RU1788144C - Устройство дл компрессионных испытаний грунтов - Google Patents

Abstract

Использование: строительство, исследование физико-механических свойств грунтов. Сущность: устройство дл  компрессионных испытаний грунтов содержит приводную нагружающую систему с датчиком силы 2 и концевым выключателем 11, механически св занную с одометром 3, преобразователь 8 механических перемещений поршн  одометра 3, дополнительную нагружающую систему 12 с датчиком нагрузки, источник 18 питани  и опорного напр жени , формирователь 23 требуемой нагрузки, блок 13 настройки, блок 16 пам ти начальной нагрузки, блок 22 компенсации, блок 15 вычитани , программно-временной блок 13, переключатель 17, ключи 24 и 25, усилитель 26 и блок 27 управлени  приводом нагружающей системы. 3 ил.

Description

to С

Изобретение относитс .к строительству и может быть использовано при исследовании физико-механических свойств грунтов, св занном с нагружением испытуемого образца и измерением его деформации.

Известно устройство дл  компрессионных испытаний грунтов, содержащее одометр , укрепленный на столе, нагружающую систему с рамой, рычагом, грузами и приводом дл  перемещени  груза, измеритель деформации и регистрирующий блок.

Недостатками этого устройства  вл ютс : отсутствие.возможности проведени  ис- пытаний в режиме бесступенчатого нагружени  образ1 а, а также низка  достоверность результатов испытаний, обусловленна  погрешност ми поддержани  требуемых значений ступеней нагрузки на образец грунта, поскольку нагрузка на образец создаетс  с помощью рамы, конечного

числа грузов, определ ющих ступени нагрузки , и рычага с противовесом, компенсирующим собственный вес рычага и под ески дл  грузов. В процессе испытаний, в результате просадки образца грунта под действием нагрузки, рычаг отклон етс  от исходного горизонтального положени  и соотношение горизонтальных проекций плеч рычага измен етс , а следовательно, возникает погрешность в приложении нагрузки на образец.

Наиболее близким по технической сущности  вл етс  устройство дл  компрессионных испытаний, содержащее одог/етр, нагружающую систему с управл емым приводом и датчиком силы, св занную механически с одометром, преобразователи перемещени  поршн  одометра в электрический сигнал, узел обработки входных сигVJ

оо со

Ј

налов, анализатор скорости деформации, программный блок и блок регистрации.

Основным недостатком этого устройства  вл етс  низка  достоверность результатов измерений, поскольку отсутствуют средства, обеспечивающие поддержание требуемых значений ступеней нагрузки на образец грунта при его просадке. Кроме того , известное устройство не позвол ет проводить испытани  в режиме бесступенчатого нагружени  образца грунта, т.е. обладает низкой производительностью.

Цель изобретени  - повышение точности испытаний.

. Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  компрессионных испытаний грунтов, содержащее приводную нагружающую систему с датчиком силы и концевым выключателем и механически св занную с одометром, преобразователь механических перемещений поршн  одометра, подключенный к одному из входов блока регистрации и источник питани , снабжено дополнительной нагружающей системой, .с датчиком нагрузки, источником анодного напр жени , формирователем требуемой нагрузки, блоками пам ти начальной нагрузки и настройки, программно-временным блоком, блоками компенсации и вычитани , переключателем, двум  ключами , усилителем и блоком управлени  приводом нагружающей системы, причем датчик силы подключен к первому входу блока вычитани  и первому входу блока настройки, к второму входу которого подключен датчик нагрузки, выход концевого выключател  привода нагружающей системы подключен к первому входу программно-временного .блока, первый выход которого подключен.к управл ющему входу первого ключа, первый выход блока настройки подключен к одному из входов блока пам ти начальной нагрузки, выход которого подключен к информационному входу переключател  и к второму входу программно-временного блока, второй и третьи выходы которого подключены соответственно к третьему и четвертому входам блока настройки и к входу нагружение дополнительной нагружающей системы, второй выход блока настройки подключен к третьему входу программно временного блока, четвертые выходы которого подключены соответственно к входу останов дополнительной нагружающей системы, управл ющем входу блока компенсации, п тому и шестому входам блока нас тройки и к управл ющему входу переключател , выходы которого подключены соответственно к седьмому входу блока настройки и второму пходу блока вычитани 

третий выход блока настройки подключен к одному из информационных входов блока компенсации, п тый выход программно- временного блока подключен к входу разгружение дополнительной нагружающей системы, выход окончание разгружени  - которой подключен к четвертому входу программно временного блока, шестые выходы которого подключены к управл ющим вхо0 дам формировател  требуемой нагрузки, источник .питани  подключен к информационному входу первого ключа и одному из входов источника опорного напр жени , другой вход которого соединен с выходом

5 блока компенсации, выход источника опорного напр жени  подключен к другому информационному входу блока компенсации и к информационному входу формировател  требуемой нагрузки, выход которого соеди0 нен с третьим входом блока вычитани , выход которого подключен к информационному входу второго ключа, управл ющий вход которого подключен к седьмому выходу программно-временного блока, вось мой

5 выход которого подключен ко второму входу блока регистрации, выходы ключей через усилитель подключены к блоку управлени  приводом нагружающей системы.

На фиг. 1 представлена принципиаль0 на  схема механической системы устройства дл  компрессионных испытаний грунтов; на фиг. 2 - электрическа  блок-схема устройства; на фиг. 3 - схема блока настройки. Устройство дл  компрессионных испы5 таний грунтов включает механическую систему , содержащую стол 1, тензорезистив- ный датчик силы 2, одометр 3, держатель 4, установленные на столе 1, плиту 5, раму 6, электропривод 7, жестко закрепленные на

0 плите 5, преобразователь 8 механических перемещений поршн  в электрический сигнал жестко закрепленный на держателе 4 и касающийс  своим измерительным штоком 9 рамы 6, причем соосно штоку 10 электро5 привода 7 расположены тензорезистивный

датчик силы 2 и одометр 3, а электропривод

/7 снабжен концевым выключателем 11, фик сирующим установку штока 10 в крайнее ниж-:

нее положение, и дополнительно

0 нагружающую систему 12 с датчиком нагрузки (образцова  силова  машина).

Электрическа  схема устройства дл  компрессионных испытаний грунтов содержит программно-временной блок 13, к кото5 рому подключены выход преобразовател  8 механических перемещений поршн  и выход концевого выключател  11, блок 14 настройки , блок 15 вычитани , блок 16 пам ти начальной нагрузки, переключатель 17. источник 18 питани , блок 19 регистрации,

блок 20 св зи с внешними устройствами, источник 21 опорного напр жени , блок 22 компенсации, формирователь 23 требуемой нагрузки, два ключа 24 и 25, усилитель 26 и блок 27 управлени  приводом нагружающей системы.

Блок настройки 14 устройства включает ключи 28, 29 и 30, первые входы которых  вл ютс  первым входом блока 13 настройки , компаратор 31 и ключ 32, первые входы которых  вл ютс  вторым входом блока 14 настройки, .третьим, четвертым и п тым входами которого  вл ютс  вторые, входы ключей 28, 29 и 30, блок 33 пам ти, первый вход которого соединен с выходом ключа 32, а второй -  вл етс  шестым входом блока 14 настройки, блок 34 вычитани , входы которого соединены с выходами блока 33 пам ти и задатчика 35 максимальной нагрузки на образец грунта, компаратор 36, выход которого подключен к второму входу ключа 32, делитель 37 напр жени , соедин ющий выход ключа 29 с одним из входов компаратора 36, другой вход которого  вл етс  седьмым входом блока 14 настройки, выход ключа 28  вл етс  первым выходом блока 14 настройки, вторым выходом которого  вл етс  выход компаратора 31, второй вход которого соединен с выходом блока 34 вычитани , выход ключа 30  вл етс  третьим выходом блока 14 настройки.

Устройство работает следующим образом ,

Образец грунта помещают в одометр 3 и приступают к настройке устройства. При нажатии кнопки Настройка программно- временной блок 13 вырабатывает первый управл ющий сигнал, который поступает на ключ 24. В результате замыкани  ключа 24 на вход усилител  26 подаетс  напр жение от источника 18 питани  и электропривод 7 начинает перемещать шток 10 в крайнее нижнее положение. В крайнем нижнем положении штока 10 образец грунта, помещенный в одометр 3, полностью разгружен, а на тензорезистивный датчик силы 2 действует начальна  нагрузка , равна  суммарному весу стола 1, одометра 3 с образцом грунта, держател  4 и преобразовател  механических перемещений в электрический сигнал 8. По сигналу с концевого выключател  11, фиксирующего установку штока 10 в крайнее нижнее положение, программно- временной блок 13 вырабатывает второй управл ющий сигнал, который поступает на ключ 28 блока 14 настройки, при этом выход тензорезистивного датчика силы 2 подключаетс  ко входу блока 16 пам ти начальной нагрузки. На выходе блока 16 начинает устанавливатьс  напр жение, численно равное напр жению на выходе тензорезистивного датчика силы 2 при воздействии на него указанной выше начальной нагрузки, С выхода блока 16 сигнал поступает на седь- 5 мой вход блока 14 настройки через нормально замкнутые контакты переключател  17 и в программно временной блок 13. В программно временном блоке 13 производитс  анализ временной зависимости сигнала с

0 выхода блока 16 и после того, как напр жение на выходе блока 16 установитс  (т.е. по существу, осуществитс  запись сигнала с выхода тензорезистивного датчика силы 2 при воздействии на него указанной выше

5 начальной нагрузки) блок 13 формирует третий управл ющий сигнал, который поступает на ключ 28 и.ключ 29 блока 14 настройки, на вход нагружение образцовой силовой машины 12. В результате ключ размыкаетс ,

0 ключ 29 замыкаетс  и напр жение с выхода тензорезистивного датчика силы через делитель 37 напр жени  (с коэффициентом делени  равном 2) подаетс  на компаратор 36, а образцова  силова  машина 17 начинает

5 монотонно увеличивать нагрузку на стол 1. Когда величина нагрузки, создаваемой образцовой силовой машиной 12 на стол 1, станет численно равной начальной нагрузке , действующей на тензорезистивный дат0 чик силы 2, сигналы на входах компаратора 36 сравниваютс . В момент равенства сигналов на входах компаратора 36 последний вырабатывает управл ющий сигнал, перевод щий ключ 32 в замкнутое положение.

5 Ключ 32, выполненный, например, на базе триггера Тмитга, переводитс  в замкнутое состо ние на врем , достаточное дл  записи сигнала с выхода датчика нагрузки образцовой силовой машины 12 в блоке пам ти 33,

0 Сигналы с блока пам ти 33 и задатчика 35 максимальной нагрузки на образец грунта подаютс  на входы блока 34 вычитани , выход которого подключен к одному из выходов компаратора 31. На другой вход

5 компаратора 31 подаетс  сигнал с выхода датчика нагрузки образцовой силовой машины 12. На выходе компаратора 31 сигнал будет равен нулю в момент времени, когда нагрузка, создаваема  образцовой силовой

0 машиной. 12 будет меньше требуемой (по услови м испытани ) максимальной нагрузки на величину, равную начальной нагрузке, действующей на тензорезистивный датчик силы 2, На сам же тензорезистивный датчик

5 силы 2 в этом случае будет действовать нагрузка, равна  требуемой максимальной так как на тензорезистивный датчик силы 2 действует не только нагрузка, создаваема  образцовой силовой машиной 12, но и суммарный вес узлов устройства.

В момент равенства сигналов на входах компаратора 31 последний вырабатывает сигнал, поступающий в программно временной блок 13. По этому сигналу блок 13 вырабатывает четвертый управл ющий сиг- нал, который поступает на ключ30, ключ 29, блок пам ти 33, переключатель 17, блок 22 компенсации и на вход останов образцовой силовой машины 12, В результате рост величины нагрузки, создаваемой образце- вой силовой машиной 12, прекращаетс , блок 33 пам ти обнул етс , блок 22 переключаетс  к источнику 21 опорного напр жени , ключ 30 замыкаетс , ключ 29 - размыкаетс , в переключателе 22 нормаль- но замкнутые контакты размыкаютс  и замыкаютс  нормально разомкнутые контакты, при этом напр жение с выхода тензорезистивного датчика силы 2 подаетс  на второй вход блока 22 компенсации, а напр жение смещени  с выхода блока 16 подаетс  на второй вход блока вычитани  15. ..

П тый управл ющий сигнал поступает с блока 13 через интервал времени (относи- тельно четвертого управл ющего сигнала).

Определ емый временем, необходимым дл  установки блоком 22 компенсации на выходе источника 21 опорного напр жени  сигнала, равного напр жению, подан- ного на второй вход блока 22 компенсации 26. П тый управл ющий сигнал подаетс  на ключ 24, ключ 30, блок 22 компенсации 26 и на вход разгружение образцовой силовой машины 12. При этом ключи 24 и 30 размы- каютс , блок 22 отключаетс  от источника 21 опорного напр жени , а нагрузка на стол 1, создаваема  образцовой силовой машиной 17 начинает снижатьс . После полного сн ти  нагрузки, создаваемой образцовой силовой машиной 12 на стол 1 устройство подготовлено к испытани м образца грунта и по сигналу с блока 13 на блок 19 регистрации формируетс  сигнал о готовности устройства к испытани м образца.

В процессе испытаний требуемое значение вертикального давлени  на образец грунта, помещенного в одометр 3, задаетс  в виде двоичного кода, подаваемого в виде логических уровней напр жени  на инфор- мационные входы формировател  23 требуемой нагрузки информационных выходов блока 13. В зависимости от двоичного кода, подаваемого на информационные входы формировател  23 на его выходе устанавли- ваетс  напр жение, величина которого однозначно соответствует определенному значению давлени  на образец грунта, поскольку значение выходного напр жени  формировател  23 пр мо пропорционально

величине напр жени , подаваемого на его вход с выхода источника 21 опорного напр жени , а, как было показано выше, в процессе настройки устройства дл  компрессионных испытаний грунтов напр жение на выходе источника 21 опорного напр жени  устанавливаетс  равным напр жению на выходе тензорезистивного датчика силы 2 при воздействии на него максимальной нагрузки . В.случае использовани  в качестве формировател  цифроаналогового преобразовател  выходное напр жение определ етс  из следующей зависимости:

, . Цоп N

где ивых - выходное напр жение формировател  23 требуемой нагрузки;

Uon - выходное напр жение источника 21 опорного напр жени ;

N - двоичный код, подаваемый на информационные входы блока 23 выраженный в дес тичной форме,

л - разр дность цифроаналогового преобразовател , определ ема  количеством его информационных входов.

Использование цифроаналогового преобразовател  в качестве блока 23 позвол ет реализовать как ступенчатый, так и плавный режим нагружени  путем изменени  двоичного кода на его информационных входах по требуемому закону.

В начале испытаний образец грунта полностью разгружен. Согласно программе испытаний на информационные входы блока 23 с информационных выходов блока 13 подаетс  двоичный код, соответствующий требуемой величине давлени  на образец грунта. На выходе блока 15 вычитани  устанавливаетс  напр жение, пропорциональное разности между величиной нагрузки, действующей на образец грунта в данный момент времени, и требуемой величиной нагрузки на образец грунта, поскольку блоком 16 задаетс  напр жение, соответствующее напр жению на входе тензорезистивного датчика силы 2 при воздействии на него начальной нагрузки (суммарный вес стола 1, одометра 3 с образцом грунта, держател  4 и преобразовател  перемещений 8) при полностью разгруженном образце грунта, которое вычитаетс  из текущего значени  сигнала с выхода тензорезистивного датчика силы 2. Возможные изменени  величины выходного напр жени  источника 18 питани , вызванные температурной нестабильностью параметров его электронных компонент не будет вли ть на точность поддержани  давлени  на образец грунта, так как изменение напр жени  источника 18 питани  приведет не только к изменению величины сигнала на выходе тензорезистив- нрго датчика силы 2, но и к изменению напр жени  на выходе блока 23, который через источник 21 опорного напр жени  св зан с тем же источником питани  18. Иными словами, изменени  величины выходного напр жени  источника 18 питани  приведут к одновременному и пропорциональному изменению величины напр жени  на выходе тензорезистивного датчика силы 2 и выходе блока 23, причем эти изменени  выходных напр жений взаимно компенсируютс  в блоке 15 вычитани .

. После подачи на информационные входы двоичного кода с блока 13с него не поступает сигнал на ключ 25, перевод щий его в замкнутое положение. В результате напр жени , равное разности выходных напр жений тензорезистивного датчика силы 2, блока 16 на вход усилител  26. Коэффициент усилени  усилител  26 определ ет погрешность поддержани  требуемого давлени  на образец грунта и при достаточно высоком значении коэффициента усилени  (100-1000), эта погрешность составл ет дес тые доли процента. Напр жение рассогласовани , усиленное усилителем 26, подаетс  на вход блока 27 управлени . Этот бло к предназначен дл  преобразовани  усиленного сигнала рассогласовани  в напр жение или ток непосредственно управл ющий электроприводом7, подключенным к его выходу. Например, если электропривод 7 выполнен в виде электродвигател  посто нного тока с редуктором, то преобразование , осуществл емое блоком 27 сводит- с  к усилению по мощности и, если требуетс , по напр жению.

По сигналу с блока 27 управлени  электропривод 7 за счет осевого перемещени  штока 10 создает давление на образец грунта через тензорезистивный датчик силы 2, стол 1 с одной стороны и через плиту 5, раму 6 и поршень одометра 3 с другой стороны. Выходное напр жение тензорезистивного датчика силы 2 измен етс  согласно изменению этого давлени . Нагрузка на образец грунта, а следовательно, и тензорезистивный датчик силы 2 будет расти до тех пор, пока на выходе блока вычитани  15 напр жение не станет равным нулю. Возможные изменени  давлени  на образце грунта, например , вследствие его просадки под действием нагрузки, отрабатываютс  с помощью усилител  26, блока 27 управлени  и электропривода 7 таким образом, что выходное

напр жение блока 15 вычитани  поддерживаетс  равным нулю.

На блоке регистрации отображаетс  информаци  о величине давлени , действую- 5 щего на образец грунта, о величине просадки грунта и т.п., поступаема  с блока 13. С помощью блока 20 св зи с внешними устройствами к устройству могут быть пбд- ключены различные внешние узлы регист0 рации информации, такие как: алфавитно-цифропечатающее устройство дл  вывода результатов испытаний на твердый носитель информации, графопостроитель и т.п.

5 Устройство позвол ет повысить точность испытани  за счет снижени  погрешности при поддержании требуемого значени  нагрузки на образец грунта и сократить длительность компрессионных ис0 пытаний в несколько раз в режиме бесступенчатого нагружени  образца грунта .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство.дл  компрессионных испы5 таний грунтов, содержащее приводную нагружающую систему с датчиком силы и концевым выключателем и механически св занную с одометром, преобразователь механических перемещений поршн 

   0 одометра, подключенный к одному из входов блока регистрации, и источник питани , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности испытаний, оно снабжено дополнительной нагружающей систе5 мой с датчиком нагрузки, источником опорного напр жени , формирователем требуемой нагрузки, блоками пам ти начальной нагрузки и настройки, программно- временным блоком, блоками компенсации и

   0- вычитани , переключателем, двум  ключами , усилителем и блоком управлени  приводом нагружающей системы, причем датчик силы подключен к первому входу блока вычитани  и первому входу блока настройки, к

   5 второму входу которого подключен датчик нагрузки, выход концевого выключател  привода нагружающей системы подключен к первому входу программно-временного блока, первый выход которого подключен к

   0 управл ющему входу первого ключа, первый выход блока настройки подключен к одному из входов блока пам ти начальной нагрузки, выход которого подключен к информационному входу переключател  и к

   5 второму входу программно-временного блока , второй и третьи выходы которого подключены соответственно к третьему и четвёртому входам блока настройки и к входу Нагружение дополнительной нагружа- ющей системы, второй выход блока

   настройки подключен к третьему входу программно-временного блока, четвертые выходы которого подключены соответственно, к входу Останов дополнительной нагружающей системы, управл ющему входу блока .компенсации, п тому и шестому входам блока настройки и к управл ющему входу переключател , выходы которого подключены соответственно к седьмому входу блока настройки и второму входу блока вычитани , третий выход блока настройки подключен к одному из. информацио.нных входов блока компенсации, п тый выход программно-временного блока подключен к входу Разгружение дополнительной нагружающей системы, выход Окончание разгруже- ни  которой подключен к четвертому входу программно-временного блока, шестые выходы которого подключены к управл ющим

   входам формировател  требуемой нагрузки, источник питани  подключен к информационному входу первого ключа и к одному из входов источника опорного напр жени ,

   другой вход которого соединен с выходом блока компенсации, выход источника опорного напр жени  подключен к другому информационному входу блока компенсации и к информационному входу формировател 

   требуемой нагрузки, выход которого соединен с третьим входом блока вычитани , выход которого подключен к информационному входу второго ключа, управл ющий вход которого подключен к седьмому

   выходу программно-временного блока, восьмой выход которого подключен к второму входу блока регистрации, выходы ключей через усилитель подключены к блоку управлени  приводом нагружающей системы.

   Фиг.З

   Редактор А.Бер

   Составитель И.Плотникова

   Техред М.МоргенталКорректор М.Максимишинец

   6 4 35