Прибор для ускоренного определения влажности грунта

 

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Е 02 D t/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4879884/33 . (22) 06.11.90 (46) 07.04.93. Бюл. М 13 (76) И.В.Беденко, Л.А.Калинин, В.M.Êîëïàков, Б.П.Маркин и Ю.И.Матвеев (56) Инструкция по исследованию строительных свойств грунтов полевой лабораторией системы П.M.Ëèòâèíîâà ПЛЛ-9, изд.

"Прапор", Харьков, 1966 г., с.24 — 25, рис,17.

Авторское свидетельство СССР

hL 1176021, кл. Е 02 D 1/00, 1983.

Прибор для ускоренного определения влажности грунта 062М. Руководство по эксплуатации 062М 00000 РЭ. Министерство станкостроительной и инструментальной промышленности, Уманский завод литейного оборудования, г. Умань, 1972, с.20. (54) ПРИБОР ДЛЯ УСКОРЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА (S7) Использование: в области строительства при определении влажности грунта в лабораторных и полевых условиях. Сущность; с целью повышения производительности и уменьшения энергозатрат за счет оптимиза. ции процесса сушки грунта прибор для ускоренного определения влажности грунта, содержащий основание со стойкой, кожух, термоактивный элемент, вращающийся диск, на котором установлены с возможностью фиксации бюксы с грунтом, привод, блок управления и источник питания, соединенный с блоком управления, приводом и термоактивным элементом, снабжен опор. ным элементом, полым валом и качалками с компенсаторами. Полый вал жестко закреп- лен на стойке основания с образованием консоли, на конце которой параллельно стойке внутри кожуха асимметрично закреплен опорный элемент. Вращающийся диск установлен между стойкой и опорным

„„5U ÄÄ 1808041 АЗ элементом на полом валу по оси симметрии на шарикоподшипниковой опоре с возможностью вращения в вертикальной плоскости, По окружности, диска с радиусом R® установлены полуоси с подвешенными на них при помощи качалок с компенсаторами бюксами с грунтом в количестве 1 — 2. Термоактивный элемент закреплен по периметру опорного элемента.и вписан в криволинейную фигуру с четырьмя углами, стороны которой образованы дугами окружностей с центрами верхних дуг, расположенных ни-же горизонтальной оси симметрии диска на расстоянии, равном расчетной высоте ка-: .,::: чалки, и отстоящими от вертикальной оси диска в обе стороны на половину расчетной Я " ширины качалки. Центры нижних дуг расположены выше горизонтальной оси диска на величину высоты бюксы с грунтом и аналогичном расстоянии, что и центры верхних дуг от вертикальной оси диска. Расчетные величины высоты и ширины качалок и истин- ный радиус их подвески определяют по фор-. мулам в зависимости от диаметра диска;: числа качалок и Вщ. Кроме того, термоактив- Q© ный элемент выполнен в виде линейных на-. («) гревателей, провода которых уложенЫ: ©( внутри полого вала и защищены термостой-: ким электроизоляционным покрытием. Компенсатор может быть выполнен в виде втулки с размещенной внутри предвариевер тельно поджатой пружиной, опирающейся о одной стороны на шарик, а с другой на упОрний винт, и установлен в вертикальной лла-, (Д стине качалки с возможностью контакта и перемещения относительно диска, или в виде шарикоподшипниковых опор, соосно закрепленных на диске, внутри которых установлена полуось, на которой подвешена качалка. Последняя имеет в горизонталь1808041

25

45

50 ной пластине ступенчатый проем, диаметр верхней части которого соответствует диаИзобретение относится к области строительства при исследовании физико-механических свойств грунтов и может быть использовано при определении влажности грунта в лабораторных и полевых условиях, Целью изобретения является повышение производительности и уменьшение энергозатрат за счет оптимизации процесса сушки грунта.

Нэ фиг.1 изображен общий вид прибора для ускоренного определения влажности грунта; на фиг;2 — вид А фиг.1; на фиг.3 — узел

I на фиг.1; на фиг.4 — сечени Я-А на фиг;3; на фиг.5 — сечение Б — Б на фиг.3; на фиг.6— узел II на фиг.1; на фиг,7 — сечение à — Г на фиг.б; нэ фиг.8 — огибающая контура термоактивного элемента с привязкой центров дуг; на фиг.9 — узел III на фиг.1; íà фиг.10— вид Д на фиг,9; на фиг.11 — вариант выполнения компенсаторов массы грунта в виде шарикоподшипниковых опор; на фиг.12— вид Е на фиг.11: на фиг,13 — блок-схема управления прибором; на фиг.14 — функциональная схема системы управления прибором.

Прибор для ускоренного определения влажности грунта состоит из основания 1 со стойкой 2, в верхней части которой жестко закреплен полый вал 3 при помощи гайки 4 и шайбы 5 с образованием консоли 6. На полом валу 3 установлены шарикоподшипниковые опоры 7, вмонтированные в ступицу 8 диска 9, выполненного с обечайкой 10, установленной с небольшим отступлением от края диска 9 по его периферии, На диске

9 по окружности с радиусом RUj установлены полуоси 11, на которые подвешены качалки, состоящие из вертикальных пластин 12, в которые вмонтированы компенсэторы 13, и горизонтальных пластин 14, на которые установлены бюксы 15 с грунтом 16. Термоактивный элемент в виде ленточного нагревателя 17 размещен по периметру опорного элемента 18, который при помощи специального приспособления 19 жестко закреплен на конце консоли 6. Качалки с бюксами 15, грунтом 16, опорным элементом 18 и ленточным нагревателем 17 закрыты кожухом 20, который при помощи крепежных бобышек 21 и скобы 22 надет по скользящей посадке на обечайку 10 диска 9 с возможностью регулирования площади вентиляционных щелей 23 и 24, выполненных на боковой поверхности кожуха 20 и обечайки 10 соответственно. На основании метру бюксы, а диаметр нижней части меньше диаметра бюксы. 3 з.п. ф-лы, 14 ил.

1 установлены двигатель 25 и пульт управления 26, Пульт управления 26 с одной стороны электрически связан приводами 27 с двигателем 25 и проводами 28 с термоактивным элементом, а с другой — с источником питания, входящим в блок-схему системы управления прибором, а привод 25 трансмиссией 29 (см.фиг.1) соединен с диском 9.

Провода 28 подвода электротока защищены термостойким электроизоляционным покрытием 30 (см.фиг.3и4),,уложенным в чехле 31, который прикреплен при помощи скобы 32 и винтов 33 к опорному элементу

18 и направлен от консоли 6 к линейным нагревателям 17. Специальное приспособление 19, которое жестко закрепляет опорный элемент 18 к консоли 6, выполнено в виде двух втулок со скошенными фланцами, соединенными между собой через опорный

20 элемент 18 крепежам (винт-гайка) 34. Втулки специального приспособления 19 зафиксированы относительно консоли 6 при помощи винтов 35. Линейные нагреватели

17 закреплены по периметру к опорному элементу 18 посредством державки 36 (см.фиг,б и 7) и винтов 37 с возможностью регулирования своего положения в пазу 38 и заключены в термостойкую электроизоляционную втулку 39, обжатую державкой 36 при помощи крепежных элементов 40, и вписаны в криволинейную фигуру с четырьмя углами, стороны которой образованы дугами окружностей радиусом с центрами верхних дуг 41 (см.фиг.8), расположенных ниже горизонтальной оси 42 симметрии диска 9 на расстоянии, равном расчетной высоте качалки Ьк.р, и отстоящей от вертикальной оси 43 в обе стороны на половину расчетной ширины качалки b„.>, Центры нижних дуг 44 расположены выше горизонтальной оси 42 диска 9 на величину высоты бюкса 15 с грунтом 16 he и аналогичном расстоянии, что и центры верхних дуг

41 от вертикальной оси 43 диска 9. Горизонтальная ось 45 симметрии опорного элемента 18 смещена относительно оси 42 диска 9 с образованием некоторого зксцентриситета, Компенсатор 13 перекоса качалок может быть выполнен в виде двух альтернативных вариантов. В первом варианте (см.фиг.9 и

10) он состоит из втулки 46, установленной в вертикальной пластине 12, шарнирно подвешенной к неподвижной полуоси 11, Внутри втулки 46 размещена предварительно

55 поджатая пружина 47, опирающаяся с од1808041 ной стороны на шарик 48, а с другой на сительно обечайки производят регулировку упорный винт 49. Во втором варианте раскрытия проемов,образованньхвентиля(см.фиг.11 и 12) компенсатор 13 выполнен в ционными щелями 23 и 24. Далее указатель виде шарикоподшипниковой опоры 50, ус- терморегулятора 64 выставляют на требуетановленной в обойме 51, прикрепленной с 5 мую температуру сушки, замыканием перенаружной стороны диска 9, и шарикопод- ключателя 56 источник питания 55 шипниковой опоре 52, установленной в подключаютк входам коммутаторов 57и58, обойме 53, прикрепленной с внутренней э указатель реле времени 59 устанавливают стороны диска 9, Вертикальная пластина 12 на заданное время сушки с одновременным качалки жестко прикреплена к полуоси 11, 10 замыканием переключателей 60 и 61, котоуСтановленной в шарокоподшипниковых рые подают ток от источника питания к приопорах 50 и 52. Горизонтальная пластина 14 воду 25 по проводам 27 и к термоактивному качалки как в первом, так и во втором случае элементу 17 по проводам 28, Привод 25 повыполнена со ступенчатым проемом 54, ди- средством трансмиссии 29 вызывает вращеаметр нижней части которого меньше, чем 15 ние диска 9, который через полуоси 11 площадь оснований бюкс 15 с грунтом 16. приводит в плоско-параллельное движение

Расчетные и и тинные значения высоты и качалки с установленными на них бюксами ширины качалок, а также истинное значе- вокруг термоактивного элемента. Компенние радиуса установки полуосей 11 нэ диске сатор 13 не допускает перекоса качалки, 9определены по вышеприведенным форму- 20 вызванного эксцентриситетом силы веса лам, Система управления прибором пред- грунта в бюксах относительно точки креплеставлена блок-схемой (см. фиг,13) и ния качалкинаполуоси11, Приэтомвварифункциональнойсхемой(см.фиг,14)исосто- анте, изображенном на фиг.9, 10, ит из источника питания 55 (переменного компенсирующий реактивный момент вы2 или постоянного тока), пульта управления 25 зывается силой опирания шарика 48 икэ на

6, включающего переключатель 56, соеди- диск 9, а в альтернативном варианте ненный с одной стороны с источником тока (фиг.11, 12) — силами, возникающими в ша55, а с другой со входами коммутаторов 57 рикоподшипниковых опорах 50, 52. Энери 58, выходы которых связаны со входами гия, излучаемая термоактивным элементом, К привода 25 и термоактивного элемента 17. 30 нагревает грунт и приводит к испарению з оммутатор 57 привода 25 включает реле него влаги — высушиванию в оптимальном времени 59, управляющего переключателя- режиме. Оптимальность" режима обеспечими 60 и 61, переключателя холостого враще- вают тем, что; ния 62 и переключателя направления — термоактивный элементвписан в кривращения привода 63; э коммутатор 57 тер- 35 волинейную фигуру (фиг.8) с четырьмя угламоактивного элемента содержит терморегу- . ми, геометрически подобную траектории лятор 64, электрически соединенный с движения ребер(а,б на фиг,10) пластины 12 датчиком температуры 65, установленным и отстоящую от этой траектории на минина опорном элементе 18 (на фиг.1, 2 не по- мальном расстоянии, задаваемом конструкказан). Переключатели 56, 62, 63, а также 40 тивным размером качалки Ь1 (фиг.10) и ручки регулировки времени и температуры величинами Ль и Ьь, вычисляемыми по выным формулам с учетом экспесушки вынесены на лицевую панель пульта шеприведенным формул

26, Термоактивные элементы выполнены в риментально определенного вероятного виде линейных нагревателей 17, которыми отклонения оси качалки от вертикали, вымогут быть спирали, ТЭНы и другие нагре- 45 званного неравномерностью загрузки бюкс вательные элементы подобного типа. (бюксы) грунтом

Прибор для ускоренного определения — горизонтальная пластина 14 качалки влажности грунта работает следующим об- имеет проем 54 нали разом. ет проем, наличие которого улучшает прогрев обьемов грунта, прилегающих к

Посредством скобы 22 кожух 20 снижа- 50 днищу бюксы; ют с обечайки 10 диска 9. Затем с помощью, — плоско-параллельное движение бюкс . например, пинцета бюксы 15 поочередно вокругтермоактивногоэлемента позволяет извлекают из пластин 14 качалок, заполня- осуществить всесторонний прогрев пробы ют пробами грунта 16 так, чтобы грунт не грунта; выступал за верхнюю кромку бюксы, взве- 55 — истинные геометрические размеры шивают с регистрацией массы Ры ((— номер h„,Ьк,йщ, определенные по выщеприведенбюксы) и вновь устанавливают на качалку. ным формулам, исключают возможность каосле заполнения прибора необходимым чания качалок зэ другие конструктивные крличеством проб кожух устанавливают на элементы прибора. прежнее место и путем его поворота отно t808041

Терморегулятор 64 посредством сигнала от датчика температуры 65, установленного на опорном элементе 18, управляет нагревом термоактивного элемента, что обеспечивает поддержание заданной тем- 5 пературы, По истечении установленного времени сушки, реле 59 размыкает переключатели 60 и 61 и отключает электропитание от привода и термоактивного элемента.

После остановки вращения прибора ко- 10 жух снимают и осуществляют повторное взвешивание бюкс с регистрацией массы

Рсь Циклы высушивания и взвешивания повторяют до тех пор, пока разность Pci, полученных в двух последовательных 15 взвешиваниях, не станет менее точности измерения массы. Требуемое значение влажности W грунта t-й пробы рассчитывают по формуле

20 где P*ci масса бюксы с сухим грунтом, зафиксированная в последнем взвешивании;

Ри — масса бюксы (определяют периодически при поверке прибора).

Для повышения удобства загрузки и вы- д0 грузки проб в функциональную схему прибора включены кнопочный переключатель

62, обеспечивающий кратковременное подключение питания к приводу, и переключатель 63 направления вращения привода.

Эффективность изобретения по сравнению с известным решением заключается в том, что производительность при определении влажности грунта повышается в 5 — 8 раз, а затраты электроэнергии при этом со- 40 кращаются на 40-60 .

Указанный эффект достигается тем, что в каждый момент времени бюксы отдалены от термоактивного элемента на расстояние, обеспечивающее максимальное тепловое 45 воздействие на приборы грунта при условии беспрепятственного движения качалок.

Формула изобретения

1. Прибор для ускоренного определения 50 влажности грунта, содержащий основание со стойкой, кожух, термоактивный элемент, вращающийся диск, на котором установле- ° ны с возможностью фиксации бюксы с грунтом, привод, блок управления и источник 55 питания, соединенный с блоком управления, приводом и термоактивным элементом, отличающийся тем,что, с целью повышения производительности и уменьшения энергозатрат за счет оптимизации процесса сушки грунта, он снабжен опорным элементом, полым валом и качалками с компенсаторами, при этом полый вал жестко закреплен на стойке основания с образованием консоли, на конце которой параллельно стойке асимметрично закреплен опорный элемент, между стойкой и опорным элементом на полом валу по оси симметрии на шарикоподшипниковой опоре установлен с возможностью вращения в вертикальной плоскости диск, выполненный с обечайкой по периферии, в диске по окружности установлены полуоси, к которым на качалках с компенсаторами подвешены бюксы с грунтом в количестве 1-2, термоактивный элемент закреплен по периметру опорного элемента и вписан в криволинейную фигуру с четырьмя углами, стороны которой образованы дугами окружностей с центрами верхних дуг, расположенными ниже горизонтальной оси симметрии диска на расстоянии, равном расчетной высоте качалки, и отстоящими от вертикальной оси диска в обе стороны на половину расчетной ширины качалки, а центры нижних дуг располоЖены выше горизонтальной оси диска на величину высоты бюксы с грунтом и на аналогичном расстоянии, что и центры верхних дуг, от вертикальной оси диска, причем расчетные величины высоты и ширины качалок и истинный радиус их подвески определены по формулам

2K

bк.р=-

2к2 K) -О. 0,25 + к1 + 1 1к.p=K1 Ьк.р

Вш= 1— — Ьк... - пк.. где Ьк.р= — - -, h„,р, — — — йк R„ ш, "к.. тг

Вш =, K1 = ; Kz = sin

RK Ьк.р. пк 1

Вк — внутренний диаметр обечайки диска;

Кш — радиус окружности диска. по которой установлены полуоси с подвешенными бюксами, Ьк.р — расчетная высота качалки;

Ьк,p — расчетная ширина качалки;

nK — число качалок, а истинные значения высоты и ширины качалок приняты равными

b„=Ь. — Лb

Ьк= Ьк.p — Л Ь вЂ” Л1

1808041 де 6ь = (0,5 — 0,5 cos p +

+ ha.ð. sIn p ) Ьк.р., hh =(+ — sin p—

1 1

cosy 2 h„ð

sin p tg ф 1 ) h;.ð

Л1 — расстояние от центра полуоси до верхней точки качалки; ф = arctg

hp - 0,15/(3 — ne) — эмпирический коэффициент; пв — количество бюксов на одной качалке, а на боковой поверхности кожуха и обечайки выполнены вентиляционные щели, при этом кожух установлен на обечайку диска по скользящей посадке с возможностью регулирования площади вентиляционных щелей.

2. Прибор по и;1, отличающийся тем, что термоактивный элемент выполнен в виде линейных нагревателей, провода которых уложены внутри полого вала и защит щены термостойким электроизоляционным покрытием.

3. Приборпопп.1 и 2, отлича ющий с я тем. что компенсатор выполнен в виде

5 втулки с размещенной внутри предварительно поджатой пружиной, опирающейся с одной стороны на шарик, а с другой на упорный винт, и установлен в вертикальной пластине качалки с возможностью контакта и

10 перемещения относительно диска или в виде шарикоподшипниковых опор, соосно закрепленных на диске, внутри которых установлена полуось, на которой подвешена качалка, имеющая в горизонтальной пла15 стине ступенчатой проем, диаметр верхней части которого соответствует диаметру бюксы, а диаметр нижней части — меньше, чем площадь основания бюксы.

4, Прибор по пп.1 — 3, о т л и ч а ю щ и й20 с я тем, что блок управления включает коммутаторы привода и термоактивн ые элементы, при этом выход источника питания через переключатель соединен с входами коммутаторов привода и термоактивного элемен25 та, выходы которых связаны с входами привода и термоактивного элемента.

1808041 вил 4

1808041

1808041

Qua . 0

ВиУЕ

Ф7 УХ

Ф ие. t2 Ьг. <

Составитель И. Беденко

Редактор С.Кузнецова Техред М.Моргентал Корректор И.Муска

Заказ 1396, Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская нэб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101