Устройство для определения механических характеристик грунта

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для определения механических прочностных свойств грунта. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения испытаний как при двухосном, так и при трехосном нагружении. Внутри подвижной рамы на шаровых опорах установлена рамка с возможностью ее вертикального перемещения, а также поворота относительно вертикальной оси. Перемещение рамки относительно подвижной рамы измеряется датчиком перемещения, установленным на подвижной раме. Внутри рамки на шаровом погоне установлена каретка, снабженная силовым приводом поворота гибкого элемента с возможностью ее поворота относительно вертикальной оси, жестко соединенная через датчик измерения момента сопротивления повороту с рамкой. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для определения механических прочностных свойств грунта.

Известное устройство содержит грунтовой канал, наполненный исследуемым грунтом (грунтовым основанием), вдоль которого уложены направляющие. По этим направляющим движется рама с установленной на ней кареткой, имеющей возможность перемещаться внутри рамы в вертикальной плоскости. На каретке жестко установлен штамп с закругленными краями, вокруг которого натянут бесконечный гибкий элемент, который перематывается с помощью установленного на каретке привода. Другой жестко закрепленный на грунтовом канале привод, соединенный с рамой тросом, обеспечивает горизонтальное перемещение ее с заданной скоростью. С помощью совместного использования приводов рамы и привода каретки возможно получить любой коэффициент буксования движителя при его прямолинейном движении. Устройство снабжено механизмом нагружения элемента движителя, блоком задания программ и контрольно-записывающей аппаратурой. С помощью установки возможно определять физико-механические прочностные свойства испытуемого грунта при движении гибкого элемента, моделирующего гусеничный обвод, при любом заданном режиме движения (изменяя коэффициент буксования б) и также при заданном среднем давлении под подошвой штампа qср. В данном случае допущение о равномерном распределении среднего давления наиболее правдоподобно и обосновано.

Таким образом, использование устройства для определения механических (прочностных) характеристик грунта дает возможность прогнозировать величины деформаций и тягово-сцепные свойства реального транспортного средства при заданном режиме нагружения и движения при прямолинейном движении транспортного средства. Это значит, что определение физико-механических свойств грунта возможно только в режиме двухосного нагружения.

Недостатком устройства является то, что физико-механические свойства определяются в условиях, которые соответствуют двухосному нагружению грунтового основания, соответствующему прямолинейному движению транспортного средства. Конструкция устройства не дает возможности поворота плоскости гибкого элемента в вертикальной плоскости, так как не имеет соответствующего привода для поворота гибкого элемента. Одновременная работа приводов перемотки гибкого элемента, привода перемещения рамы и привода поворота гибкого элемента относительно вертикальной оси позволяет моделировать единственно полное моделирование взаимодействия гибкого элемента с грунтовым основанием - движение транспортного средства с поворотом, при котором имеет место трехосное нагружение грунтового основания. Определяемые в таких условиях физико-механические прочностные характеристики грунтового основания являются полными с точки зрения моделирования взаимодействия гусеничного обвода с грунтовым основанием. Предлагаемое устройство позволяет задавать следующие параметры: необходимый коэффициент буксования гибкого элемента; определяемую величину скорости, диапазон давлений под основанием штампа, соответствующий реальным давлениям под элементами движителя; угловые скорости поворота движителя равные реальным. Определяемые в таких условиях физико-механические прочностные свойства грунтового основания, подставленные в математическую модель движения гусеничной машины позволяют увеличить ее точность и прогнозировать нагруженность элементов гусеничного обвода с учетом взаимодействия с грунтовым основанием в общем случае этого взаимодействия (условиями поворота ТС).

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения испытаний как при двухосном, так и трехосном нагружении испытуемого грунта.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее основание с выполненным в нем каналом для испытуемого грунта, закрепленные на основании направляющие со съемными стопорами, раму с приводом перемещения ее по направляющим, размещенную внутри рамы с возможностью ее перемещения в направлении продольной оси канала, каретку с жестко закрепленным на ней штампом и огибающим штамп гибким элементом с приводом его перемещения и установленный на раме механизм нагружения, снабжено размещенной между рамой и кареткой промежуточной рамкой, установленной с возможностью вертикального перемещения, и приводом поворота каретки относительно промежуточной рамки, а механизм нагружения связан с промежуточной рамкой.

Таким образом, устройство соответствует критерию "новизна". Сравнение заявляемого технического решения с прототипом и с другими техническими решениями в данной и смежных областях техники не выявило технические решения, содержащие признак, сходный с признаком, отличающим заявляемое техническое решение от прототипа - наличие рамки, установленной внутри рамы, снабженной приводом поворота и датчиком угла поворота ее, что позволяет измерять механические характерис- тики при трехосном нагружении грунта при моделировании условий нагружения поверхности контакта, близких к реальным условиям нагружения движителей транспорт- ных средств. Наличие нового свойства проявляемого в заявляемом решении обеспечивает ему соответствие критерию "сущест- венные отличия".

На фиг. 1 изображено устройство для определения механических характеристик грунта; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Устройство состоит из основания, выполненного в виде грунтового канала 1, заполненного испытуемым грунтом, подвижной рамы 2, пульта 3 управления. Вдоль грунтового канала 1, заполненного грунтом, уложены направляющие 4, выполненные в виде рельсов. На направляющих 4 установлены стопоры 5, позволяющие установить подвижную раму 2 в необходимом месте грунтового канала 1 с целью получения режима движения гибкого элемента - полное буксование. Грунтовой канал 1 оборудован приводом 6 горизонтального перемещения подвижной рамы 2, который связан с ней тросом 7. На выходном валу привода 6 горизонтального перемещения подвижной рамы 2 жестко установлен датчик перемещения 8. Внутри подвижной рамы 2 на шаровых опорах 9 установлена рамка 10 с возможностью ее вертикального перемещения, а также поворота относительно вертикальной оси. Перемещение рамки 10 относительно подвижной рамы 2 измеряется датчиком перемещения 11, установленным на подвижной раме 2. Показания датчика 11 дают возможность определять перемещение рамки 10 относительно подвижной рамы 2, т.е. заглубление гибкого элемента. Действие веса рамки 10 уравновешено с помощью грузов 12, которые позволяют устройству работать в диапазоне давлений под штампом от 0 до qср расчетного. Для создания необходимой нагрузки на рамку 10, установка снабжена силовым цилиндром 13. Силовой цилиндр 13 связан электрическими связями с пультом управления 3.

Внутри рамки на шаровом погоне установлена каретка 14, снабженная силовым приводом поворота 15 гибкого элемента 16 с возможностью ее поворота относительно вертикальной оси, жестко соединенная через датчик 17 измерения момента сопротивления повороту с рамкой 10. На каретке установлен штамп 18, под опорной поверхностью которого пропущен гибкий бесконечный элемент 16. Для перематывания гибкого элемента 16 служит привод с ведущей звездочкой 19 через редуктор, соединенный с регулируемым приводом 20. Натяжение гибкого элемента задается натяжным роликом 21. Для снижения сопротивления перематывания гибкого элемента 16 края штампа 18 скруглены. На валу привода 20 жестко установлен проходной датчик 22 перемещения гибкого элемента. Нормальная реакция со стороны грунта на штамп 18 воспринимается силоизмерительным датчиком 17, электрически соединенным с пультом 3 управления.

Пульт управления состоит из блока контрольно-измерительной аппаратуры 23 и блока задания программ 24. Блок 24, например микроЭВМ, позволяет задать законы изменения управляющих сигналов приводом. Блок контрольно-измерительной аппаратуры позволяет получить информацию для построения механических характеристик грунта в условиях трехосного его нагружения, а также организовать обратные связи для работы исполнительных механизмов, так как сигналы с датчиков 8, 11, 17 и 22 подаются на блок 21.

Устройство работает следующим образом.

На пульте 3 управления задается программа испытаний - закон изменения нормальной силы, скорость горизонтального перемещения рамы, скорость поворота штампа относительно вертикальной оси. При работе одновременно всех исполнительных механизмов получаем механические характеристики испытуемого грунта при его трехосном нагружении. Устройство работает при поступлении на вход исполнительных механизмов 6, 13, 15 и 20 управляющих сигналов, причем их совокупность определяет режим испытания последнего.

Рассмотрим случай определения механических характеристик грунта при трехосном нагружении. Работа привода 13 создает усилие на рамке 10, которое замыкается на штампе 18, причем происходит погружение его по вертикали, так как рамка 10 имеет возможность вертикального перемещения в горизонтальной плоскости. Перемещение измеряется с помощью датчика 11, время с помощью приборов пульта управления 3. Диапазон измерения давления под штампом задается от 0, так как он уравновешен грузами 12. Одновременно с исполнительным механизмом 13 включаются исполнительные механизмы 6, 15 и 20, один из них перематывает гибкую бесконечную ленту 16, а другой перемещает подвижную раму 2. Скорость перемещения подвижной рамы 2 измеряется датчиком 8, а скорость перемотки бесконечного гибкого элемента - датчиком 22. Угол поворота каретки относительно рамки с установленным в ней штампом измеряется датчиком 25, нормальная реакция, действующая на штамп 18 со стороны грунта, измеряется датчиком 22. Момент сопротивления повороту штампа измеряется датчиком 17, поворот осуществляется приводом поворота каретки 15. Приводы горизонтального перемещения и перемотки позволяют получать различные значения коэффициентов буксования гибкого элемента. Стопорящие элементы - режим полного буксования. Различные величины нормальной нагрузки позволяют получить срезовые характеристики в зависимости от давления под штампом. При включении привода поворота 15 или установке его под каким-либо углом моделируются различные условия получения механических характеристик грунта при моделировании криволинейного движения транспортного средства по траекториям различной кривизны.

Получение механических характеристик в условиях, приближенных к реальным условиям работы транспортного средства, а также получение механических свойств грунта в условиях трехосного сжатия позволяют повысить точность определения характеристик применительно к транспортной тематике, т.е. определению глубины колеи, определению силы сопротивления движению.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТА, содержащее основание с выполненным в нем каналом для испытуемого грунта, закрепленные на основании параллельно оси канала направляющие со съемными стопорами, раму с приводом перемещения ее по направляющим, размещенную внутри рамы с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном оси канала, каретку с жестко закрепленным на ней штампом и огибающим штамп гибким элементом с приводом его перемещения и установленный на раме механизм нагружения, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения испытаний как при двуосном так и трехосном нагружении испытуемого грунта, оно снабжено размещенной между рамой и кареткой промежуточной рамкой, установленной с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном оси канала, и приводом поворота каретки относительно промежуточной рамки, а механизм нагружения связан с промежуточной рамкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2