ES2339315A1 - System for measurement "in situ" of the resistance to the cutting and the force of friction in soils (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23D15/00Shearing machines or shearing devices cutting by blades which move parallel to themselves
    • GPHYSICS
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/58Investigating machinability by cutting tools; Investigating the cutting ability of tools

Abstract

System for the measurement "in situ" of the resistance to the cut and the force of friction in floors. The system defines a team that allows to know the resistance that the floor offers when it is cut, as well as the friction force per unit of surface that exerts the ground on blades (4) and (5) mounted on a frame (1), cutting each blade (4) at a different depth, allowing simultaneous measurement of the cutting force at different depth levels. The cutting blades (4) and friction (5), located behind them, are mounted by an articulated quadrilateral system formed by pairs of vertical bars (9) located on both sides of the blades (4) and (5) ), so that in combination with a load cell associated with each blade (4 or 5), it is possible to separately know the shear strength and friction force of the soil. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

Sistema para la medida "in situ" de la resistencia al corte y la fuerza de fricción en suelos.System for the measurement " in situ " of the resistance to the cut and the force of friction in floors.

Objeto de la invenciónObject of the invention

La presente invención, según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un sistema de medida "in situ" de la resistencia al corte y la fuerza de fricción en los suelos, previsto para poder operar a distintos niveles de profundidad mediante cuchillas muy delgadas, y permitir conocer la resistencia que el suelo ofrece cuando es cortado, así como la fuerza de rozamiento por unidad de superficie que ejerce el suelo sobre materiales metálicos.The present invention, as expressed in the statement of this specification, refers to a system of measurement " in situ " of the shear strength and friction force in the floors, intended to operate at different levels of depth by very thin blades, and allow to know the resistance that the soil offers when it is cut, as well as the frictional force per unit of surface that the soil exerts on metal materials.

El sistema se encuadra en el sector de la instrumentación de medida y ensayo de suelos, especialmente para uso agrícola, forestal o ganadero, pudiendo ser igualmente utilizado en suelos destinados a la construcción de edificaciones y obras públicas, e incluso en el sector de la maquinaria agrícola y de obras públicas, ya que permite aportar información para mejorar los diseños de máquinas que trabajan el suelo.The system falls within the sector of the measurement instrumentation and soil testing, especially for use agricultural, forestry or livestock, and can also be used in soils for the construction of buildings and works public, and even in the field of agricultural machinery and public works, since it allows to contribute information to improve the designs of machines that work the ground.

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

Las actuales técnicas de agricultura de precisión permiten el manejo de los suelos de labor con un mayor conocimiento de sus necesidades y de las consecuencias de las operaciones efectuadas. Pero para ello es necesario disponer de información pormenorizada para la caracterización de las parcelas de cultivo y poder detectar en ellas las zonas con mayor o menor necesidad de laboreo. Uno de los indicadores que mejor reflejan las necesidades de laboreo de un suelo es su estado de compactación, el cual se ha venido estimando hasta ahora mediante su resistencia a la penetración, medida con penetrómetros de punta cónica normalizados según ASABE S313.3. Este sistema requiere demasiado tiempo y esfuerzo cuando las parcelas a estudiar son grandes, ya que los muéstreos se realizan en puntos discretos de la parcela, por ello están siendo sustituidos por los medidores de resistencia al corte, que permiten la utilización de vehículos autopropulsados y la obtención de datos georeferenciados en continuo, durante el desplazamiento del dispositivo de medida.The current farming techniques of precision allow the handling of work floors with greater knowledge of their needs and the consequences of operations carried out. But for this it is necessary to have detailed information for the characterization of the plots of cultivation and to be able to detect in them the areas with more or less need for tillage One of the indicators that best reflect the soil tillage needs is its compaction state, the which has been estimated so far by its resistance to penetration, measured with standard tapered tip penetrometers according to ASABE S313.3. This system requires too much time and effort when the plots to study are large, since the show them are made in discrete points of the plot, therefore they are being replaced by cut resistance meters, that allow the use of self-propelled vehicles and the obtaining georeferenced data in continuous, during Displacement of the measuring device.

Glancey et al. (1989) instrumentaron un chisel para medir en continuo la resistencia mecánica del suelo a diferentes profundidades. Para ello, introdujeron seis células de carga montadas directamente detrás de la cuchilla de corte y otras seis en la parte trasera del chisel a la misma profundidad que las primeras. Además se instaló un sensor para medir las fuerzas verticales que actuaban sobre el chisel.Glancey et al. (1989) instrumented a chisel to continuously measure the mechanical resistance of the soil at different depths. To do this, they introduced six load cells mounted directly behind the cutting blade and another six in the back of the chisel at the same depth as the first. In addition, a sensor was installed to measure the vertical forces acting on the chisel.

Adamchuk et al (2001) diseñaron una cuchilla vertical lisa sobre la que situaron una serie de células de carga a diferentes profundidades en la parte posterior de la cuchilla. Una variación de este modelo fue la de Andrade et al. (2001) que diseñaron un sensor que medía la resistencia al corte del suelo consistente en ocho cuchillas de corte que se apoyaban en células de carga independientes. El sensor medía la resistencia a lo largo del perfil del suelo hasta una profundidad de 60 cm en incrementos de 7,5 cm.Adamchuk et al (2001) designed a smooth vertical blade on which they placed a series of load cells at different depths at the back of the blade. A variation of this model was that of Andrade et al. (2001) who designed a sensor that measured the shear resistance of the soil consisting of eight cutting blades that were supported by independent load cells. The sensor measured the resistance along the soil profile to a depth of 60 cm in increments of 7.5 cm.

Sirjacobs et al. (2002) desarrollaron y calibraron un sensor inspirado en el principio utilizado cuando se instrumentan los implementos de laboreo para determinar la tracción requerida. Estaba constituido por una fina cuchilla de 27 cm de largo, 4.5 de ancho y un ángulo de 10º respecto a la vertical, que se mueve horizontalmente por el suelo a velocidad y profundidad constante y sobre la que el empuje del suelo genera fuerzas horizontales y verticales. El brazo que soporta la cuchilla está unido a la zona sensitiva que es un dinamómetro octogonal, fijado fuera del suelo, justo antes del tractor. Las células de carga miden las fuerzas sobre la cuchilla que produce una capa de 30 cm de espesor de suelo y el momento generado en extremo superior del brazo que la soporta.Sirjacobs et al . (2002) developed and calibrated a sensor inspired by the principle used when tillage implements are instrumented to determine the required traction. It was constituted by a thin blade 27 cm long, 4.5 wide and an angle of 10º from the vertical, which moves horizontally across the ground at constant speed and depth and on which the soil thrust generates horizontal and vertical forces . The arm that supports the blade is attached to the sensitive area which is an octagonal dynamometer, fixed off the ground, just before the tractor. The load cells measure the forces on the blade that produces a 30 cm thick layer of soil and the moment generated at the upper end of the arm that supports it.

Mouazen et al. (2003) se basaron en un sistema similar al anterior para medir en tiempo real la fuerza de tiro, a 15 cm de la superficie del suelo, con un subsolador que actuaba de sensor de compactación. Estaba compuesto de un chisel de 0.06 m de ancho y una cuchilla de 0.03 de ancho y una célula de carga extensométrica octagonal. Previamente determinaron que los ángulos de 15º para el chisel y de 75º para la cuchilla eran los que proporcionaban los mejores valores de tiro (Mouazen et al., 1999) para la aplicación del modelo teórico de elementos finitos con el que relacionar el tiro (variable dependiente)con la humedad y densidad del suelo y la profundidad de las medidas y así obtener mapas de compactación del suelo.Mouazen et al . (2003) were based on a system similar to the previous one to measure in real time the shooting force, 15 cm from the ground surface, with a subsoiler that acted as a compaction sensor. It was composed of a 0.06 m wide chisel and a 0.03 wide blade and an octagonal strain gauge cell. Previously they determined that the angles of 15º for the chisel and 75º for the blade were those that provided the best shot values (Mouazen et al ., 1999) for the application of the theoretical model of finite elements with which to relate the shot (variable dependent) with soil moisture and density and depth of measurements and thus obtain soil compaction maps.

Christenson et al. (2004) diseñaron un sensor compuesto de filos cortantes con forma de prismas triangulares de 45º. Los prismas transfieren las fuerzas del estrato de suelo, correspondiente a su longitud, a tres puntos discretos de la cuchilla que los soporta. En cada uno de estos puntos se sitúa una célula de carga que mide la resistencia mecánica, de forma que se puede obtener la ecuación polinómica de segundo orden que representa su variación para el perfil completo del suelo. Los prismas o filos cortantes son diseñados de forma que su grosor disminuya con la profundidad (para aumentar la sensibilidad en las capas superficiales, con menor resistencia mecánica) y sea superior al de la cuchilla (para reducir los efectos de la fricción del suelo sobre ella).Christenson et al . (2004) designed a sensor composed of cutting edges shaped like triangular prisms of 45º. The prisms transfer the forces of the soil stratum, corresponding to its length, to three discrete points of the blade that supports them. At each of these points a load cell is located that measures the mechanical resistance, so that the second order polynomial equation that represents its variation for the complete soil profile can be obtained. The prisms or cutting edges are designed so that their thickness decreases with depth (to increase the sensitivity in the surface layers, with less mechanical resistance) and is greater than that of the blade (to reduce the effects of soil friction on it ).

Chung et al. (2004) diseñaron un sensor similar al anterior pero sustituyeron los filos cortantes por puntas prismáticas. El sistema de medida de la resistencia horizontal a la penetración del suelo se basaba en una cuchilla principal sobre la que se sitúan cinco puntas prismáticas a diferentes profundidades. La cuchilla de 86 cm de longitud, 18 cm de anchura y 1,91 cm de grosor, tiene una cubierta de chapa de acero inoxidable de 0.63 cm de grosor. Al introducirse en el suelo y avanzar la presión de éste sobre la superficie de las puntas es transmitida a través de un vastago a la célula de carga correspondiente situada en el interior del cuerpo de la cuchilla. La cuchilla se monta en una estructura que a su vez se engancha en el tripuntal del tractor. Se optimizaron parámetros de diseño del sensor como la distancia óptima entre las puntas (10 cm) y la longitud de los vástagos (5,1 cm) hasta el filo de la cuchilla, para distintas velocidades y profundidades de trabajo (Chung et al., 2003).Chung et al . (2004) designed a sensor similar to the previous one but replaced the sharp edges with prismatic tips. The system of measurement of horizontal resistance to soil penetration was based on a main blade on which five prismatic tips are placed at different depths. The blade 86 cm long, 18 cm wide and 1.91 cm thick, has a stainless steel sheet cover 0.63 cm thick. Upon entering the ground and advancing the pressure of the latter on the surface of the tips is transmitted through a rod to the corresponding load cell located inside the blade body. The blade is mounted on a structure that in turn hooks on the tractor's tripuntal. Sensor design parameters such as the optimal distance between the tips (10 cm) and the length of the stems (5.1 cm) to the blade edge were optimized, for different speeds and working depths (Chung et al ., 2003).

Sun et al. (2005) diseñaron un sensor de medida continua de resistencia al corte a través de un cono de penetración que incorporaba además un sensor de humedad. Operaba a una profundidad máxima de 20 cm. Consiste en un penetrómetro horizontal que mide la resistencia mecánica conforme el sensor avanza introducido en el suelo. Tiene un vástago, que une el cono de penetración de 20 mm de diámetro, con la cuchilla que mide 40 cm de largo y 5 cm de ancho. El diseño de ésta asegura que las medidas serán independientes de la profundidad y protege al resto de los elementos del impacto de las piedras. A su vez la cuchilla está unida a una palanca de fuerza que es la que actúa sobre la célula de carga que se encuentra en su parte superior, sin ser introducida en el suelo.Sun et al . (2005) designed a continuous measurement sensor of resistance to cutting through a penetration cone that also incorporated a humidity sensor. It operated at a maximum depth of 20 cm. It consists of a horizontal penetrometer that measures the mechanical resistance as the sensor advances introduced into the ground. It has a stem, which joins the penetration cone 20 mm in diameter, with the blade that is 40 cm long and 5 cm wide. Its design ensures that the measurements will be independent of the depth and protects the rest of the elements from the impact of the stones. In turn, the blade is attached to a force lever that is the one that acts on the load cell that is in its upper part, without being introduced into the ground.

Este mismo año, Chukwu y Bowers (2005) diseñaron un sensor que medía a tres profundidades simultáneamente. Tiene tres puntas prismáticas con un ángulo de 30º que están en contacto directo con el suelo y que están unidas a las células de carga por un vástago, estando éstos elementos en el interior de una carcasa en forma de cuña de 30º. Las puntas se sitúan a una distancia de 10.2 cm entre ellas. Utilizaron un material de silicona para rellenar el hueco que quedaba en el interior de la carcasa y evitar que las partículas de suelo pudieran entrar en esta área y afectar las lecturas de las células.This same year, Chukwu and Bowers (2005) designed a sensor that measured at three depths simultaneously. Has three prismatic tips with an angle of 30º that are in contact directly with the ground and that are attached to the load cells by a rod, these elements being inside a housing in wedge shape 30º. The tips are located at a distance of 10.2 cm between them. They used a silicone material to fill the gap that remained inside the housing and prevent the soil particles could enter this area and affect the cell readings.

Hall y Raper (2005) optimizan el diseño de un sensor de la resistencia horizontal a la penetración, cuya característica principal es que una vez introducido en el suelo el sensor se puede desplazar hacia arriba y hacia abajo lo que permite detectar rápidamente la profundidad de posibles suelas de labor. El sensor esta basado en un sistema patentado de medida (Raper and Hall, 2003) y consiste en una sola punta incrustada en una cuchilla de acero donde se encuentra el transductor de fuerza. Este diseño permite el desplazamiento de la cuchilla sobre la vertical a la vez que se avanza sin que se soporten fuerzas verticales adicionales. La longitud de la cuchilla es de 90 cm, lo que permite una profundidad efectiva de medida de 60 cm; una anchura de 15 cm; un grosor de 3,75 cm; el ángulo de corte es de 30º y para facilitar la entrada en el suelo tiene un corte en bisel de 45º.Hall and Raper (2005) optimize the design of a horizontal penetration resistance sensor, whose main feature is that once introduced on the ground the sensor can be moved up and down allowing Quickly detect the depth of possible work soles. He sensor is based on a patented measurement system (Raper and Hall, 2003) and consists of a single tip embedded in a blade of steel where the force transducer is located. This design It allows the movement of the blade on the vertical at the same time which is advanced without additional vertical forces being supported. The blade length is 90 cm, which allows a depth effective measurement of 60 cm; a width of 15 cm; a thickness of 3.75 cm; the cutting angle is 30º and to facilitate entry into the The ground has a bevel cut of 45º.

Siefken et al. (2005) desarrollaron un sistema de medida de la resistencia basado en un sistema de cuchillas múltiples independientes de la misma longitud, unidas a un bastidor inclinado. Las cuchillas son de acero de 1.27 cm de grosor, con un ángulo de corte de 45º y el diseño permite que cada una mida un intervalo de 10 cm del perfil del suelo. El bastidor inclinado del que quedan suspendidas las cuchillas queda situado fuera del suelo y en su interior se localizan las células de carga: una en la parte anterior y otra en la posterior de cada cuchilla.Siefken et al . (2005) developed a resistance measurement system based on an independent multi-blade system of the same length, attached to an inclined frame. The blades are made of 1.27 cm thick steel, with a cutting angle of 45º and the design allows each one to measure a 10 cm interval of the soil profile. The inclined frame from which the blades are suspended is located outside the ground and inside the load cells are located: one in the front and one in the back of each blade.

En esta relación de dispositivos que se han encontrado en la bibliografía se pueden señalar los siguientes inconvenientes:In this list of devices that have been found in the bibliography the following can be indicated inconveniences:

1º.- Los que llevan el sensor de fuerza por debajo del nivel del suelo necesitan que las cuchillas tengan un grosor algo mayor que el grosor del sensor empleado, por lo que son demasiado gruesas, alterando apreciablemente la estructura del suelo, lo que puede que no sea admisible como ocurre por ejemplo en estudios comparativos de laboreo y no laboreo. Además necesitan grandes fuerzas de tracción para su arrastre. Por otra parte, sus medidas no están afectadas por la fricción.1º.- Those who carry the force sensor for below ground level they need the blades to have a thickness somewhat greater than the thickness of the sensor used, so they are too thick, appreciably altering the structure of the soil, which may not be admissible as occurs for example in comparative studies of tillage and no tillage. They also need Great tensile forces for dragging. Moreover, their Measures are not affected by friction.

2º.- Aquellos que llevan los sensores de fuerza por encima del nivel del suelo, precisan del conocimiento de la profundidad a la que actúa la resultante de las fuerzas para poder calcular el valor de dicha resultante mediante un único valor de fuerza medido a cierta distancia de dicho punto. Actúan como un sistema de palanca de primer orden, donde para conocer la resistencia que ofrece un extremo debemos conocer la fuerza aplicada en el otro y la longitud de cada brazo, siendo una incertidumbre la longitud del brazo sobre el que actúa la resistencia del suelo. En algunos modelos presentados se tiene en cuenta esta circunstancia solucionándola mediante la utilización de dos sensores de fuerza por cuchilla, lo que encarece el equipo al precisar no solo doble sensor sino además doble número de canales de acondicionado y/o registro de las señales generadas. Por otra parte, el efecto de las fuerzas de fricción no se tiene en cuenta en ninguno de ellos.2nd.- Those who carry the force sensors above ground level, they need knowledge of the depth at which the resultant forces act to be able to calculate the value of said result using a single value of force measured at a certain distance from that point. They act as a First order lever system, where to know the resistance offered by an extreme we must know the applied force in the other and the length of each arm, being an uncertainty the length of the arm on which the ground resistance acts. In Some models presented take into account this circumstance solving it by using two force sensors for blade, which makes the equipment more expensive by not only double sensor but also double number of conditioning channels and / or registration of The generated signals. Moreover, the effect of the forces of Friction is not taken into account in any of them.

3º.- No se mide la fuerza de fricción del suelo sobre la superficie metálica de las cuchillas, lo cual es un dato muy interesante, no ya solo para corregir la lectura del sensor de fuerza en el caso de los dispositivos que lo llevan por encima del nivel del suelo, sino también como referencia para el diseño de maquinaria que trabaja con herramientas en contacto con el suelo.3rd.- The friction force of the soil is not measured on the metal surface of the blades, which is a fact very interesting, not only to correct the sensor reading of force in the case of devices that carry it above the ground level, but also as a reference for the design of machinery that works with tools in contact with the ground.

Referencias citadasReferences cited

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Descripción de la invenciónDescription of the invention

El sistema objeto de la invención presenta una serie de particularidades en base a las cuales es posible conocer la resistencia que el suelo ofrece cuando es cortado y, además, la fuerza de rozamiento por unidad de superficie que ofrece el suelo sobre materiales metálicos, pudiendo ser medida la fuerza de corte a distintos niveles de profundidad de forma simultánea y con el suelo en condiciones reales, sin las alteraciones que supone la extracción de muestras para su análisis en laboratorio.The system object of the invention has a series of particularities based on which it is possible to know the resistance that the soil offers when it is cut and, in addition, the frictional force per unit of surface offered by the ground on metallic materials, the cutting force can be measured at different depth levels simultaneously and with the ground in real conditions, without the alterations that the extraction supposes of samples for laboratory analysis.

En tal sentido, el sistema de la invención se basa en utilizar una pluralidad de cuchillas de corte y una o más cuchillas de fricción montadas sobre un bastidor y situadas una detrás de la otra; con la especial particularidad de utilizar un sistema de cuadrilátero articulado para la unión de cada cuchilla al bastidor de soporte, permitiendo medir directamente con una célula de carga asociada a cada cuchilla, la resultante de las fuerzas horizontales que actúan sobre cada una de dichas cuchillas, sin necesidad de corregir la lectura de la célula de carga para conocer la resistencia total del suelo (corte más fricción). Es decir, se evita el error que supone el no conocer con precisión el centro de aplicación a la correspondiente cuchilla, como ocurre en los sistemas tipo palanca.In that sense, the system of the invention is based on using a plurality of cutting blades and one or more friction blades mounted on a frame and placed a behind the other; with the special feature of using a articulated quadrilateral system for joining each blade to the support frame, allowing to measure directly with a cell of load associated to each blade, the result of the forces horizontal acting on each of said blades, without need to correct the load cell reading to know total soil resistance (cut more friction). I mean, I know avoid the mistake of not knowing precisely the center of application to the corresponding blade, as in the case of lever type systems.

La estructura o conjunto del equipo que determina el sistema puede ser arrastrado durante el corte por un vehículo tractor o cualquier otro vehículo autopropulsado y adecuado a suelos no preparados para el tránsito.The structure or set of equipment that determines the system can be dragged while cutting by a tractor vehicle or any other self-propelled and suitable vehicle to soils not prepared for transit.

La medida se lleva a cabo realizando un corte continuo del suelo mediante las distintas cuchillas situadas una detrás de otra, cortando cada una de ellas a distinta profundidad y con un delgado ancho de corte, de manera que la fuerza que precisa cada una de las cuchillas para moverse hundida en el suelo, es la suma de la resistencia del corte más la resistencia de rozamiento de las partículas del suelo sobre las caras de la cuchilla. Esa fuerza resultante se mide con la célula de carga sobre la que se apoya la cuchilla y que está situada sobre el nivel del suelo, con lo que se eliminan las limitaciones que supone el hecho de situar el sensor de fuerza bajo el nivel del suelo.The measurement is carried out by making a cut continuous floor through the different blades located a behind another, cutting each of them to different depths and With a thin cutting width, so that the force you need each of the blades to move sunk in the ground, is the sum of the shear strength plus the friction resistance of soil particles on the faces of the blade. That force resulting is measured with the load cell on which the blade and which is located above ground level, so that eliminate the limitations of placing the sensor force below ground level.

En base a la cuchilla o cuchillas de fricción es posible conocer por separado la fuerza de corte y la fuerza de rozamiento, cuchilla de fricción que no realiza corte alguno sino que se desplaza en el interior de la ranura abierta previamente por las cuchillas de corte anteriores a ella, por lo que sólo estará sometida a fuerzas de rozamiento, todo ello de manera tal que la relación entre la fuerza proporcionada por la célula de carga de dicha cuchilla de fricción y la superficie de ésta en contacto con el suelo, da como resultado la fuerza de rozamiento por unidad de superficie, que al multiplicarlo por la superficie en contacto con el suelo de las cuchillas de corte permite conocer la fuerza de fricción que está actuando sobre cada una de ellas. Si esa fuerza es restada a la total medida en la cuchilla de corte, se tendrá como resultado la resistencia al corte que ofrece el suelo al nivel de profundidad al que actúa dicha cuchilla.Based on the blade or friction blades is possible to know separately the cutting force and the force of friction, friction blade that does not make any cut but that moves inside the slot previously opened by the cutting blades before it, so it will only be subjected to friction forces, all in such a way that the relationship between the force provided by the load cell of said friction blade and its surface in contact with the ground, results in frictional force per unit of surface, which when multiplied by the surface in contact with the floor of the cutting blades allows to know the strength of friction that is acting on each one of them. If that force is subtracted to the total extent on the cutting blade, it will be taken as result the resistance to the cut that offers the ground to the level of depth at which said blade acts.

El comentado valor podrá aplicarse a las cuchillas cortantes, teniendo en cuenta su superficie de contacto, y conocer así que parte de la fuerza total medida por su célula de carga corresponde al rozamiento y que parte corresponde al corte del suelo.The commented value may be applied to cutting blades, taking into account their contact surface, and know so that part of the total force measured by your cell load corresponds to friction and which part corresponds to the cut of the ground.

En cuanto a la estructura general o equipo en que se materializa el sistema de la invención, cabe decir que el bastidor de montaje de las cuchillas está constituido por al menos una barra o placa horizontal con la longitud y consistencia necesaria para el apoyo del número de cuchillas que se precisen. Dicho bastidor incorporará en uno de sus extremos los oportunos medios para enganche al vehículo de arrastre correspondiente, asegurando además su perfecta horizontalidad durante el corte.As for the general structure or equipment in that the system of the invention materializes, it can be said that the blade mounting frame consists of at least a horizontal bar or plate with length and consistency necessary to support the number of blades required. Said frame will incorporate at one of its ends the appropriate means for engaging the corresponding tow vehicle, also ensuring its perfect horizontality during cutting.

Sobre tal bastidor se fijan las distintas cuchillas, una detrás de otra, y al final de ellas la cuchilla de fricción, de manera que las longitudes de las cuchillas de corte deben ser diferentes para que cada una realice el corte a una profundidad distinta a la de las demás, siendo más corta la situada en primer lugar según el sentido de avance y progresivamente más largas las situadas por detrás. La cuchilla de fricción no realizará corte como ya se ha dicho con anterioridad, tendrá una longitud inferior a la de mayor longitud de las cortantes, y estará situada en último lugar.On such a frame the different are fixed blades, one behind the other, and at the end of them the blade of friction, so that the lengths of the cutting blades they must be different so that each one makes the cut to a depth different from that of the others, the one being shorter first according to the direction of progress and progressively more long those located behind. The friction blade will not perform cut as previously stated, will have a length less than the one with the longest length of the shear, and will be located in the last place.

Opcionalmente se pueden montar cuchillas de fricción intermedias, que siempre serán de una longitud ligeramente inferior a la de corte que llevan delante, lo que permite poder tener una medida más precisa de las fuerzas de rozamiento que actúan sobre las cuchillas situadas delante de ella, evitando los posibles errores que se pueden cometer al considerar que: a) el rozamiento sobre las cuchillas tiene una distribución uniforme en profundidad y, b) la superficie resultante del corte del suelo que entra en fricción con las caras de las cuchillas no se ve alterada por el paso de las sucesivas cuchillas.Optionally you can mount blades intermediate friction, which will always be of slightly length lower than the cut in front, allowing power have a more precise measure of the friction forces acting on the blades in front of her, avoiding the possible mistakes that can be made when considering that: a) friction on the blades has a uniform distribution in depth and, b) the surface resulting from the cut of the soil entering friction with the faces of the blades is not altered by the step of the successive blades.

El grosor y anchura de las cuchillas serán los menores posibles para asegurar la resistencia mecánica del elemento, pero serán independientes de las dimensiones de las células de carga utilizadas, ya que estarán situadas sobre la superficie del suelo. Pueden adoptar distintas formas geométricas pero en cualquiera de los casos dispondrán en su borde de un biselado para facilitar el corte, de manera que la cuchilla delantera cortará el suelo hasta el primer nivel de profundidad, por lo que todo su borde de ataque situado bajo el nivel del suelo será de corte. La que está situada inmediatamente detrás de la primera realizará el corte del segundo nivel de profundidad, por lo que parte de su borde de ataque no cortará al pasar por la franja ya cortada por la primera cuchilla. De la misma forma actuarán las cuchillas situadas por detrás, con la particularidad de que la zona de corte del borde de ataque correspondiente a cada cuchilla puede ser oblicua, formando un cierto ángulo con la vertical para mejorar el sistema de corte.The thickness and width of the blades will be the as low as possible to ensure the mechanical strength of the element, but they will be independent of the dimensions of the load cells used, since they will be located on the ground surface. They can take different geometric shapes but in any of the cases will have a bevel on their edge to facilitate cutting, so that the front blade will cut the ground to the first level of depth, so all its leading edge located below ground level will be cut. The one that is located immediately behind the first will make the second cut depth level, so part of its leading edge does not will cut when passing through the strip already cut by the first blade. In the same way will act the blades located behind, with the particularity that the cutting area of the leading edge corresponding to each blade can be oblique, forming a certain angle with the vertical to improve the cutting system.

La componente horizontal de las fuerzas que actúan sobre cada cuchilla se mide mediante la célula de carga que actúa como único apoyo o reacción a esta componente, lo que implica que el sistema de fijación de la cuchilla al bastidor sólo debe absorber las componentes verticales para no alterar el valor de la medida de la componente horizontal. Esto se consigue mediante la fijación por un cuadrilátero articulado, que comprende dos barras verticales paralelas, una detrás de otra, distribuidas en el ancho de la cuchilla y en su parte superior, sobre el nivel del suelo. Cada una de esas barras verticales va unida por el extremo superior al bastidor y por el extremo inferior a la cuchilla, en ambos casos mediante articulaciones de baja fricción, pudiendo llevar rodamientos.The horizontal component of the forces that act on each blade is measured by the load cell that acts as the sole support or reaction to this component, which implies that the blade fixing system to the frame should only absorb the vertical components so as not to alter the value of the horizontal component measurement. This is achieved through fixing by an articulated quadrilateral, comprising two bars parallel verticals, one after the other, distributed across the width of the blade and in its upper part, above ground level. Each of these vertical bars is joined by the upper end to the frame and at the lower end of the blade, in both cases through low friction joints, being able to carry bearings

De no existir el apoyo sobre la célula de carga las cuchillas dispondrán de un grado de libertad en su movimiento, dado por la deformación que admite el cuadrilátero articulado formado por las dos barras verticales, la cuchilla (formando el lado inferior) y el bastidor (formando el lado superior). La célula de carga deberá estar apoyada en el bastidor y a la vez limitar el recorrido hacia atrás de la cuchilla, de forma que se asegure la verticalidad de los brazos verticales del cuadrilátero.If there is no support on the load cell the blades will have a degree of freedom in their movement, given by the deformation admitted by the articulated quadrilateral formed by the two vertical bars, the blade (forming the side bottom) and the frame (forming the upper side). The cell of load must be supported on the frame and at the same time limit the backward travel of the blade, so as to ensure the verticality of the vertical arms of the quadrilateral.

Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings

Para complementar la descripción que seguidamente se va realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a la presente memoria descriptiva un juego de dibujos en base a los cuales se comprenderán más fácilmente las innovaciones y ventajas del sistema de medida objeto de la invención.To complement the description that then it will be done and in order to help a better understanding of the features of the invention, accompanies the present descriptive memory a set of drawings based on the which innovations and advantages will be more easily understood of the measurement system object of the invention.

Figura 1.- Muestra una vista según una perspectiva general de una forma preferente de realización del equipo que determina el sistema de la invención.Figure 1.- Shows a view according to a general perspective of a preferred embodiment of the equipment that determines the system of the invention.

Figura 2.- Muestra una perspectiva del mismo equipo representado en la figura anterior, con todos sus componentes en explosión.Figure 2.- Shows a perspective of it equipment represented in the previous figure, with all its components exploding

Descripción de la forma de realización preferidaDescription of the preferred embodiment

Como se puede ver en las figuras referidas, el equipo de medida en que se materializa, a título de ejemplo, el sistema de la invención, se constituye a partir de un bastidor formado por dos placas o barras paralelas y horizontales 1, unidas entre sí mediante sendas placas extremas 2 y 3, la primera de ellas como parte delantera y contará con medios para la unión al vehículo que se utilice para el arrastre, mientras que la segunda placa 3, considerada como posterior, permitirá la ampliación del número de cuchillas de corte 4 y de fricción 5 que incorpore el equipo. El número de cuchillas de corte 4 que se montan establecerá el número de niveles de profundidad cuya resistencia al corte puede ser medida.As you can see in the referred figures, the measuring equipment that materializes, by way of example, the system of the invention, is constituted from a frame formed by two parallel and horizontal plates or bars 1, joined each other using two end plates 2 and 3, the first one as front and will have means for joining the vehicle to be used for dragging while the second plate 3, considered as later, it will allow the extension of the number of cutting blades 4 and friction 5 incorporating the equipment. He number of cutting blades 4 that are mounted will set the number of depth levels whose cut resistance can be measure.

Las cuchillas 4 y 5 están afectadas de dos parejas de orificios 6 y 7 a distinta altura, los de cada pareja, correspondiéndose los orificios inferiores 7 con respectivos orificios 8 establecidos al efecto en las placas laterales 1 del bastidor, de manera tal que a través de tales orificios 7 y 8 son pasantes respectivos bulones de articulación de correspondientes parejas de barras verticales 9, situada cada pareja a uno y otro lado de cada cuchilla de corte 4 y de fricción 5.Blades 4 and 5 are affected by two pairs of holes 6 and 7 at different height, those of each couple, corresponding lower holes 7 with respective holes 8 established for this purpose on the side plates 1 of the frame, so that through such holes 7 and 8 are respective interns corresponding articulation bolts pairs of vertical bars 9, each pair placed at either side side of each cutting blade 4 and friction blade 5.

Las barras verticales 9 están afectadas de dos orificios, uno inferior 10 para el paso del bulón de articulación anteriormente referido, y otro superior 11 para la articulación de dichas barras verticales 9 a la respectiva cuchilla 4 ó 5.The vertical bars 9 are affected by two holes, one lower 10 for the passage of the articulation pin referred to above, and another superior 11 for the articulation of said vertical bars 9 to the respective blade 4 or 5.

Por consiguiente, cada una de las cuchillas 4 y 5 está relacionada con cuatro barras verticales 9, dos a cada lado, para darle una mayor resistencia, formando cuadriláteros articulados.Accordingly, each of the blades 4 and 5 is related to four vertical bars 9, two on each side, to give it greater resistance, forming quadrilaterals articulated

Las cuchillas de corte 4 presentan biselado todo su borde de ataque 12, estando cortada de forma oblicua 45º la zona cortante de cada una de ellas. El ancho de las cuchillas será preferentemente de 10 cm y cada una cortará un nivel de profundidad de 10 cm, por lo que cada una de tales cuchillas debe ser 10 cm más larga que la inmediatamente anterior, excepto la cuchilla de fricción 5 que será 1 cm más corta que la anterior. En posición de trabajo, la primera cuchilla de corte 4 debe estar clavada en el suelo justo hasta el borde oblicuo 12 y con el bastidor perfectamente horizontal.Cutting blades 4 feature all bevel its leading edge 12, the area being cut obliquely 45 ° Shear of each of them. The width of the blades will be preferably 10 cm and each one will cut a depth level 10 cm, so each of these blades must be 10 cm more long than the one immediately before, except the blade of friction 5 which will be 1 cm shorter than the previous one. In position of work, the first cutting blade 4 must be stuck in the ground just to the oblique edge 12 and with the frame perfectly horizontal.

El diámetro de los bulones pasantes por los orificios inferiores 10 de las barras verticales 9, debe coincidir con el diámetro de éstos y de los orificios inferiores 7 de las cuchillas 4 y 5, para asegurar la articulación sin holguras. La longitud de dichos bulones deber ser 1 mm inferior a la separación entre las placas laterales y horizontales 1. Por su parte, los orificios superiores 11 de las barras verticales 9 de los cuadriláteros articulados, son también del mismo diámetro, así como los orificios 8 que existen en las placas horizontales 1 del bastidor, siendo atravesados por sendos bulones de igual diámetro. Puesto que las cuchillas 4 y 5 se continúan por encima de los extremos superiores de las barras verticales 9 de los cuadriláteros articulados, se deben realizar sobre ellas los dos orificios superiores mencionados anteriormente. En este caso su diámetro debe ser 5 mm mayor que el bulón que lo atraviesa para poder asegurar la articulación del cuadrilátero.The diameter of the bolts through bottom holes 10 of the vertical bars 9, must match with the diameter of these and of the lower holes 7 of the blades 4 and 5, to ensure articulation without gaps. The length of said bolts must be 1 mm shorter than the separation between the lateral and horizontal plates 1. For their part, the upper holes 11 of the vertical bars 9 of the articulated quadrilaterals, are also of the same diameter, as well as the holes 8 that exist in the horizontal plates 1 of the frame, being crossed by two bolts of equal diameter. Since blades 4 and 5 are continued above the upper ends of the vertical bars 9 of the quadrilaterals articulated, the two holes must be made on them above mentioned above. In this case its diameter should be 5 mm larger than the bolt that crosses it to ensure the quadrilateral joint.

El lado superior de las cuchillas 4 y 5 está recortado en forma de escalón 13, quedando la parte mas baja del mismo, correspondiente a la mitad trasera del ancho de la respectiva cuchilla, enrasado con el borde superior de las placas 1 del bastidor, mientras que en la parte más alta, en la primera mitad del ancho de la cuchilla, sobresale 3 cm.The upper side of blades 4 and 5 is trimmed in the form of step 13, leaving the lowest part of the same, corresponding to the back half of the width of the respective blade, flush with the upper edge of the plates 1 of the frame, while in the highest part, in the first half of the blade width, protrudes 3 cm.

El comentado escalón 13 sirve para bloquear el movimiento de las cuchillas 4 y 5 en el sentido inverso al de avance, ya que el borde vertical del mismo está apoyado en la célula de carga que a su vez está fijada, en cada caso, a un soporte trasero 14 que está atornillado al bastidor mediante tornillos de seguridad. Si la fuerza horizontal de empuje sobre la cuchilla supera el umbral de medida de la célula de carga empleada, los tornillos se romperán y la cuchilla se desplazará hacia atrás hasta el límite de deformación del cuadrilátero articulado, que admite, la holgura de 5 mm que existe entre el bulón superior y el orificio superior de la cuchilla, lo que protegerá la célula de carga.The commented step 13 serves to block the movement of blades 4 and 5 in the opposite direction to that of advance, since the vertical edge of it is supported by the cell of load that in turn is fixed, in each case, to a support rear 14 which is bolted to the frame by means of screws security. If the horizontal force of thrust on the blade exceeds the measurement threshold of the load cell used, the screws will break and the blade will move back until the deformation limit of the articulated quadrilateral, which admits, the 5 mm clearance between the upper bolt and the hole upper blade, which will protect the load cell.

La resultante horizontal de las fuerzas que actúan sobre las cuchillas 4 ó 5 se traslada así a la parte superior donde es medida. Se emplea para ello un modelo de célula de carga extensométrica miniaturizada de 5000 N de fuerza máxima, con forma cilindrica, parcialmente introducida en el apoyo por una de sus bases, mientras que por la otra recibe el empuje del borde vertical del escalón superior 13 de la cuchilla 4 ó 5. Mediante cables conductores adecuados se traslada la señal a un equipo electrónico de acondicionado, visualización y/o registro que deberá tener tantos canales de entrada como cuchillas se estén utilizando.The horizontal result of the forces that act on blades 4 or 5 thus moves to the top Where is it measured? A load cell model is used for this miniaturized strain gauge of 5000 N maximum force, with shape cylindrical, partially introduced into the support by one of its bases, while on the other receives the vertical edge thrust of the upper step 13 of the blade 4 or 5. Using cables suitable drivers the signal is transferred to an electronic device of conditioning, visualization and / or registration that must have so many Input channels such as blades are being used.

Claims (5)

1. Sistema para la medida "in situ" de la resistencia al corte y la fuerza de fricción en suelos, determinando un equipo arrastrable por un vehículo autopropulsado, y comprendiendo un bastidor portador de una pluralidad de cuchillas delgadas con capacidad de medir a distintos niveles de profundidad, se caracteriza porque la unión de cada una de las cuchillas (4) y (5) al bastidor se realiza mediante parejas de barras verticales (9) situadas, cada pareja, a uno y otro lado de la correspondiente cuchilla (4) y (5), determinando dicha unión un sistema de cuadrilátero articulado que permite medir directamente, con una célula de carga asociada a cada cuchilla, la resultante de las fuerzas horizontales que actúan sobre cada una de ellas, y con ello conocer la resistencia total del suelo determinada por la suma de la resistencia de corte más la resistencia de fricción.1. System for " in situ " measurement of shear strength and friction force on floors, determining a device that can be dragged by a self-propelled vehicle, and comprising a carrier frame of a plurality of thin blades capable of measuring at different levels deep, it is characterized in that the union of each of the blades (4) and (5) to the frame is carried out by pairs of vertical bars (9) located, each pair, on either side of the corresponding blade (4) and (5), said joint determining an articulated quadrilateral system that allows directly measuring, with a load cell associated with each blade, the result of the horizontal forces acting on each of them, and thereby knowing the total resistance of the soil determined by the sum of the shear strength plus friction resistance. 2. Sistema para la medida "in situ" de la resistencia al corte y la fuerza de fricción en suelos, según reivindicación 1, caracterizado porque incorpora una pluralidad de cuchillas de corte (4) situadas una detrás de otra, con su borde de ataque (12) biselado y en oblicuo, así como una o más cuchillas de fricción (5) situadas por detrás de la última cuchilla de corte (4), o intercaladas entre éstas, habiéndose previsto que cada una de las cuchillas de corte (4) presente una longitud superior a la inmediatamente situada por delante, mientras que la cuchilla de fricción (5), carente de borde biselado, presenta una longitud ligeramente inferior a la cuchilla de corte (4) situada inmediatamente por delante de ella.2. System for the measurement " in situ " of the resistance to the cut and the friction force in floors, according to claim 1, characterized in that it incorporates a plurality of cutting blades (4) located one behind the other, with its leading edge (12) bevelled and oblique, as well as one or more friction blades (5) located behind the last cutting blade (4), or sandwiched between them, each of the cutting blades (4) being provided it has a length greater than the one immediately ahead, while the friction blade (5), lacking a beveled edge, has a length slightly shorter than the cutting blade (4) located immediately ahead of it. 3. Sistema para la medida "in situ" de la resistencia al corte y la fuerza de fricción en suelos, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las barras verticales (9) del cuadrilátero articulado, presentan dos orificios, uno inferior (10) y otro superior (11), realizándose la articulación inferior a través de un bulón pasante y ajustado a los orificios (8) correspondientes a las placas laterales (1) que forman el bastidor, a las cuchillas (4) y (5) y las propias barras verticales (9) del cuadrilátero articulado, mientras que la articulación superior de dichas barras verticales (9) a las cuchillas (4) y (5), se realiza con una mayor holgura para asegurar la articulación del cuadrilátero.3. System for the measurement " in situ " of the resistance to the cut and the force of friction in floors, according to previous claims, characterized in that the vertical bars (9) of the articulated quadrilateral, have two holes, one inferior (10) and another upper (11), the lower joint being made through a through bolt and adjusted to the holes (8) corresponding to the side plates (1) that form the frame, the blades (4) and (5) and the bars themselves vertical (9) of the articulated quadrilateral, while the upper articulation of said vertical bars (9) to the blades (4) and (5), is made with greater clearance to ensure the articulation of the quadrilateral. 4. Sistema para la medida "in situ" de la resistencia al corte y la fuerza de fricción en suelos, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el borde superior de las cuchillas (4) y (5) está afectado de un escalón (13) para bloquear el movimiento en el sentido inverso de avance de las cuchillas (4) y (5), quedando el tramo inferior y horizontal enrasado con el borde superior de las placas (1) del bastidor, con la particularidad de que las respectivas células de carga apoyan sobre el tramo vertical de tales escalones, yendo fijadas tales células de carga a respectivos soportes (14) solidarizados a las propias placas laterales (1) del bastidor.4. System for " in situ " measurement of the shear strength and friction force on floors, according to previous claims, characterized in that the upper edge of the blades (4) and (5) is affected by a step (13) to block the movement in the opposite direction of advance of the blades (4) and (5), the lower and horizontal section being flush with the upper edge of the plates (1) of the frame, with the particularity that the respective cells of load rests on the vertical section of such steps, such load cells being fixed to respective supports (14) joined to the side plates (1) of the frame. 5. Sistema para la medida "in situ" de la resistencia al corte y la fuerza de fricción en suelos, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las caras de la cuchilla o cuchillas de fricción (5) se encuentran en contacto con el suelo cortado por las cuchillas de corte (4) situadas por delante, de manera que el valor obtenido como resultado de dividir la fuerza medida en dicha cuchilla de fricción (5) entre su superficie de contacto, posibilita conocer la fuerza de fricción que actúa sobre cada cuchilla de corte (4), al multiplicar dicho valor por la superficie en contacto con el suelo de tales cuchillas de corte (4), mientras que la diferencia entre la fuerza total medida en las cuchillas de corte y dicha fuerza resultante de fricción, proporciona el valor de la resistencia al corte que ofrece el suelo al nivel de profundidad al que actúa cada cuchilla de corte (4).5. System for " in situ " measurement of shear strength and friction force in floors, according to previous claims, characterized in that the faces of the blade or friction blades (5) are in contact with the ground cut by the cutting blades (4) located in front, so that the value obtained as a result of dividing the force measured in said friction blade (5) between its contact surface, makes it possible to know the frictional force acting on each blade of cutting (4), by multiplying said value by the surface in contact with the ground of such cutting blades (4), while the difference between the total force measured in the cutting blades and said friction resulting force, provides the value of the shear resistance offered by the floor at the level of depth at which each cutting blade (4) acts.
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