разъединения с корпусом редуктора 21, а другой стороной жестко закреплен на поверхности барабана 10 механизма вращательного смещения штампа.The synchronization mechanism for the application of vertical and shear loads includes a
Механизм вертикального нагружения снабжен вибровозбудителем вертикальных колебаний для передачи на почвогрунт динамической нагрузки Рдин, состоящим из вибратора 26, приводимого в действие электродвигателем 27 через ременную передачу 28, смонтированных на платформе 29, жестко связанной через стойки 30 с опорной плитой 5, и набором грузов 31 для передачи на почвогрунт регулируемой статической нагрузки Pст, неподвижно закрепленных на стойках 30.The vertical loading mechanism is equipped with a vertical vibration exciter for transmitting a dynamic load P din to the soil, consisting of a
Устройство работает следующим образом (фиг.1). Устройство устанавливают на подготовленный для проведения эксперимента почвогрунт. Стопором 23 и тросом 25 блокируют возможность вращения барабана 10 относительно стальной плиты 1 и навешивают груз 12 весом Р2 на подвес, обеспечивающий в процессе эксперимента с учетом передаточного отношения механизма вращательного смещения штампа необходимую величину касательного напряжения под штампом 6 с грунтозацепами 32. Посредством редуктора 21, рычага 22, упирающегося в стопор 23 и троса 24 вывешивают платформу 5 по вертикали в таком положении, чтобы штамп 6 своей нижней поверхностью касался поверхности слоя почвогрунта, при этом грунтозацепы 32 должны быть полностью погружены в почвогрунт. Передаточное число редуктора 21, как показали проведенные исследования, имеет величину порядка 10…15, что вполне необходимо для плавного и точного вывешивания платформы 5 и штампа 6 в требуемое начальное положение. «Мышь» 17 соединяют посредством нитей 18 с платформой 5 и барабаном 10, а также с ЭВМ 20. Вертикальную вибрационную нагрузку на штамп 6 формируют статической нагрузкой Pст посредством выбора веса грузов 31, а также динамической нагрузкой Рдин посредством вращения вибратора 26, приводимого в действие электродвигателем 27 через ременную передачу 28, смонтированных на платформе 29, жестко связанной через стойки 30 с опорной плитой 5.The device operates as follows (figure 1). The device is mounted on a prepared soil for the experiment. The
Резко выдергивают стопор 23 из корпуса редуктора 21, при этом петля троса 25 освобождается, обеспечивая возможность вращения барабана 10 и штампа 6 под действием крутящего момента за счет силы тяжести Р2 грузов 12.The
При этом барабан 10 получает свободу вращательного движения под действием веса P2 груза 12 и начинает поворачивать штамп 6, обеспечивая при этом постоянные значения касательных напряжений в грунте под штампом, посредством его оси 9, находясь в подвижном с ней зацеплении через шлицевое зацепление. Одновременно с этим, или в один и тот же момент времени, что обеспечивается жестким зацеплением зубчатых колес редуктора 21 и отсутствием упругих деформаций каких-либо элементов механизма синхронизации приложения вертикальной и сдвиговой нагрузок, штамп 6 начинает перемещаться вниз под действием вибрационной нагрузки, включающей статическую нагрузку Рст и динамическую нагрузку Рдин, деформируя слой почвогрунта.In this case, the
Таким образом, механизм синхронизации обеспечивает единовременное совместное приложение вертикальной и сдвиговой нагрузок к штампу 6.Thus, the synchronization mechanism provides a simultaneous joint application of vertical and shear loads to the
В процессе деформирования штампом 6 слоя почвогрунта производится регистрация показаний датчиков вертикального и углового перемещения штампа на ЭВМ.In the process of deformation with a
Зарегистрированные на ЭВМ показания датчиков по изменению вертикальной и сдвиговой деформаций слоя почвогрунта во времени позволяют по соответствующей методике определить его физико-механические характеристики.The sensor readings recorded on a computer on the change in the vertical and shear deformations of the soil layer in time make it possible to determine its physical and mechanical characteristics by the appropriate technique.
Предлагаемое устройство позволяет качественно повысить эффективность испытаний и расширить информативность полученных результатов.The proposed device allows to qualitatively increase the efficiency of tests and to expand the information content of the results.
Преимущества предложенного устройства наглядно представлены в таблице.The advantages of the proposed device are clearly presented in the table.
Источники информацииInformation sources
1. А.с. 1418594 СССР, МКИ G01M 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.1. A.S. 1418594 USSR,
2. А.с. 696333 СССР, МКИ G01M 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; Заяв. 07.04.78; Опубл. 05.11.79, Бюл. №41. - 3 с.: ил.2. A.S. 696333 USSR,
3. 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.51-55.3. Benz A.A. A technique for determining the traction properties of a tractor by the shear characteristics of a track link / A.A. Benz, B.N. Pinigin, V.A. Sudarchikov, D.B. Chernin // Research of power plants and chassis of transport and traction machines: Thematic collection of scientific papers. - Chelyabinsk: ChPI, 1985. - P. 51-55.
4. Форссблад Л. Вибрационное уплотнение грунтов и оснований / пер. с англ. И.В. Гагариной. - М.: Транспорт, 1987. - 188 с.4. Forssblad L. Vibration compaction of soils and bases / trans. from English I.V. Gagarina. - M.: Transport, 1987 .-- 188 p.
5. 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.5. Popova Z.A. Soil study for road construction: (Laboratory and practical work). Textbook allowance for technical schools. - 3rd ed., Revised. and add. - M.: Transport, 1985 .-- 126 p.
6. А.с. 1242746 СССР, МКИ G01M 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.6. A.S. 1242746 USSR,
7. Пат. 2236673 Российская федерация, МПК7 G01N 33/24, G01M 17/00. Устройство для исследования физико-механических характеристик слоя почвогрунта. / Носов С.В., Азовцев Н.Н., Бондаренко П.А., Маслов Б.А.; заявитель и патентообладатель Липецкий гос. техн. ун-т. - №2003109005; заявл. 31.03.03; опубл. 20.09.04, Бюл. №26. - 13.: ил.7. Pat. 2236673 Russian Federation, IPC 7 G01N 33/24,
8. Беккер М.Г. Введение в теорию система “Местность - машина”; пер с англ. - М.: Машиностроение, 1973. - 520 с.8. Becker M.G. Introduction to the theory of the system “Terrain - machine”; per English - M.: Mechanical Engineering, 1973. - 520 p.
9. Патент РФ №2192006. Способ определения физико-механических характеристик слоя почвогрунта, преимущественно имеющего низкую и среднюю плотность, и устройство для его осуществления: Заявка №99126270 от 14.12.99; МПК 7 G01N 33/24. / С.В. Носов, М.В. Рощупкин, А.Л. Кононов, А.Г. Каплун; Липецкий государственный технический университет. - Б.И. №30 (II ч.) за 2002 г. (Зарегистрирован в Гос. Реестре изобретений РФ 27.10.02 г.).9. RF patent No. 2192006. A method for determining the physico-mechanical characteristics of a soil layer, mainly having a low and medium density, and a device for its implementation: Application No. 99126270 of 12/14/99;
10. Патент РФ №2365916. Устройство для исследования физико-механических характеристик слоя почвогрунта / С.В. Носов, Н.Е. Перегудов, Ю.Ю. Киндюхин // Заявка №2008112526/28 от 31.03.2008. Зарегистрировано в Гос.реестре изобретений РФ 27.08.2009. БИПМ №24.10. RF patent No. 2365916. A device for studying the physicomechanical characteristics of a soil layer / S.V. Nosov, N.E. Peregudov, Yu.Yu. Kindyukhin // Application No. 2008112526/28 of 03/31/2008. Registered in the State Register of Inventions of the Russian Federation on August 27, 2009. BIPM No. 24.
11. Носов С.В., Бондаренко П.А. Программа “Регистрация линейных перемещений”.- Национальный информационный фонд неопубликованных документов. - Инв. Номер ВНТИЦ № ГР 50200700319. - Инв. Номер ОФАП №7672 от 12.02.2007. - 5 с.11. Nosov S.V., Bondarenko P.A. Program “Registration of linear movements.” - National Information Fund of unpublished documents. - Inv. VNTITS No. ГР 50200700319. - Inv. OFAP No. 7672 dated February 12, 2007. - 5 sec.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013156080/15A RU2540432C1 (en) | 2013-12-17 | 2013-12-17 | Device for study of physical and mechanical characteristics of soil layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013156080/15A RU2540432C1 (en) | 2013-12-17 | 2013-12-17 | Device for study of physical and mechanical characteristics of soil layer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2540432C1 true RU2540432C1 (en) | 2015-02-10 |
Family
ID=53286863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013156080/15A RU2540432C1 (en) | 2013-12-17 | 2013-12-17 | Device for study of physical and mechanical characteristics of soil layer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2540432C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU189197U1 (en) * | 2018-12-10 | 2019-05-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Институт геотехники и инженерных изысканий в строительстве" | SOIL TEST DEVICE |
| CN114687387A (en) * | 2022-02-10 | 2022-07-01 | 浙江工业大学 | Foundation pit axial force servo system simulation entity controller platform |
| US20220298737A1 (en) * | 2019-10-23 | 2022-09-22 | Changsha University Of Science And Technology | In-situ test system and method for subgrade dynamic resilient modulus |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2192006C2 (en) * | 1999-12-14 | 2002-10-27 | Липецкий государственный технический университет | Method and apparatus for determining physicomechanical properties of ground layer preferably of low and average density |
| RU2237239C2 (en) * | 2002-12-02 | 2004-09-27 | Липецкий государственный технический университет | Method for determining physical and mechanical properties of soil and ground layer |
| RU2332664C1 (en) * | 2007-02-08 | 2008-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" | Device for testing of ground |
| RU2365916C1 (en) * | 2008-03-31 | 2009-08-27 | Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ГОУ ВПО ЛГТУ) | Device for investigation of physical-mechanical characteristics of soil layer |
-
2013
- 2013-12-17 RU RU2013156080/15A patent/RU2540432C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2192006C2 (en) * | 1999-12-14 | 2002-10-27 | Липецкий государственный технический университет | Method and apparatus for determining physicomechanical properties of ground layer preferably of low and average density |
| RU2237239C2 (en) * | 2002-12-02 | 2004-09-27 | Липецкий государственный технический университет | Method for determining physical and mechanical properties of soil and ground layer |
| RU2332664C1 (en) * | 2007-02-08 | 2008-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" | Device for testing of ground |
| RU2365916C1 (en) * | 2008-03-31 | 2009-08-27 | Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ГОУ ВПО ЛГТУ) | Device for investigation of physical-mechanical characteristics of soil layer |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| АНАНЬЕВ В.П. и др., Инженерная геология, Москва, Высшая школа, 2005, 577 c * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU189197U1 (en) * | 2018-12-10 | 2019-05-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Институт геотехники и инженерных изысканий в строительстве" | SOIL TEST DEVICE |
| US20220298737A1 (en) * | 2019-10-23 | 2022-09-22 | Changsha University Of Science And Technology | In-situ test system and method for subgrade dynamic resilient modulus |
| US11913186B2 (en) * | 2019-10-23 | 2024-02-27 | Changsha University Of Science And Technology | In-situ test system and method for subgrade dynamic resilient modulus |
| CN114687387A (en) * | 2022-02-10 | 2022-07-01 | 浙江工业大学 | Foundation pit axial force servo system simulation entity controller platform |
| CN114687387B (en) * | 2022-02-10 | 2024-03-19 | 浙江工业大学 | Simulation entity controller platform of foundation pit axial force servo system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2365916C1 (en) | Device for investigation of physical-mechanical characteristics of soil layer | |
| Harrison et al. | Recent developments in coefficient of friction measurements at the rail/wheel interface | |
| CN202886097U (en) | Mobile rigidity test equipment | |
| RU2540432C1 (en) | Device for study of physical and mechanical characteristics of soil layer | |
| CN107526886B (en) | Method for determining lunar soil mechanical parameters in lunar surface actual walking process | |
| He et al. | An investigation of the effect of shearing velocity on the inter-particle behavior of granular and composite materials with a new micromechanical dynamic testing apparatus | |
| Chen et al. | Fractal and spectral analysis of aggregate surface profile in polishing process | |
| CN105891107A (en) | Device and method for testing friction performance of pavement material | |
| Wang et al. | Modeling, calibration and validation of tractive performance for seafloor tracked trencher | |
| CN104359686B (en) | Automotive disc brake braking shake and testing stand of screaming | |
| US20090214300A1 (en) | Devices, systems, and methods for measuring and controlling compactive effort delivered to a soil by a compaction unit | |
| Levenberg | Inferring pavement properties using an embedded accelerometer | |
| CN103984874A (en) | Method for calculating dynamic load of rail train | |
| Bosch et al. | Parameterisation, validation and implementation of an all-terrain SUV FTire tyre model | |
| MA32569B1 (en) | METHOD FOR DETERMINING IN IN SITU THE COMPACITY OF LAYERS OF GRANULAR SUBSTANCES AND DEVICE FOR EXECUTING THE METHOD | |
| Yahya et al. | UPM indoor tyre traction testing facility | |
| RU2545531C1 (en) | Upgraded test bench by osipov for diagnostics of vehicle brake | |
| RU2396539C2 (en) | Device for determining rheological properties of snow cover | |
| Olmedo et al. | An automated vane shear test tool for environmental monitoring with unmanned ground vehicles | |
| RU2366944C1 (en) | Method for determination of physical-mechanical characteristics of soil layer | |
| RU2548725C1 (en) | Method of determining physical and mechanical characteristics of soil layer | |
| Broutin | Assessment of flexible airfield pavements using Heavy Weight Deflectometers. Development of a FEM dynamical time-domain analysis for the backcalculation of structural properties. | |
| Pytka et al. | A new optical method for soil stress and strain investigation | |
| Briggs et al. | A comparison of the rolling weight deflectometer with the falling weight deflectometer | |
| RU2745536C1 (en) | Installation for determining rheological characteristics of road-building materials |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151218 |