PL166826B1 - Dynamic pyrotechnical penetrometer - Google Patents

Abstract

1 . Uklad do rozpoznawania i charakte- ryzacji gleb, posiadajacy pionowa konstru- kcje wsporcza, czlon uderzajacy o glebe, zespól do spalania mieszanki pirotechnicznej i zespól napedowy czlonu uderzajacego o glebe, znamienny tym, ze ma trzon (1) son- dy mierniczej zamocowany w dolnej strefie tloka (2), który w górnej strefie ma komore (8) wylotowa, nad która usytuowany jest gen- erator (5) gazu pirotechnicznego i masa odbojowa (4), przy czym zespól sledzacy (3, 6) ruch penetrujacy tloka (2) wraz z trzonem (1) rozmieszczony jest wzdluz rury (7) pro- wadzacej tlok (2) na róznych jej poziomach. PL PL PL

Description

Przedstawiony wynalazek dotyczy układu do rozpoznawania gleb i pomiaru ich charakterystyk.

Istniejące dwa zasadnicze układy rozpoznawania gleb, to rozpoznawanie ciśnieniomierza i rozpoznawanie penetrometrem, a w szczególności penetrometrem dynamicznym. Zasadą działania penetrometru dynamicznego jest określenie energii kinetycznej, niezbędnej, aby zagłębić sondę na pewną głębokość, energia kinetyczna jest wytwarzana przez spadanie ściśle określonej masy. Z europejskiego opisu patentowego nr 0 389 375 znany jest układ zamocowany

166 826 na pojeździe do opuszczania na grunt napędzany przez spalanie mieszanki pirotechnicznej urządzenia. Różni się ono od niniejszego wynalazku tym, że nie służy do zagłębiania się w grunt.

Natomiast z francuskiego opisu patentowego nr 2 290 660 znany jest sposób i urządzenie do określania twardości materiałów. Urządzenie to zawiera korpus napędzany przez źródło energii. Ruch tego korpusu wstrzymywany jest przez uderzenie, w glebę, przy czym masa uderzająca odskakuje od powierzchni uderzanego materiału bez zagłębiania się w nim. Poza tym ruch korpusu według wyżej wymienionego opisu nie jest kontrolowany.

Większość tych układów nie obejmuje automatycznego zapisu charakterystyk gleb, co nadawałoby największą wiarygodność wykonywanym rozpoznaniem.

Układ do rozpoznawania i charakteryzacji gleb, posiadający pionową konstrukcję wsporczą, człon uderzający o glebę, zespół do spalania mieszanki pirotechnicznej i zespół napędowy do członu uderzającego o glebę, charakteryzuje się tym, że ma trzon sondy mierniczej zamocowany w dolnej strefie tłoka, który w górnej strefie ma komorę wylotową, nad którą usytuowany jest generator gazu pirotechnicznego i masa odbojowa, przy czym zespół śledzący ruch penetrujący tłoka wraz z trzonem rozmieszczony jest wzdłuż rury prowadzącej tłok na różnych jej poziomach. Korzystnie jest, gdy zespół śledzący ruch penetrujący tłoka z trzonem składa się z magnesu przymocowanego u nasady trzonu i solenoidów usytuowanych wzdłuż rury prowadzącej tłok na różnych jej poziomach.

Alternatywnym rozwiązaniem powyższego jest to, że wzdłuż rury prowadzącej usytuowane są komórki fotoelektryczne, przy czym rura stanowi prowadnicę dla tłoka z trzonem.

Innym alternatywnym rozwiązaniem jest to, że zespół śledzący ruch penetrujący tłoka z trzonem ma postać elektromechanicznych styczników usytuowanych wzdłuż rury prowadzącej na różnych jej prowadnicach. Korzystnie jest, gdy solenoidy jako części zespołu śledzącego usytuowane są w ściśle określonych odstępach na rurze prowadzącej, znajdują się w obudowach i połączone są ze skrzynką przekaźnikową, która z kolei połączona jest z komputerem zawierającym parametry określające właściwości gleby. Korzystne jest także, gdy ciężar masy odbojowej usytuowanej nad komorą wylotową jest większy niż wypadkowa sił powstająca podczas wytwarzania gazu pod ciśnieniem skierowana w górę na powierzchnię masy odbojowej, zaś w innym wykonaniu masa odbojowa ma postać rury prowadzącej zamkniętej od góry, i gdy masa odbojowa zawiera obudowę generatora gazu pirotechnicznego oraz gdy masa odbojowa posiada na poziomie komory wylotowej przynajmniej jeden zawór bezpieczeństwa a rura ma otwór. Korzystnie jest także, gdy układ ma trzpień w masie odbojowej, a w innym wykonaniu układ ma element szybko mocujący o znanej postaci blokującej wydrążony trzon sondy w masie odbojowej.

Ponadto korzystne jest gdy trzon sondy składa się z co najmniej dwóch oddzielnych elementów połączonych bagnetowo, a korpus generatora wykonany jest z materiału termoplastycznego lub kompozycji materiałów termoplastycznych o określonej odporności na ciśnienie wewnętrzne.

Układ penetrometrii dynamiczno-pirotechnicznej stanowiący przedmiot wynalazku pozwala odpowiedzieć szczególnie na najważniejsze pytania dotyczące szybkości wykonania, zmniejszenia kosztów i wiarygodności pomiaru.

Układ będący przedmiotem niniejszego wynalazku określa charakterystyki gleby przez zagłębienie i ciągły pomiar trzonu sondy mierniczej w glebie. To zagłębienie zrealizowano przy użyciu ciśnienia wytworzonego przez generator gazu pirotechnicznego.

Ważne szczegóły układu proponowanego przez wynalazek są następujące. Użyto ciśnienia wytworzonego przez generator gazu pirotechnicznego w rurze wylotowej aby zagłębić trzon sondy mierniczej w glebie. Określono ciągłe przesuwanie trzonu w rurze wylotowej, w szczególności przez kanał magnetyczny umiejscowiony na trzonie, w solenoidach usytuowanych wzdłuż rury wylotowej. Obliczono następnie za pomocą obwodu elektronicznego zaprogramowanego, wypadkową akcelerometrycznego przesuwania, która jest wypadkową przy -spieszenia wytworzonego przez ciśnienie gazu na trzonie i przyspieszenia wytworzonego przez opór gleby na tym trzonie.

166 826

Użyto w przypadku układu lekkiego i przenośnego, zrównoważenia ilości ruchów przez pionową masę odbojową, której część służy korzystnie komorze spustowej gazu do prowadzenia trzonu mierniczego.

Przedmiot wynalazku zostanie opisany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie wykonanie najprostszego podstawowego układu według wynalazku, w widoku z boku, fig. 2 - schematyczny układ specjalnie dostosowany do wierceń na małej głębokości, w widoku z boku, fig. 3 - schematyczny układ dostosowany szczególnie do wierceń na największej głębokości w widoku z boku, a fig. 4 - schematyczny układ dostosowany szczególnie do wierceń na największej głębokości w widoku perspektywicznym.

Trzon sondy mierniczej 1 jest zamocowany na tłoku 2, w którym umieszczono magnes 3. Masa odbojowa 4 równoważy ruch, przenoszony na trzon mierniczy 1 i na tłok 2. Jest ona wyposażona w generator gazu 5. Pochłanianie energii zwrotnej jest zapewnione przez grawitację.

Bez zmiany istoty wynalazku można użyć innego środka aby zrównoważyć siły zwrotne, takie jak pochłanianie energii, masy niesionej lub układu.

Zespół trzonu 1 tłoka 2 masy odbojowej 4 i generatora 5 jest umieszczony w rurze prowadzącej, wytworzonej z materiału niemagnetycznego. Rura prowadząca 7 jest wyposażona w solenoidy 6, korzystnie umieszczone koncentrycznie na rurze 7. Solenoidy 6 są zamocowane w obudowie i połączone ze skrzynką przekaźnikową 9.

Po zapłonie gazu w generatorze 5 w komorze wylotowej 8 usytuowanej między tłokiem 2 a masą odbojową 4, wytwarza się ciśnienie, po czym trzon mierniczy 1 nabiera szybkości. W miarę jak następuje wypychanie tłoka, magnes 3 wytwarza sygnały elektryczne w solenoidach 6, na różnych poziomach, których odstępy są ściesle określone. To pozwala obliczyć szybkość, a następnie przyspieszenie trzonu mierniczego. Ciśnienie P/t/wytworzone przez generator 5 gazu a następnie w komorze wylotowej 8 jest znane co pozwala na dokładne wykonanie pomiaru, z przybliżeniem /2 do 3%/.

Siła przyspieszenia odpowiadająca oporowi gleby przy zagłębianiu trzona mierniczego jest więc znana i obliczona według wzoru R/t/ = S.P./t/ = m G/t/

Obliczenia są wykonywane w przystosowanym układzie logicznym, albo w istniejącym zaprogramowanym komputerze.

Bez zmiany istoty wynalazku będzie można stosować kontrolowanie ruchu tłoka 2 za pomocą innych zespołów, takich jak styczniki elektromechaniczne lub fotoelektryczne. Tym samym, bez zmiany istoty wynalazku, można rozmieścić czujniki przejścia tłoka 2 i części obwodu przekaźnikowego akcelerometru.

W zależności od rodzaju wykonywanego pomiaru, trzon mierniczy 1 może być wyposażony w ostrze 10.

Układ będący przedmiotem wynalazku, w swojej wersji przenośnej i operacyjnej jest zilustrowany na fig. 2.

Trzon sondy mierniczej 1 jest przymocowany do tłoka 2, w którym umieszczono magnes 3. Masa odbojowa 4 równoważąca ruchy, które będą przeniesione na trzon mierniczy 1 i na tłok 2, składa się korzystnie z rury 7 z materiału niemagnetycznego na przykład rury cylindrycznej z zamkniętym górnym końcem, masa odbojowa 4 służy w ten sposób jako rura wyrzutowa.

Przed wierceniem, trzon mierniczy 1 tłoka 2 jest utrzymywany w masie odbojowej 4, korzystnie przy pomocy zacisku odkształcalnego, ale bez zmiany istoty wynalazku można użyć innego układu zamocowania, takiego jak sprężyna kulkowa lub płytkowa. Masa odbojowa 4 ślizga się w rurze prowadzącej 7 z materiału niemagnetycznego, korzystnie składając się z włókna szklanego w matrycy termoutwardzalnej lub termoplastycznej. Na podstawie swojego zetknięcia z glebą, rura prowadząca 7 jest korzystnie wyposażona w podstawę podpierającą 17 zaopatrzoną w amortyzator 16 masy powrotnej opadającej.

Solenoidy 6 kontrolujące przesuwanie się tłoka 2 z magnesem 3 są usytuowane korzystnie wokół rury prowadzącej 7 i wmontowane w specjalną skrzynkę przekaźnikową 9.

Układ może być odrębny, może być w sposób prosty zaopatrzony w trójnóg 22, dający się zginać i regulować.

Trójnóg 22 jest korzystnie złożony z pierścienia łączącego 18, trzech nóg 19 o regulowanej długości za pomocą na przykład prowadnika blokowanego 20 i opera się na ziemi za pomocą

166 826 płozy 21, która może być z otworem do ewentualnego ustalenia układu w glebie. Masa odbojowa 4 jest korzystnie uniesiona nad jarzmem 11 generatora 5 gazu, wraz ze swoim układem zabezpieczającym inicjację 13. Inicjacja generatora 5 gazu jest korzystnie udarowa, ale bez zmiany istoty wynalazku będzie mogła być użyta inicjacja elektryczna lub przez wiązkę laserową.

Korpus 14 generatora 5 gazu jest korzystnie z materiału termoutwardzalnego, termoplastycznego, elastomeru, tektury lub złożony z tych materiałów. Dzięki swojej korzystnej budowie może otwierać się na zewnątrz przy niskim ciśnieniu poza swoją obudową użytkową co jest ważne ze względu na bezpieczeństwo w wypadku ewentualnego, przypadkowego zapłonu lub pożaru.

Aby ułatwić obciążenie i zapewnić bezpieczeństwo, generator 5 gazu jest korzystnie umieszczony w obudowie 12 usytuowanej w ruchomym jarzmie 11. Usytuowanie tego ruchomego jarzma 11 w korpusie 14 pozwala umieścić generator 5 gazu w czołowej pozycji działania w kanale wlotowym do komory wylotowej 8 i wzmocnić układ zabezpieczający inicjację 13.

Figura 3 przedstawia odmianę układu specjalnego przystosowaną do wiercenia głębokiego, wykonywanego za pomocą samego trzonu 1 mierniczego lub wielu trzonów 1 łączonych bagnetowo w celu przedłużenia w miarę dokonywania wiercenia.

Czynność pchania i wyrzucania i czynność prowadzenia trzonu 1 mierniczego nie są zapewnione przez tłok 2, ale z jednej strony przez zakończenie zamknięte trzonu 1 mierniczego wydrążonego z zaokrąglonym ostrzem 10 lub nie zaokrąglonym, a z drugiej strony przez osiową rurę prowadzącą 7, wzdłuż której posuwa się trzon mierniczy.

Trzon 1 sondy mierniczej jest zaopatrzony w występ pozwalający ograniczyć zagłębienie jego w glebę w przypadku nadmiaru energii w odniesieniu do energii pochłanianej przez zagłębienie w glebie. Magnesy 3 są umieszczone w występie 25. W tym wypadku, solenoidy 6 nie są koncentryczne do rury 7, ale są usytuowane wzdłuż rury 7. Magnesy 3 umieszczone w płaszczyźnie prostopadłej do ruchu trzonu 1.

Trzon 1 sondy mierniczej posuwa się wokół rury prowadzącej 27, którajest umiejscowiona korzystnie przy pomocy trzpienia 26 w masie odbojowej 4, która jest także rurą prowadzenia powrotnego i jest wyposażona w komorę wylotową 8 i jarzmo generatora 5 gazu. Bez zmiany istoty wynalazku trzon 1 sondy może być na zewnątrz rury prowadzącej 27.

Rura prowadząca 7 posiada w swojej górnej części otwór 29. Komora wylotowa 8 posiada jeden lub więcej otworów 28, korzystnie wyposażonych w zastawkę lub membranę naprężającą.

W efekcie, w przypadku zablokowania trzonu 1 sondy mierniczej w glebie, trzeba usunąć gazy z komory 8 wylotowej, aby ograniczyć ponowne wznoszenie się masy odbojowej 4. Osiągnięto to korzystnie przy pomocy otworu 29 i otworów 28. Są one umieszczone w ten sposób, że nie uszkadzają i nie osłabiają parametrów generatora 5 gazu.

Na figurze 4 przedstawiony jest otwór zamykany furtką 30. Rura prowadząca 7 i część rurowa masy odbojowej 4 umożliwiają obciążenie trzona mierniczego 1, wyposażonego w rurę prowadzącą 27. Ten otwór jest zamknięty w czasie funkcjonowania rury 27 albo przez furtkę 30 albo przez obrót masy odbojowej 4 w rurze prowadzącej 27. W przypadku obecności furtki 30 obciążenie trzonu 1 sondy układem blokowania 31, który dla bezpieczeństwajest umiejscowiony korzystnie w urządzeniu zabezpieczającym przed zapaleniem.

W wypadku zagłębiania częściowego lub trudnego trzonu 1 mierniczego, można łatwo albo wycofać, albo dopełnić jego zagłębienie, używając drugiego generatora gazu. Aby wycofać trzon 1 sondy mierniczej, wystarczy otworzyć trzpień 26 rura prowadząca 27 opada na spód trzonu 1 mierniczego, można wtedy oddzielić układ potem wyciągnąć trzon 1 sondy, ewentualnie, przy pomocy wyciągacza oprzeć go na występie 25. Można także dołączyć drugi trzon 1 sondy przedłużonej aby pogłębić wiercenie, zamocowując go na miejscu występu po demontażu rury prowadzącej 27.

Claims (13)

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ do rozpoznawania i charakteryzacji gleb, posiadający pionową konstrukcję wsporczą, człon uderzający o glebę, zespół do spalania mieszanki pirotechnicznej i zespół napędowy członu uderzającego o glebę, znamienny tym, że ma trzon (1) sondy mierniczej zamocowany w dolnej strefie tłoka (2), który w górnej strefie ma komorę (8) wylotową, nad którą usytuowany jest generator (5) gazu pirotechnicznego i masa odbojowa (4), przy czym zespół śledzący (3,6) ruch penetrujący tłoka (2) wraz z trzonem (1) rozmieszczony jest wzdłuż rury (7) prowadzącej tłok (2) na różnych jej poziomach.

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół śledzący (3, 6) ruch penetrujący tłoka (2) z trzonem (1) składa się z magnesu (3) przymocowanego u nasady trzonu (1) i solenoidów (6) usytuowanych wzdłuż rury prowadzącej (7) tłok (2) na różnych jej poziomach.

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wzdłuż rury prowadzącej (7) usytuowane są komórki fotoelektryczne.przy czym rura (7) stanowi prowadnicę dla tłoka (2) z trzonem (1).

4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół śledzący (3, 6) ruch penetrujący tłoka (2) z trzonem (1) ma postać elektromechanicznych styczników usytuowanych wzdłuż rury prowadzącej (7) na różnych jej poziomach.

5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że solenoidy (6)jako części zespołu śledzącego (3,6) usytuowane są w ściśle określonych odstępach na rurze prowadzącej (7), znajdują się w obudowie i połączone są ze skrzynką przekaźnikową (9), która z kolei połączona jest z komputerem zawierającym parametry określające właściwości gleby.

6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że ciężar masy odbojowej (4) usytuowanej nad komorą wylotową (8) jest większy niż wypadkowa sił powstająca podczas wytwarzania gazu pod ciśnieniem, skierowana w górę na powierzchnię masy odbojowej (4).

7. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że masa odbojowa (4) ma postać rury prowadzącej zamkniętej od góry.

8. Układ według zastrz. 1, albo 6, albo 7, znamienny tym, że masa odbojowa (4) zawiera obudowę generatora (5) gazu pirotechnicznego.

9. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że masa odbojowa (4) posiada na poziomie komory wylotowej (8) przynajmniej jeden zawór bezpieczeństwa (28) a rura (7) ma otwór (29).

10. Układ według zastrz. 1, albo 6, znamienny tym, że ma trzpień (26) w masie odbojowej (4).

11. Układ według zastrz. 1, albo 6, znamienny tym, że ma element szybko mocujący o znanej postaci blokującej wydrążony trzon (1) sondy w masie odbojowej (4).

12. Układ według zastrz. 1, albo 2, albo 3, albo 4, znamienny tym, że trzon (1) sondy składa się z co najmniej dwóch oddzielnych elementów połączonych bagnetowo.

13. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że korpus (4,14) generatora (5) wykonany jest z materiału termoplastycznego lub kompozycji materiałów termoplastycznych o określonej odporności na ciśnienie wewnętrzne.