Установка для тривісних досліджень ґрунтів

Установка для тривісних досліджень ґрунтів, що містить розташовану всередині розбірного корпусу робочу камеру для зразка, виконану в вигляді куба зі стінками-штампами, які виконані жорсткими взаємно рухомими та підпружиненими відносно розбірного корпусу і зв'язаними за допомогою рухомих упорів зі штоками трьох гідроциліндрів, які розташовані на корпусі взаємно перпендикулярно і з'єднані з трьома незалежними гідросистемами, кожна з яких містить насосну установку та відгалуження статичного та динамічного навантаження, причому у відгалуженні статичного навантаження встановлений гідроакумулятор, а відгалуження динамічного навантаження містить електрогідравлічний підсилювач, який має можливість забезпечувати на виході з нього тиск, пропорційний вхідному електричному сигналу на узгоджувальному електронному блоці керування динамічним навантаженням, який має електричний зв'язок з електромеханічним перетворювачем електрогідравлічного підсилювача, а також вимірювальні прилади, виконані у вигляді манометрів та датчиків тиску і переміщення, електрично з'єднаних з узгоджувальним електронним блоком керування динамічним навантаженням, які є датчиками зворотного зв'язку відповідно за тиском в робочих порожнинах гідроциліндра та переміщенням його штока, яка відрізняється тим, що кожний гідроциліндр виконаний подвійним з утворенням гідроциліндрів статичного та динамічного навантаження, робочі порожнини яких сполучені відповідно з відгалуженнями статичного та динамічного навантаження окремо, крім того, відгалуження статичного навантаження містить дроселювальний гідророзподільник з узгоджувальним електронним блоком керування статичним навантаженням, середня позиція дроселювального гідророзподільника виконана за схемою "закритий центр та закритий злив", який має можливість забезпечувати на виході з нього 2 (19) 1 3 24621 Корисна модель відноситься до техніки випробування матеріалів, а саме до пристроїв, призначених для випробувань зразків ґрунтів, будівельно-дорожніх матеріалів на деформування та міцність при різних режимах тривісного навантаження. Відома установка для тривісних досліджень ґрунтів, що містить робочу камеру для зразка, який виконаний в вигляді кубу зі стінками-штампами, які виконані жорсткими взаємнорухомими та зв'язаними з трьома незалежними насосними установками, керівні та вимірювальні елементи, регульований дросель та гідронасос, а також генератор гідравлічних імпульсів, який виконаний в вигляді підпружиненого двоступінчастого зливного клапану, керівні елементи, які виконані в вигляді трьох підпружинених золотників з розточками [див. а. с. СРСР №1602166, G01N3/10, E02D1/02, 1989 p.]. Недоліком такого пристрою є неможливість створення статичного та динамічного навантаження, яке збільшується, зменшується, змінюється за складною траєкторією, а також обмежує можливість незалежно сполучати різні режими навантаження по трьом осям, в зв'язку з тим, що генератор коливань є спільним для трьох гідросистем. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого є установка для тривісних досліджень ґрунтів, що містить розташовану в середині розбірного корпусу робочу камеру для зразка, виконану в вигляді кубу зі стінками-штампами, які виконані жорсткими взаємнорухомими та підпружиненими відносно розбірного корпусу і зв'язаними за допомогою рухомих упорів зі штоками трьох гідроциліндрів, які розташовані на корпусі взаємно перпендикулярно і з'єднані з трьома незалежними гідросистемами, кожна з яких містить насосну установку та відгалуження статичного та динамічного навантаження, причому в відгалуженні статичного навантаження встановлений гідроакумулятор, а відгалуження динамічного навантаження містить електрогідравлічний підсилювач, який має можливість забезпечувати на виході з нього тиск, пропорційний вхідному сигналу на узгоджувальному електронному блоці керування динамічним навантаженням, який має електричний зв'язок з електромеханічним перетворювачем електрогідравлічного підсилювача, а також вимірювальні прилади, виконані в вигляді манометрів та датчиків тиску і переміщення, електрично з'єднаних з узгоджувальним електронним блоком керування динамічним навантаженням, які є датчиками зворотного зв'язку відповідно за тиском в робочих порожнинах гідроциліндра та переміщенням його штоку, відгалуження статичного і динамічного навантаження кожної незалежної гідросистеми виконані з можливістю почергового сполучення з напірною гідролінією насосної установки і гідроциліндром [див. патент України №10570, G01N3/10, E02D1/02, 1996 p.]. Недоліками найближчого аналогу є: обмежені функціональні можливості, так як неможливо 4 окреме керування статичним та динамічним навантаженням зразка, який знаходиться в природних умовах під дією як динамічних, так й статичних навантажень, та створення різних режимів сполучень регульованих статичних та динамічних навантажень, також функціональні можливості пристрою обмежені його динамічними властивостями, які залежать від пружних, демпфірувальних та інших характеристик зразків матеріалів, які у різних зразків різні, що призводить в найближчому аналозі, який не має корекції динамічних властивостей пристрою, до виникнення неприпустимих коливань, статичних помилок регульованих величин, а також невеликої швидкодії регулювання, крім того, відсутність датчиків напружень із зворотним зв'язком за величиною напружень, які виникають в зразку, не забезпечує необхідної точності випробувань. В основу корисної моделі поставлено задачу створення такої установки для тривісних досліджень ґрунтів, в якій за рахунок введення нових елементів та зв'язків між ними досягається можливість розширення функціональних можливостей пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що в установці для тривісних досліджень ґрунтів, яка містить розташовану в середині розбірного корпусу робочу камеру для зразка, виконану в вигляді кубу зі стінками-штампами, які виконані жорсткими взаємнорухомими та підпружиненими відносно розбірного корпусу і зв'язаними за допомогою рухомих упорів зі штоками трьох гідроциліндрів, які розташовані на корпусі взаємноперпендикулярно і з'єднані з трьома незалежними гідросистемами, кожна з яких містить насосну установку та відгалуження статичного та динамічного навантаження, причому в відгалуженні статичного навантаження встановлений гідроакумулятор, а відгалуження динамічного навантаження містить електрогідравлічний підсилювач, який має можливість забезпечувати на виході з нього тиск, пропорційний вхідному електричному сигналу на узгоджувальному електронному блоці керування динамічним навантаженням, який має електричний зв'язок з електромеханічним перетворювачем електрогідравлічного підсилювача, а також вимірювальні прилади, виконані в вигляді манометрів та датчиків тиску і переміщення, електрично з'єднаних з узгоджувальним електронним блоком керування динамічним навантаженням, які є датчиками зворотного зв'язку відповідно за тиском в робочих порожнинах гідроциліндра та переміщенням його штоку, згідно з корисною моделлю, кожний гідроциліндр виконаний подвійним з утворенням гідроциліндрів статичного та динамічного навантаження, робочі порожнини яких сполучені відповідно з відгалуженнями статичного та динамічного навантаження окремо, крім того, відгалуження статичного навантаження містить дроселювальний гідророзподільник з узгоджувальним електронним блоком керування статичним навантаженням, середня позиція дросе 5 24621 6 лювального гідророзподільника виконана за схеню 10 та бокову 11, які розташовані на шарнірах та мою закритий центр та закритий злив, який має виконані з можливістю відчинятися назовні і фіксуможливість забезпечувати на виході з нього тиск, ватися в закритому стані за допомогою відкидних пропорційний вхідному електричному сигналу на болтів 12. Нерухома нижня горизонтальна стінкаузгоджувальному електронному блоці керування штамп 8 містить змінну пористу вставк у 13, порожстатичним навантаженням, в якості гідроакумулянина якої сполучена отвором 14 та гідролінією 15 з тора використано пневмогідроакумулятор, який системою водонасичення зразка, вимірювання з'єднаний з напірною гідролінією статичного навакількості та порового тиску рідини, що віддреновантаження, яка сполучена з виходом дроселювальна. На стінках розбірного корпусу 1 розташовані ного гідророзподільника, через двопозиційний човзаємноперпендикулярно три гідроциліндри 15, тирилінійний гідророзподільник з 16, 17, кожний з яких виконаний подвійним та міселектромагнітним керуванням, за допомогою якого тить гідроциліндри статичного та динамічного напневмогідроакумулятор має можливість почерговантаження, які мають шток 18 та поршні 19, 20. вого сполучення з підпоршневою робочою порожШтоки 18 жорстко з'єднані з рухомими упорами 21. ниною гідроциліндра статичного навантаження На протилежних стінках розбірного корпуса 1 опоабо із зливом, крім того, через дроселювальний зитно гідроциліндрам розміщені нерухомі опори гідророзподільник підпоршнева та штокова робочі 22. Стінки-штампи 3, 4, 5, 6, 7, які виконані взаємпорожнини гідроциліндра статичного навантаженнорухомими, рухомо закріплені на упорах 21, 22 з ня мають можливість почергового з'єднання з наможливістю ковзання в площині їх контакту. Гідропірною або зливною гідролініями відгалуження циліндри 15, 16, 17 з'єднані з трьома незалежними статичного навантаження, відгалуження статичногідросистемами, кожна з яких містить відгалуження го навантаження трьох незалежних гідросистем статичного та динамічного навантаження. Робочі підключені до насосної установки статичного напорожнини 23, 24 кожного гідроциліндра статичновантаження, відгалуження динамічного навантаго навантаження сполучені з відгалуженням статиження містить редукційний клапан, який встановчного навантаження. Робоча порожнина 25 кожнолений в напірній гідролінії насосної установки, та го гідроциліндра динамічного навантаження коректувальні пристрої, виконані в вигляді електсполучена з відгалуженням динамічного навантаричних пропорційно-інтегральноження. Відгалуження статичного навантаження диференціювальних регуляторів, електрогідравлімістить пневмогідроакумулятор 26, який з'єднаний чний підсилювач підключений до напірної лінії рез напірною гідролінією статичного навантаження дукційного клапану, крім того, стінки-штампи обла27 через двопозиційний чотирилінійний гідророзднані розташованими в їх тілах датчиками подільник з електромагнітним керуванням 28, за напружень, які є датчиками зворотного зв'язку за допомогою якого пневмогідроакумулятор 26 має напруженнями в зразку, та електрично зв'язані з можливість почергового сполучення з робочою узгоджу вальними електронними блоками керупорожниною 23 гідроциліндра статичного наванвання статичним і динамічним навантаженням, таження або із зливом. Крім того, в відгалуженні пропорційно-штегрально-диференціювальні регустатичного навантаження встановлений дроселюлятори встановлені в ланцюгах зворотного зв'язку вальний гідророзподільник 29 з узгоджувальним відповідно між датчиками тиску, які встановлені в електронним блоком керування статичним наванпідпоршневих робочих порожнинах гідроциліндрів таженням 30. Середня позиція дроселювального динамічного навантаження, датчиками перемігідророзпо дільника 29 виконана за схемою закрищень, датчиками напружень та узгоджувальними тий центр та закритий злив. Через дроселювальелектронними блоками керування динамічним ний гідророзподільник 29 робочі порожнини 23 та навантаженням, крім того, датчики тиску, які є дат24 гідроциліндра статичного навантаження мають чиками зворотного зв'язку, встановлені в робочих можливість почергового з'єднання з напірною або порожнинах гідроциліндрів статичного навантазливною гідролініями насосної установки статичження і електрично зв'язані з узгоджувальними ного навантаження 31, до якої підключені всі три електронними блоками керування статичним навідгалуження статичного навантаження трьох невантаженням. залежних гідросистем. Дроселювальний гідророзНа Фіг.1 представлена робоча камера устаноподільник 29 має можливість забезпечувати на вки для тривісних досліджень ґрунтів та відгалувиході з нього тиск, пропорційний вхідному електження статичного навантаження однієї незалежної ричному сигналу X на узгоджувальному електрогідросистеми; на Фіг.2 - розріз А - А робочої камери нному блоці керування статичним навантаженням та відгалуження динамічного навантаження однієї 30. Відгалуження динамічного навантаження міснезалежної гідросистеми. тить редукційний клапан 32 (Фіг.2) з напірною гідУстановка для тривісних досліджень ґрунтів ролінією 33, встановлений в напірній гідролінії містить розбірний корпус 1 (Фіг.1) з робочою каменасосної установки 34, електрогідравлічний підсирою 2 для зразка, яка виконана в вигляді кубу, лювач 35, ви хід якого сполучений з підпоршневою утвореного стінками-штампами: рухомими вертиробочою порожниною 25 гідроциліндра динамічнокальними 3, 4, 5, 6 (Фіг.2), рухомою верхньою гого навантаження за допомогою напірної гідролінії ризонтальною 7 та нерухомою нижньою горизон36 та коректувальні пристрої 37, виконані в вигляді тальною 8, яка закріплена на основі розбірного електричних пропорційно-інтегральнокорпуса 1. Всі рухомі стінки-штампи підпружинені диференціювальних регуляторів. Електрогідравлівідносно корпуса 1 за допомогою плунжерних чний підсилювач 35 має можливість забезпечувати штовханів 9. Для завантаження та вивантаження на виході з нього тиск, пропорційний вхідному елезразків розбірний корпус 1 містить дві стінки: верхктричному сигналу У на узгоджувальному елект 7 24621 8 ронному блоці керування динамічним навантапорожнинах 23, або необхідних величин напруженням 38. Всі стінки-штампи обладнані розташожень в зразку, або необхідних величин деформаваними в їх тілах датчиками напружень 39, які є цій в зразку, які вимірюються відповідними вимідатчиками зворотного зв'язку за напруженнями в рювальними приладами: манометром 40, зразку. В робочих порожнинах 23, 24, 25 гідроцидатчиками тиску 41, 42, датчиками напруження 39, ліндрів 15, 16, 17 встановлені манометри 40 та датчиками переміщення 44, дроселювальні гідродатчики тиску 41, 42, 43. На стінках жорсткого коррозподільники 29 встановлюються в середню попусу 1 встановлені корпуса трьох датчиків перемізицію, насосна установка статичного навантаженщення 44 паралельно осям навантаження з активня 31 відключається. В результаті зразок ними елементами, які знаходяться в контакті з знаходиться в навантаженому стані від дії на порухомими стінками-штампами З, 4, 7. Датчики тисршні 19 тиску робочої рідини в напірних гідролініях ку 41, 42, 43 та переміщення 44 є датчиками звостатичного навантаження 27 та пневмогідроакумуротного зв'язку відповідно за тиском в робочих ляторах 26, які компенсують витікання робочої порожнинах 23, 24, 25 гідроциліндрів 15, 16, 17 та рідини із відгалужень статичного навантаження переміщенням їх штоків 18. Пропорційнонезалежних гідросистем. Створення статичних інтегрально-диференціювальні регулятори 37 навантажень на зразок, які повільно змінюються: встановлені в ланцюгах зворотного зв'язку відпозростають або спадають, відбувається за допомовідно між датчиками тиску 43, які встановлені в гою дроселювальних гідророзподільників 29, які підпоршневих робочих порожнинах 25 гідроцилінзмінюють в напірних гідролініях статичного навандрів динамічного навантаження, датчиками перетаження 27 та в сполучених з ними підпоршневих міщень 44, датчиками напружень 39 та узгоджуваробочих порожнинах 23 величини тиску робочої льними електронними блоками керування 38 рідини в залежності від керівних електричних сигдинамічним навантаженням. Всі датчики пристрою налів X, які змінюються відповідно заданої проелектрично зв'язані відповідно з узгоджувальними грами та надходять на вхід узгоджувальних електелектронними блоками статичного 30 і динамічноронних блоків керування статичним го 38 навантаження. навантаженням 30 з урахуванням сигналів зворотУстановка для тривісних досліджень ґрунтів ного зв'язку від датчиків відповідно тиску 41, 42, працює наступним чином. Робота приладу тривіспереміщення 44 або напружень 39. При створенні ного стиснення проводиться за режимом навантакомбінованого навантаження на зразок: статичноження, який визначається програмою випробуго та динамічного навантажень одночасно, пневвань. Підготовлений до випробувань зразок могідроакумулятори 26 від'єднуються від напірних матеріалу завантажується в робочу камеру 2 чегідроліній статичного навантаження 27 за допоморез відчинені назовні верхню 10 та бокову 11 стінгою двопозиційних чотирилінійних гідророзподільки жорсткого корпусу 1, які потім зачиняються та ників з електромагнітним керуванням 28 та з'єднуфіксуються за допомогою відкидних болтів 12. За ються із зливом. Для створення динамічних допомогою підпружинених плунжерів 9 рухомі стіннавантажень, які змінюються по складним траєкки-штампи 3, 4, 5, 6, 7 знаходяться в взаємному торіям або циклічно повторюються, включаються контакті з можливістю ковзання як в площині їх відгалуження динамічного навантаження незалежконтакту, так й відносно рухомих та нерухомих них гідросистем. Після включення насосної устаупорів 21, 22 і нерухомої нижньої горизонтальної новки 34 в напірній гідроліті 33 редукційного кластінки-штампа 8. За допомогою гідролінії 15, отвопану 32 встановлюється необхідна величина ру 14 та змінної пористої вставки 13 проводиться тиску. Вхідний електричний сигнал У, який змінюводонасичення зразка, вимірювання кількості та ється відповідно заданої програми, надходить на парового тиску рідини, яка віддренована в процесі вхід узгоджу вального електронного блока керунавантаження зразка. Для створення статичного вання динамічним навантаженням 38, в якому навантаження, тривалого в часі, робоча рідина під електричний сигнал від відповідних датчиків 43, 39 тиском від насосної установки статичного наванабо 44 про відхилення регульованих величин від таження 31 подається через дроселювальні гідрозаданих рівнів підсилюється та подається на елекрозподільники статичного навантаження 29, напіртромеханічний перетворювач електрогідравлічноні гідролінії статичного навантаження 27 в го підсилювача 35. В якості регульованих величин підпоршневі робочі порожнини 23 гідроциліндрів використовуються: тиск в підпоршневій робочий статичного навантаження гідроциліндрів 15, 16, 17 порожнині 25 гідроциліндрів динамічного навантата через двопозиційні чотирилінійні гідророзподіження, напруження в зразку або переміщення рульники з електромагнітним керуванням 28 - в пнехомих стінок штампів 3, 4, 7. Електромеханічний вмогідроакумулятори 26. В підпоршневих робочих перетворювач електрогідравлічного підсилювача порожнинах 23 тиск робочої рідини діє на поршні 35 зміщує керівний дросельний елемент електро19 з утворенням зусиль, які через штоки 18, рухомі гідравлічного підсилювача 35 із початкового полоупори 21 діють на три взаємно рухомі стінкиження в положення, яке відповідає керівному елештампи 3, 4, 7. Останні, в свою чергу, починають ктричному сигналу. В результаті в напірній рухатися, ковзаючи по поверхням сполучених з гідролінії гідролінії 36 та з'єднаній з нею підпоршними двох стінок-штампів 5, 6, по поверхні неруневій робочий порожнині 25 встановлюється тиск, хомої стінки-штампа 8 та по напрямним поверхням пропорційний керівному електричному сигналу. рухомих та нерухомих упорів 21, 22. В наслідок Додатковий гнучкий від'ємний зворотний зв'язок за чого, відбувається об'ємне навантаження зразка в похідною від зміни регульованої величини, інтегробочий камері 2. Після створення необхідних рералу від зміни регульованої величини утворюється гульованих величин тиску в підпоршневих робочих за допомогою коректувальних пристроїв, викона 9 24621 10 них в вигляді електричних пропорційнонині 25 гідроциліндра 15 або іншу регульовану інтегрально-диференціювальних регуляторів 37. величину на необхідному рівні. Завдяки додаткоВідповідний електричний сигнал від датчиків 43, вому коректувальному зворотному зв'язку збіль39 та 44 про відхилення регульованих величин від шуються демпфірування та запаси стійкості призаданих рівнів проходить через пропорційнострою, збільшується швидкодія, а також зводиться інтегрально-диференціювальні регулятори 37 та до мінімуму статична помилка при різних позиційнадходить на уз годжу вальний електронний блок них навантаженнях на шток 18 гідроциліндра дикерування динамічним навантаженням 38, з якого, намічного навантаження. Після закінчення випров свою чергу, керівний електричний сигнал постубувань зразка робоча рідина від насосної пає на електромеханічний перетворювач електроустановки статичного навантаження 31 через дрогідравлічного підсилювача 35. Електромеханічний селювальний гідророзподільник 29 подається в перетворювач електрогідравлічного підсилювача робочі порожнини 24 гідроциліндрів 15, 16, 17. 35 відповідно зміщує керівний дросельний елеРухомі стінки-штампи 3, 4, 7 відводяться від зразмент електрогідравлічного підсилювача 35 та ка, стінки 10, 11 відчиняються назовні, зразок вивстановлює тиск в підпоршневій робочий порожвантажується з робочої камери 2. Комп’ютерна в ерстка А. Крижанівський Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601