Устройство для отбора проб грунта

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ГРУНТА(71) Заявитель Республиканское научно-исследовательское унитарное предприятие Институт радиологии(73) Патентообладатель Республиканское научноисследовательское унитарное предприятие Институт радиологии(57) 1. Устройство для отбора проб грунта, содержащее цилиндрический корпус с режущим башмаком на торце, переходник с быстроразъемным узлом для соединения с корпусом, средство нагружения, связанное с переходником, размещенную в корпусе съемную цилиндрическую грунтоприемную гильзу, открытый торец которой расположен на уступе, выполненном на внутренней поверхности режущего башмака, съемную крышку, отличающееся тем, что съемная цилиндрическая грунтоприемная гильза выполнена в виде цельного цилиндрического стакана, установленного с возможностью контакта его дна с плоской поверхностью переходника, съемная крышка выполнена с возможностью герметичной установки на открытый торец стакана, а быстроразъемный узел выполнен в виде байонетного замка. Фиг. 1 2. Устройство для отбора проб грунта по п. 1, отличающееся тем, что на участке между дном стакана и башмаком корпус имеет цилиндрический карман, образующий кольцевой зазор со стенкой стакана. 4643. Устройство для отбора проб грунта по п. 2, отличающееся тем, что цилиндрический стакан выполнен тонкостенным и из полимерного материала, а уступ расположен на режущем участке башмака. 4. Устройство для отбора проб грунта по одному из пп. 1, 2, 3, отличающееся тем, что средство для нагружения выполнено в виде молота с ручками, установленного с возможностью перемещения по штанге, соединенной с переходником, до контакта с последним. Полезная модель относится к технике исследования грунтов и может быть использована в строительстве,сельском хозяйстве, радиоэкологии и в других отраслях для отбора проб грунта, преимущественно почвенного, ненарушенного сложения с целью последующего изучения его химического состава и физикомеханических свойств в лабораторных условиях. Известно устройство для отбора образцов грунта, включающее цилиндрический корпус с грунтоприемной гильзой, шток и связанное с ним средство нагружения 1. Известное устройство имеет большие поперечные габариты, площадь контакта с грунтом и создает высокое сопротивление при вдавливании его в грунт, повороте режущих дисков в грунте и извлечении, что обусловливает высокую трудоемкость работ по отбору проб грунта, ограничивает применение известного устройства в твердых грунтах. Задавливание устройства в плотные и/или содержащие твердые включения грунты ручным способом (когда механизм нагружения выполнен в виде рукоятки) практически невозможно. Необходимость при этом поворота дисков существенно ограничивает надежность работы устройства. Использование открытых с торцов цилиндрических грунтоприемных гильз не обеспечивает сохранности состава грунта при транспортировке и хранении, особенно при наличии в нем подвижных флюидов. Известно устройство для взятия проб грунта, содержащее корпус, связанное с ним средство нагружения,грунтоприемный цилиндр 2. В известном устройстве средство нагружения выполнено в виде силового винта, перемещаемого в цилиндрическом корпусе с помощью рукоятки, неподвижной и подвижной платформ,соединенных соответственно с винтом и корпусом, что позволяет создавать значительные усилия для задавливания грунтоприемных цилиндров. Однако использование известного устройства связано со значительными трудозатратами, в том числе требующими дополнительного оборудования, обусловленными необходимостью предварительного вдавливания шипов подвижной платформы в грунт, откапывания грунтоприемных цилиндров, закрепления неподвижной платформы с помощью шипов на опорном теле. Последнее ограничивает область применения известного устройства. Задавливание с помощью известного устройства требует применения прочных, преимущественно металлических, грунтоприемных цилиндров, что существенно повышает стоимость работ при почвенной съемке. Использование открытых с торцов грунтоприемных цилиндров не обеспечивает сохранности состава грунта при транспортировке и хранении, а также может привести к нарушению структуры грунта при его извлечении. Наиболее близким к заявляемому является устройство для отбора проб грунта, содержащее цилиндрический корпус с режущим башмаком на торце, переходник с быстроразъемным узлом для соединения с корпусом,средство нагружения, связанное замком с переходником, размещенную в корпусе цилиндрическую грунтоприемную гильзу, открытый торец которой расположен на уступе, выполненном на внутренней поверхности режущего башмака, съемную крышку 3. Известное устройство обеспечивает отбор образца грунта ненарушенной структуры, упаковку образца без нарушения структуры в прочный герметичный контейнер-пенал, что обеспечивает возможность транспортировки и хранения образца грунта с сохранением его структуры и состава. Однако известное устройство малопригодно для использования в полевых условиях ручным способом, так как для его применения используется виброударный механизм, требующий подвода технологической энергии, а применение задавливающего средства для этих целей требует дополнительной разработки. Устройство имеет сложную конструкцию, в том числе конструктивно сложный быстроразъемный узел для соединения на запорной втулке с шарами, сложную грунтоприемную гильзу, состоящую из двух полугильз, снабженных крышками с Т-образными пазами, герметичный съемный пенал со съемной крышкой, выполненный с возможностью установки на грунтоприемной гильзе. Сложность конструкции устройства уменьшает надежность его работы. Так, засорение грунтом может привести к заклиниванию грунтоприемной гильзы и к отказу в работе. Грунтоприемная гильза имеет сложную конструкцию, изготавливается из прочного материала (металла), для каждой гильзы требуется пенал, что обусловливает высокие эксплуатационные затраты, обусловленные необходимостью частой замены съемных комплектующих элементов (гильзы и пенала с крышкой) при почвенной съемке или инженерно-геологических изысканиях, требующих многократного отбора проб грунтов. Необходимость частой чистки устройства повышают трудоемкость работ по отбору проб грунта. 464 Согласно полезной модели решается задача создания устройства для отбора проб грунта, преимущественно почвенного, ненарушенной структуры в контейнеры, обеспечивающие сохранение ненарушенной структуры и состава грунта для исследований в лабораторных условиях. Основной технический результат полезной модели заключается в упрощении конструкции устройства,повышении надежности его работы и снижении издержек на его эксплуатацию. Дополнительный технический результат полезной модели заключается в снижении трудоемкости работ при отборе проб ручным способом. Решение указанной задачи и достижение указанного результата обеспечивается тем, что устройство для отбора проб грунта, содержащее цилиндрический корпус с режущим башмаком на торце, переходник с быстроразъемным узлом для соединения с корпусом, средство нагружения, связанное замком с переходником,размещенную в корпусе съемную цилиндрическую грунтоприемную гильзу, открытый торец которой расположен на уступе, выполненном на внутренней поверхности режущего башмака, съемную крышку, съемная цилиндрическая грунтоприемная гильза выполнена в виде цельного цилиндрического стакана, установленного с возможностью контакта его дна с плоской поверхностью переходника, съемная крышка выполнена с возможностью герметичной установки на открытый торец стакана, а быстроразъемный узел выполнен в виде байонетного замка. При этом на участке между дном стакана и башмаком корпус имеет цилиндрический карман, образующий кольцевой зазор со стенкой стакана. Кроме того, цилиндрический стакан выполнен тонкостенным и из полимерного материала, а уступ расположен на режущем участке башмака. Достижение основного и дополнительного результата обеспечивается также тем, что средство для нагружения выполнено в виде молота с ручками, установленного с возможностью перемещения по штанге, соединенной с переходником, до контакта с последним. В предложенной конструкции в качестве съемной цилиндрической грунтоприемной гильзы используется цельный (целостный) цилиндрический стакан, закрываемый герметично съемной крышкой сразу после извлечения из корпуса. При закрытии крышкой стакан из грунтоприемника преобразуется в герметичный контейнер для транспортировки и хранения пробы. В силу этого обеспечивается взятие и сохранение пробы с ненарушенной структурой и составом. Совмещение функций стакана упрощает конструкцию устройства и сокращает потребность в сменных комплектующих элементах при проведении работ по отбору проб грунта,что уменьшает издержки на эксплуатацию устройства. Применение в качестве быстроразъемного узла байонетного замка позволяет существенно упростить конструкцию как узла, так и устройства, повысить надежность его работы, осуществить в ускоренном режиме установку и извлечение стакана в корпус и из него, а значит, обеспечить сохранение состава (газового,жидкостного) в пробе. В силу этого байонетный замок уменьшает трудоемкость и повышает производительность работ по отбору проб. Цилиндрический карман (цилиндрическое углубление) в корпусе на участке между дном стакана и башмаком, образующий кольцевой зазор со стенкой стакана, предотвращает заклинивание стакана при его установке и извлечении, что повышает надежность и производительность работы устройства. Выполнение стакана из пластмассы и тонкостенным позволяет уменьшить материалоемкость и снизить вес стакана, что удешевляет устройство и сокращает эксплуатационные издержки, уменьшает трудоемкость работ. Кроме того, это дает возможность приготовления образцов грунта ненарушенной структуры для общего и послойного исследования за счет легкого разрезания или распиловки. Расположение уступа (буртика) на режущем участке башмака ускоряет заполнение стакана грунтом, препятствует смятию тонкостенного пластикового стакана в твердых грунтах, что повышает надежность работы устройства. Выполнение средства для нагружения согласно предложенному позволяет снизить трудоемкость работ при отборе проб ручным способом за счет применения способов и режимов нагружения (ударный, задавливания, их сочетание), соответствующих требуемому виду грунта (что способствует сохранению структуры грунта в пробе), а также за счет сокращения циклов очистки. На фигуре 1 схематически изображено предлагаемое устройство, вид сбоку, в разрезе. На фигуре 2 изображено сечение устройства по А-А. На фигуре 3 изображено сечение устройства по Б-Б. Фигура 4 иллюстрирует вариант выполнения устройства со средством нагружения в виде молота и штанги, вид сбоку. Устройство для отбора проб грунта содержит (см. фиг 1-3) цилиндрический корпус 1, расположенные на его торцах режущий башмак 2 и переходник 3, соединенный резьбовым замком 4 со штангой 5 средства нагружения, цельный цилиндрический стакан 6 для приема грунта, расположенный во внутренней цилиндрической полости корпуса 1 и башмака 2 таким образом, что его открытый торец установлен на уступе 7 башмака 2, а дно (глухой торец) установлено с возможностью контакта с торцом переходника 3, причем на внутренней поверхности корпуса между местом размещения дна стакана 6 и башмаком 2 выполнен цилиндрический карман 8, образующий кольцевой зазор между корпусом 1 и боковой стенкой стакана 6. Переходник 3 соединен с корпусом 1 байонетным замком 9 (см. фиг. 4). Кроме того, устройство содержит съемную крышку (на фигурах не показана), имеющую размеры, позволяющие герметично закрывать стакан. Для облегчения вхождения стакана 6 в башмак 2 между цилиндрическим карманом 8 и башмаком 2 выполнена фаска (позицией не отмечена). 3 464 Устройство работает следующим образом. Перед отбором проб штангу 5 (или непосредственно переходник 3 с помощью замка 4 подсоединяют к виброударному механизму либо к гидравлическому приводу либо к иному средству нагружения, обеспечивающему погружение и извлечение корпуса устройства в грунт и обратно. Прикладывают с помощью средства нагружения вдоль оси корпуса 1 усилия, обеспечивающие погружение устройства в грунт. Башмак 2 при этом обеспечивает врезание в грунт и поступление пробы в стакан 6. После погружения корпуса 1 в грунт к нему прикладывают обратные усилия и извлекают устройство из грунта. Затем быстро разъединяют корпус 1 и переходник 3 с помощью байонетного замка 9, переворачивают корпус 1 вверх башмаком 2, извлекают стакан 6 из корпуса 1, закрывают стакан герметично съемной крышкой. Проба грунта готова к транспортировке и хранению. Вставляют в полость корпуса 1 новый стакан 6, предварительно сняв с него крышку, соединяют корпус 1 с переходником 3 с помощью байонетного замка 9. Устройство готово к работе. Таким образом, устройство обеспечивает быстрое взятие и упаковку пробы грунта без нарушения его структуры (целостности). Скорость извлечения стакана определяется преимущественно временем отсоединения корпуса 1 от переходника 3, что позволяет сохранить состав подвижных флюидов в пробе грунта для последующего анализа. При этом не требуется дополнительное оборудование для упаковки. При многократном отборе проб в полость корпуса 1 может попасть грунт. Цельность стакана 6 уменьшает вероятность попадания пробы грунта в корпус 1, что уменьшает необходимость частых чисток. Наличие зазора между корпусом 1 и стаканом 6 предотвращает заклинивание последнего. Величину зазора между стаканом 6 и корпусом 1 выбирают, исходя из размеров и свойств материала стакана. Стакан 6 (и съемная крышка) может быть изготовлен из металла, полимерного материала (пластмассы),других материалов, может быть как тонкостенным, так и толстостенным в зависимости от параметров прочности изделия и необходимости обеспечения его низкой стоимости. Так, тонкостенный стакан и съемная крышка к нему могут быть изготовлены из бывших в употреблении пластиковых емкостей из под напитков. Для этого у емкости отрезают горловину и используют только цилиндрическую часть. Такое применение существенно удешевляет стоимость работ по отбору проб грунта. Для предотвращения нарушения структуры грунта используют цилиндрический башмак, заточенный с наружной стороны. Для ручного отбора проб грунта наиболее предпочтителен вариант выполнения устройства, изображенный на фигуре 4. Отличие рассматриваемого варианта устройства от вышеизложенного заключается в том, что средство для нагружения выполнено в виде молота 10 с ручками , установленного с возможностью перемещения на штанге 5, соединенной замком 4 с переходником 3, от ограничителя 12 до контакта с торцом переходника. Ограничитель 12 размещен на конце штанги 5. На конце цилиндрического переходника 3, обращенного к молоту 10, выполнен буртик 13, торец которого является торцом переходника 3. Буртик 13 подвергают закалке. В описываемом варианте устройство работает следующим образом. Устройство устанавливают вертикально на поверхность почвы. В начальном положении молот 10 находится в контакте с торцом переходника 3. Прикладывают ногой или руками к молоту 10 через ручки 11 задавливающее усилие, с помощью которого корпус 1 погружается в грунт. При недостатке задавливающего усилия молот 10 приподнимают за ручки 11 и наносят им удары по торцу переходника 3 (по буртику 13) до полного заглубления корпуса 1 в грунт. После заполнения стакана грунтом производят круговые движения штангой 5, обеспечивая формирование зазора между корпусом и окружающим грунтом, затем извлекают корпус из углубления. В остальном работа данного варианта устройства полностью аналогична работе вышеописанного. При подготовке устройства к работе корпус 1 может быть поставлен башмаком 2 на грунт, затем вставляется стакан 6 и движением штанги 5 закрывается байонетный замок 9. При попадании грунта в корпус надавливание штангой 5 через торец переходника 3 на дно гильзы способствует выдавливанию остатков грунта. При текучих, пластичных грунтах для заглубления корпуса и отбора пробы бывает достаточно задавливающего усилия. Для твердых грунтов, грунтов, содержащих твердые включения, применяют ударный способ заглубления. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.