Conceperea Si Realizarea Unui Stand de Laborator Pentru Prelevarea Probelor de Sol In Asezare Naturala

Conceperea Si Realizarea Unui Stand de Laborator Pentru Prelevarea Probelor de Sol In Asezare Naturala

Byadmin ianuarie 1, 2024

CUPRINS

MOTIVAREA TEMEI

Datorită creșterii demografice, a dezvoltării industriale, extinderii agriculturii, calitatea solului se degradează continuu. Din acest motiv este necesară o cunoaștere și o evaluare a problemelor privind calitatea solului.

O condiție a dezvoltării durabile reprezintă necesitatea de a realiza un sistem de monitoring al calității solului. Acest sistem are la bază urmărirea unor obiective, care implică procedeele de prelevare și analiză a calității solului. În Europa există programe de monitorizare a solului, orientate pentru verificarea caracteristicilor și fertilități solului.

Toate studiile privind solul, indiferent de destinația lor, se efectuează pe teren, dar mai ales in laborator pe probe sau monstre, recoltate de pe suprafața supusă analizei astfel încât ele să prezinte cât mai fidel realitatea, să fie deci, reprezentative.

Solul reprezinta partea superficiala a scoarței terestre, fiind format din fondul mineral al acesteia, ca urmare a unui complex de procese mecanice, chimicie, fizice și biologice desfasurate pe lungi perioade de timp.

Solul este un factor ecologic important pentru că:

– se află în strânsă corelație cu clima unei regiuni prin configurația, natura și structura lui;
– de calitatea lui depinde formarea și protecția surselor de apă subterană și de suprafață;
– determină creșterea și dezvoltarea vegetației, influențând astfel în mod indirect alimentația omului;

– are un rol hotărâtor în amplasarea localităților.

CAPITOLUL 1

METODE DE PRELEVARE A PROBELOR DE SOL

1.1. Natura probelor

În funcție de caracterul cercetării și de precizia impusă acesteia, pentru studii se pot folosi probe individuale (ceea ce se recoltează o singură dată cu o unealtă) sau probe medii (rezultate din amestecarea unui număr mai mare de probe individuale).

Probele de sol pot fi recoltate:

în așezare naturală ( când cu prilejul recoltării, nu se deranjează stratificarea și structura solului) ;

în așezare modificată ( când la recoltare nu se ține seama de aceste proprietăți ale solului) .

În așezare naturală se analizează numai probe individuale, pentru studiul unor indici hidrofizici, unor proprietăți fizice sau mecanice ale solului. Celelalte însușiri se pot studia pe probe în așezare modificată, compuse sau medii.

Pentru alcătuirea probei medii se amestecă pe o pânză toate probele individuale de același fel ( adâncime, orizont, parcelă, variantă), se omogenizează, se curăță de resturile de plante nedescompuse ( rădăcini, tulpini, frunze) și se reține o cantitate de 1-.

Proba medie va fi de calitate, dacă se respectă următoarele condiții:

numărul de probe individuale să fie suficient de mare;

suprafața analizată să fie relativ omogenă;

probele individuale să participe cu ponderi egale în amestec;

să se evite la recoltare porțiunile selei cu particularități (platforme de gunoi, șire de paie, construcții) etc.

1.1.1. Numărul probelor și locul punctelor din care acestea se recoltează

Stabilirea numărului de probe necesare este dificilă. Prea puține probe înseamnă eroare mare, prea multe, neeconomicitate.

Numărul de probe recoltate de pe o selă trebuie sa asigure o eroare sub limita maximă admisă. Aceasta, la rândul ei, depinde de natura analizelor efectuate și de gradul de variabilitate al solului cercetat

În practică, se recoltează un număr de 25-50/ha, pentru alcătuirea unei probe medii de pe o selă omogenă sau tot atâtea probe individuale.

Este de preferat să se recolteze mai puține probe individuale care să se poată omogeniza perfect pe teren, decât prea multe, al căror volum mare nu asigură o bună amestecare și introduce erori.

Punctele din care se vor recolta probe se vor distribui cât mai uniform pe teren, după metoda diagonalelor sau a caroiajului fig si b, în fiecare variantă a experiențelor, sau pe fiecare orizont al profilului de sol [2].

a. Metoda diagonalelor b. Metoda coroiajului

Fig. 1. Distribuția punctelor [2].

1.1.2. Unelte de recoltare a probelor de sol

Din straturile superficiale sau de pe pereții profilului de sol, probele se recoltează cu unelte de mână obișnuite: hârleți, lopeți, șpacluri, cuțite, având grijă să nu se contamineze probele prin amestecarea straturilor.

În lipsa gropii de profil sau pentru adâncimi mai mari sunt necesare unelte speciale, numite sonde. Construcția acestora, destul de simplă, este mult diversificată, orientată pe două direcții:

sonde pentru probe în așezare modificată;

sonde pentru probe în așezare naturală.

În practica cercetării solului, construcția sondelor este de maximă importanță, la recoltarea probelor introducându-se cele mai multe erori de contaminare și denaturare a acestora. În etapa actuală se impune ca o necesitate perfecționarea sondelor, care trebuie să răspundă la următoarele cerințe [6]:

să permită recoltarea unor probe necontaminate, de la adâncimi controlabile (partea activă să închidă în ea proba recoltată);

să evite tasarea solului în timpul efortului de introducere la o adâncime dorită (partea activă să fie tăioasă, nedeformabilă, cu o capacitate de autoascuțire și bine șlefuită);

să nu deranjeze stratificația solului din natură în timpul recoltării (probe în așezare naturală);

să fie ușor de mânuit (atât la introducerea, cât și la extragerea din sol) , ușor de transportat în teren și de la un punct la altul ( tijă articulară telescopică, partea activă interschimbabilă, materile ușoare) ;

să permită recoltarea mai multor tipuri de probe prin schimbarea părții active (să fie, deci, multifuncțională);

să fie ieftină;

pentru probe în așezare naturală să prezinte recipienți care să includă proba recoltată, fără denaturări, construiți din materiale rezistente la deformări, dar ușoare și ieftine, prevăzuți cu capace, în care proba poate fi transportată și analizată;

să permită scoaterea probei din corpul sondei cu ușurință, fără a deranja solul;

să asigure recoltarea unor probe individuale suficient de mari pentru diminuarea erorilor;

dimensiunile părții active a sondelor pentru probe în așezare naturală, cât și a recipienților pentru probe, trebuie astfel alese incât proba recoltată să nu cadă în timpul extragerii sondei din sol (înălțime suficient de mare cel putin ), dar să nu se producă nici comprimări verticale ale probei (raportul între înălțime și diametru sau lățime – 1,2/l );

să nu se deranjeze prea mult solul sau cultura în timpul recoltării;

În țara noastră se folosesc următoarele tipuri de sonde:

pentru probe în așezare naturală: – sonda Nekrasov, sonda cilindrul Kacinski, sonda Erbdohrstock pentru soluri mijloci, sonda sol sampler, sonda prelevatoare TG20-30, TG63-160;

pentru probe în așezare modificată: – sonda tub, sonda baston agrochimică, sonda burghiu și Izmailski.

1.2. Prelevarea probelor de sol nedistructibile

Prelevarea probelor de sol nedestructibile au la baza ca fiind o analiza asupra solului intro asezare naturala nemodificata, să nu deranjeze stratificația solului din natură în timpul recoltării (probe în așezare naturală);

Sonda Nekrasov (fig. 2). Este alcatuită dintr-un cilindru metalic, cu diametrul interior de și înălțimea de , continuat la unul din capete cu o parte detașabilă de formă tronconică și cu marginile ascuțite pentru a intra căt mai ușor în sol. La capătul celălalt cilindrul este continuă cu o tijă metalică lungă de , gradată din 10 în și este prevăzută cu mâner. În interiorul cilindrului se poate introduce un cilindru de alamă, de dimensiuni riguros exacte ( lungime și diametru). Cilindrul este prevăzut cu două capace detașabile / atașabile. Cilindrul și capacile au ștanțate un număr pentru a nu se schimba între ele în timpul lucrului [2].

Pentru ridicarea probelor se deșurubează partea tronconică a cilindrului metalic și se introduce în interiorul sondei cilindrul de alamă fără capace. Se înșurubează la loc partea tronconică și se introduce sonda în sol cu atenție, prin apăsare și răsucire până la semnul de pe cilindrul metalic. Scoaterea probei din sondă trebuie făcută cu multă atenție pentru a evita pierderile de sol prelevate, punându-se imediat și capacele cilindrului.

Sonda Nekrasov servește la ridicarea probelor de sol în așezare naturală, necesare unor determinări speciale (greutatea volumetrică a solului sau densitatea aparentă, capacitatea capilară pentru apă etc). Folosirea sondei Nekrasov pentru ridicarea probelor de sol in așezare naturală nemodificată dă bune rezultate în solurile cu compactitate medie. În cazul solurilor prea compacte folosirea ei este incomodă, iar în cel al solurilor afânate proba de sol se comprimă parțial, așa că este necesar să se lucreze cu deosebită atenție pentru a putea avea căt mai precise analiza solului.

Fig. 2. Sonda Nekrasov [2].

Sonda Kacinski – de fapt un cilindru metalic cu diametrul de , înălțimea de și partea inferioară ascuțită. Se introduce în sol prin batere cu un ciocan deasupra unei plăcuțe de lemn. Se pot atașa două capace care se fixează cu manșon de cauciuc, pentru transportul la laborator.

Sonda Erdbohrstock (fig.3) – sonda este concepută dintr-un oțel solid, cu diametrul între 20-60 mm lungime Slot, poate ajunge până la . La capăt este prevăzută cu un mâner și zona unde poate fi lovită de un ciocan pentru a putea fi introdusă în sol. Se pot aplica mai multe tipuri de prelevatoare prin înșurubarea pe tija de existență, probele pot fi luate până la adancimea de . Sonda Erbdohrstock este potrivită pentru solurile medii. Greutate sondei este de [23].

Fig. 3. Sonda Erbdohrstock [23].

Sonda Sol Sampler (fig. 4). – sonda sol sampler este concepută dintr-un oțel solid cu lungimea de , cu diametrul de și cu lungimea caneluri de , cu suport pentru picior pentru a fi ușor de introdus în sol; la capăt este prevăzut cu un maner [23].

Fig.4. Sonda Sol Sampler [23].

Sonda Pagani TG30-20 (fig. 6). este soluția pentru cererea în continuă creștere de utilaje rapide și ușor de folosit. TG30-20 se distinge prin randamentul ridicat al energiei transmise de ciocan prelevatorului. Garantează verticalitatea perfectă a prelevatorului în timpul testelor și permite extragerea completă prelevtorului. TG30-20 este propulsat de o tracțiune 4×4 hidraulică, rezultând astfel o manevrabilitate ridicată chiar și pe teren accidentat.

TG30 -20 dispune de un ciocan hidraulic cu greutatea de , care va fi folosit la introducerea sondei lungi de cu diametrul de 20-, până la o adancime de [21].

Poate fi amplasat chiar și pe pante foarte abrupte datorită celor trei stabilizatoare, sistemul hidraulic inovativ permite inclinarea continuă a mast-ului pentru a menține verticalitatea perfectă a acestuia.

Este un utilaj ușor de controlat și poate fi utilizat doar de un singur operator. Dimensiunile reduse ale utilajului permit transportarea acestuia pe vehicule care pot fi

conduse cu permis de conducere categoria “B”.

TG30-20 permite utilizarea următoarelor:

– pentru prelevarea probelor de sol de mare adâncime nemodificată, garantând o capacitate mai bună de interpretare a datelor .

Fig. 5. Model de prelevare pentru modelele TG30-20 si TG 63-150 [21].

Fig.6. Prelevatorul Pagani TG 30-20 [21].

Sonda Pagani TG63-150 (fig.7). permite prelevarea de probe tulburate sau parțial tulburate, care asigură o mai bună interpretare a stratigrafiei.

În ceea ce privește testele statice, dinamice sau ambele, în funcție de terenurile preponderent testate, penetrometrul poate fi echipat cu diferite sisteme de percuție, foarte greu, greu sau mediu.

TG63-150 se distinge printr-un randament energetic ridicat, energia transmisă de ciocan prăjinilor este de circa 78%. TG63-150 are un ciocan hidraulic cu greutatea de , care va fi folosit la introducerea sondei lungi de , cu diametrul de 20-, până la o adâncime de 150 m.

Este garantată verticalitatea perfectă în timpul introducerii prăjinilor și a tuburilor de

protecție.

Reduce timpul d timpul de execuție al testelor, permițând introducerea simultană a prăjinilor și a

tuburilor de protecție, este posibilă extragerea întregii prăjini.

Prezintă un sistem de ancoraj solid cu două snec-uri extensibile atașate la mast, care

permite reducerea drastică a timpului de poziționare/ancorare a utilajului și a forțelor

negative transmise șasiului.

Penetrometrul seriei TG63 este autopropulsat, realizat pe șasiu senilat cu tracțiune

hidraulică oferind mobilitate maximă chiar și pe terenuri accidentate. Poate fi poziționat ușor chiar și pe terenuri înclinate și foarte inclinate, datorită celor trei stabilizatoare hidraulice și a mast-ului cu înclinație reglabilă, reglaj care asigură poziționarea perfect verticală a acestuia. Penetrometrul TG63-150 este un utilaj foarte flexibil si poate fi operat de o singură persoană.

Testele penetrometrice statice pot fi efectuate cu vârful mecanic (Begemann) cu achiziție manuală sau automată sau folosind diferite vârfuri precum piezoconul sau piezoconul seismic, care asigură o interpretare stratigrafică mai precisă și permite determinarea profilului vitezei de propagare a undelor de forfecare .

Modul static / dinamic permite obținerea de informații de-a lungul liniilor verticale costituite din soluri cu caracteristici mecanice diverse (de la soluri foarte moi până la soluri foarte dure). Traversarea straturilor foarte dure este posibilă datorită unui cap rotativ care permite execuția de preforaje [21].

Fig.7. Prelevatorul Pagani Tg63-150 [21].

1.3. Recoltarea de probe de sol distructibile

Recoltarea probelor de sol distructibile au la bază cantitatea de sol ridicată cu aceste sonde prelevatoare folosirea este limitată de faptul că proba ridicată își pierde așezarea naturală.

Sonda-tub (fig. 8). Este alcătuită din două părți principale: sonda propriu-zisă și ciocanul. Sonda propriu-zisă este formată dintr-un tub de oțel lung de 1,5 – , gradat din 10 în . Diametrul interior al tubului este de și se micșorează puțin la capătul inferior, pentru a comprima solul la un diametru mai mic ca al sondei și pentru a permite scoaterea probei din tub. Pentru a ușura scoaterea sondei din sol, tubul este prevăzut la capătul inferior cu o umflătură alungită, astfel că diametrul sondajului va fi ceva mai mare decât diametrul exterior al sondei și în acest fel aderența va fi mai mica.

Partea superioară a sondei este prevăzută cu două urechi, cu ajutorul cărora se fixează ciocanul de sondă. Pentru a ușura scoaterea sondei și pentru a aprecia cât mai exact adâncimea, sonda trebuie introdusă în sol perfect vertical.

Pentru introducerea sondei în sol se folosește ciocanul acesteia. Se introduce bara mai lungă a ciocanului în interiorul tubului și apucându-se de barele mai scurte, se ridică și se coboară cu putere, lovindu-se în capătul tubului. Trebuie avut grijă să nu cadă pământ pe langă sondă pentru că, în acest caz, se înfundă și se scoate greu. Sonda se introduce în sol pe adâncimi mici (10-), pentru a se evita o comprimare prea mare a solului și înfundarea sondei. Se răsuceste puțin sonda pentru a rupe continuitatea coloanei de sol și apoi se trage afară cu mâna, cu ajutorul ciocanului sau cu o pârghie. Pentru scoaterea solului din sondă, aceasta se întoarce cu capătul superior în jos deasupra unei bucăți de pânză sau de hârtie și se bate ușor cu un lemn în tub [2].

Probele ridicate cu ajutorul sondei-tub pot fi folosite numai la analizele care nu cer o cantitate prea mare de sol (determinarea umidității, a texturii etc).

Folosirea sondei-tub este limitată și de faptul că solul astfel ridicat își pierde așezarea naturală.

Cu aceste sonde se lucrează bine pe soluri mijlocii, reavene, care nu conțin pietriș.

Fig. 8. Sonda tub:

a-ciocanul; b-sonda propriu-zisa [4].

Sonda-baston (fig. 9). Este denumită astfel datorită formei sale. Se deosebesc mai multe tipuri de sonde-baston. La noi sunt cunoscute mai mult sonda Cluj și sonda-baston adaptată pentru cercetările agrochimice. Sonda agrochimică este formată dintr-o tijă metalică cu mâner care are partea inferioară mai ingroșată și prevazută în lungul ei cu un șanț. Capătul inferior al sondei se termină printr-un vârf ascuțit, care permite să fie introdusă ușor în sol. Pentru apăsare sonda este prevăzută cu un suport lateral deasupra părții active.

Sonda se introduce vertical în sol, prin apăsarea concomitentă pe mâner și pe suportul lateral, în acest fel partea activă a sondei (șanțul) se umple cu sol. Printr-o răsucire ușoară a sondei, solul din șantul sondei se desprinde ușor de restul masei de sol și sonda se scoate afară. Proba respectivă se scoate din sonda cu ajutorul unui cuțit și se colectează într-o cutie sau într-o pungă. Cu ajutorul acestor sonde se pot ridica probe de sol din stratul arat și chiar de la adâncimi mai mari (20-). Se pot folosi cu mai multă ușurintă pe solurile cu textură mijlocie [8].

Fig.9. Sonda baston [4].

Sonda-burghiu (fig. 10). Servește la luarea probelor de la adâncimi mai mari decât pentru sonda-tub. Partea activa a sondei o constituie un burghiul obișnuit, lung de aproximativ 200- și cu un diametru de . Sonda fiind supusă în timpul lucrului la solicitări mari, materialul din care este confecționată trebuie să fie rezistent (otel), de calitate superioară. Burghiul este prelungit cu o tijă metalică lungă de 1 m și gradată din 10 în . La capătul opus, tija prezintă un filet sau alt dispozitiv, care permite atașarea unei alte tije metalice de lungime. Sonda mai are un mâner, cu ajutorul căruia se introduce în sol prin înșurubare.

Pentru ridicarea probelor de sol de la adâncimi mai mari se pot atașa în continuare și alte tije metalice. Sonda se introduce în sol la adâncimi mici (10-), în funcție de sol și adâncimea de la care se ridică proba, pentru a evita blocarea ei. Tot din aceleași motive trebuie avut grijă ca sonda să fie introdusă vertical în sol și să se evite surparea pereților sondajului. Scoaterea sondei din pământ se face cu mâna sau cu ajutorul unei pârghii, proba de sol este reținută între lamele burghiului și se extrage cu ajutorul unui cuțit având grijă ca de fiecare dată, să se curețe bine burghiul. Cantitatea de sol ridicată cu această sondă este mult mai mare decât cu sonda-tub. Folosirea este limitată, ca și la sonda-tub, de faptul că proba ridicată iși pierde așezarea naturală [8].

Fig. 10. Sonda burghiu [23].

Sonda Izmailski modificată (fig. 11). Partea activă a acestei sonde este formată dintr-un cilindru lung de aproximativ și cu diametrul interior de , care se termină cu două prelungiri ascuțite, care permit înaintarea sondei în adâncime. Cilindrul face corp comun cu o tijă metalică la care se pot înșuruba ca și în cazul sondei-burghiu, alte tije metalice de . Folosirea acestei sondei se face în același mod ca și în cazul sondei-burghiu [8].

Fig. 11. Sonda Izmailski modificată [8].

CAPITOLUL 2

PRESE CU ȘURUB

2.1. Caracteristici tehnice si funcționale.

Mecanismele cu șurub și piuliță se utilizează pentru transformarea mișcării de rotație în mișcare de translație sau invers, în condiții de transmitere a unor sarcini (ca transmisii de forță) sau având numai rol cinematic.

Presa cu piuliță fixă sau mobile se utilizează pentru presarea și ambutisare a pieselor, având la bază mecanismul șurub-piuliță.

Șurubul de mișcare se utilizează la deplasarea diferitelor elemente sau organe de mașini, cum ar fi: șuruburile conducătoare ale saniilor mașinilor-unelte, axele principale filetate de la prese, etc [1].

Avantajele mecanismului presei cu șurub piuliță:

– construcție simplă și tehnologia de execuție ușor realizabilă;

– posibilitatea de transmitere a unor sarcini axiale mari utilizând forțe de acționare mici;

– raportul mare de transmitere care duce la viteze mici;

– capacitatea construcției și gabarit redus;

– funcționare lină și fără zgomot;

– posibilitatea de a asigura în mod simplu autofrânarea;

– permite utilizarea materialelor ieftine;

– preț de cost scăzut;

Dezavantajele mecanismului presei cu șurub și piuliță:

– existența unei frecări mari între spirile șurubului și al piuliței care duce la uzura pieselor și un randament scăzut;

– prezența unor puternici concentratori de tensiune în zona filetată, afectează rezistența la oboseală a șurubului;

– lipsa autocentrării;

– necunoașterea exactă a forțelor de strângere;

2.2. Tipuri de prese cu șurub

Presele cu șurub constituie din punct de vedere istoric cea mai veche grupă de utilaje pentru prelucrarea metalelor prin presare. La presele cu șurub energia acumulată de la motorul electric de organele în mișcare, este transformată în lucru mecanic de deformare prin intermediul mecanismului șurub-piuliță.

După natura mișcărilor relative a elementelor cuplei șurub-piuliță în mecanismele

cu acționarea manuală se găsesc următoarele combinații de mișcări [3].

– piulița fixă, șurubul executând o mișcare de rototranslație ( presa cu piulița fixă ).

– șurub fix, piulița executând o mișcare de rototranslație ( acest caz este mai rar întâlnită ).

– șurubul execută o mișcare de rotație, iar piulița o mișcare de translație ( la menghile cu șurub).

– piulița execută o mișcare de rotație iar șurubul o mișcare de translație ( presa cu piulița rotitoare, cricul cu piulița rotitoare ).

– combinate: piulița fixă, șurubul secundar executând o rototranslație, iar șurubul principal o mișcare de translație ( cricul telescopic cu dublă acțiune ).

– piulița executând o mișcare de translație iar șurubul o mișcare de rotație ( mecanismul manual de găurire ).

a. Prese cu șurub acționate mecanic:
– prese cu șurub prin fricțiune;
– prese cu șurub cu două discuri;
– prese cu șurub cu trei discuri;
– prese cu șurub cu un disc;
– prese cu șurub fără disc.

Fig.12. Presa cu șurub acționată mecanic [21].

b. Prese cu șurub acționate electric:
– prese cu șurub cu motor cu stator circular;
– prese cu șurub cu mișcare de rotație;
– cu mișcare rectilinie alternativă;
– prese cu șurub cu stator liniar.

Fig.13.Prese cu șurub acționate electric[24].

c. Prese cu șurub acționate hidraulic:
– prese cu șurub cu cilindri;
– prese cu șurub cu motor rotativ;

Fig. 14. Prese cu șurub acționate hidraulic[24].

CAPITOLUL 3

PREZENTAREA STANDULUI DE LABORATOR

3.1. Standul de laborator

Standul de laborator este alcătuit din două părți principale: sonda de prelevare nedistructibila a probelor de sol și bancul de lucru. Sonda prelevatoare este formată dintr-un cilindru lung de (1). La capatul superior al prelevatorului avem un filet Ø 60. Fiind supusă în timpul lucrului la solicitări mari, materialul din care este confecționată sonda trebuie să fie rezistent (oțel). Aceasta intră direct în sol până la adâncimea de , diametrul exterior al sondei fiind de Ø 60 diametrul interior de Ø 58, iar grosimea peretelui prelevatorului este de .

Fig.15. Standul de laborator pentru prelevarea probelor de sol în așezare naturală.

Sonda prelevatoare este prevăzuta la capătul superior cu un filet Ø 60 care se va înfileta pe o flanșă cu filet interior (3) care va fi acționată de un ciocan rotopercutor, pentru a putea introduce sonda prelevatoare in sol, sonda se vabaseza in plan vertical pe sol si se va actiona cu ciocanul rotopercutor pana cand prelevatorul de probe de sol va fi introdus până la adancimea de 400-500 mm.

pentru a ușura extragerea sondei prelevatoare din sol, se aplică pe flanșă un mâner (4).

sonda prelevatoare se va așeza pe standul de laborator după care prin înfiletare pe dispozitivul (8) de prindere se va fixa.

Fig.16. Mecanismul șurub piulița fixă.

pentru scoaterea probei de sol din cilindru se folosește presa cu piuliță fixă, aceasta fiind concepută cu o tijă înfiletată M18 cu o lungime de care la capătul tijei inferioare este prevăzută cu un cilindru tip piston.

la acționarea presei cu șurub si piulița fixă, cilindrul tip piston va intra în prelevatorul de probe care va presa proba de sol până la eliminarea probei nedistructubile.

3.2. Părți componente

Părțile componente ale standului de prelevare a probelor de sol in asezare naturala sunt:

– sonda prelevatoare (1).

– dispozitivul de prindere în ciocan rotopercutor (2).

– flanșa de prindere pe prelevator (3).

– mânerul de extracție al prelevatorului (4).

– bancul de lucru care conține următoarele componente:

– manerul de rotire a șurubului (5).

– tija înfiletată (6).

– piulița fixa (7).

– flanșa de prindere a prelevatorului (8).

– suportul de prindere a pieselor (9).

– suportul de ghidare al prelevatorului (10).

Bancul/suportul de lucru este realizat dintr-un material lemnos tip pal iar toate piesele amplasate pe bancul de lucru sunt prinse cu șuruburi și piulițe de tip M6.

3.3. Modul de funcționare a standului de laborator pentru prelevarea probelor de sol

Standul de laborator tip prelevatorul de probe de sol in așezare naturala este conceput pentru a efectua probe de sol nedestructibile pana la adăncimea de , pentru a fii posibil a studiat /analizat determinarea umidități, a texturi, nitratii, azotul etc.

Modul de funcțonare a prelevatorului de probe de sol este foarte simplista de aceea este nevoie de un singura persoană care să poată să il acționeze.

– se alege locul pentru a putea incepe prelevara probelor de sol.

– în capătul sondei prelevatoare se va monta o flanșa prin înfiletare care va fi acționata de un ciocan rotopercutor.

Elemente din fig.17.

(1) – sonda prelevatoare.

(3) – flanșa de prindere pe sonda prelevatoare.

Fig.17. Montarea falanșei pe sonda prelevatoare.

pentru a putea fi introdus prelevatorul in sol vom folosi un ciocan rotopercutor.

sonda prelevatoare se va așeza in plan verical pe sol și se va începe procedeul de

prelevare prin percuție.

prelevatorul va fi introdus in sol păna la adăncimea de 450 – .

Elemente din fig.18.

(11) – ciocan rotopercutor.

(1) – așezarea sondei prelevatoare in plan vertical.

Fig.18. Inceperea prelevari probei de sol.

– la scoaterea prelevatorului vom folosi un măner atașabil/detașabil care va fi montat pe flanșa prelevatorului.

– pentru a putea fi prins manerului atașabil/detașabil pe flanșa prelevatoare se va folosi 2 șuruburi M8.

Elemente din fig.19.

(1) – sonda prelevatoare introdusa in sol

(4) – mânerul de extracție al sondei prelevatoare.

Fig.19. Extragerea sondei prelevatoare.

– dupa scoaterea sondei prelevatoare din sol se va desfileta flansa de pe sonda prelevatoare.

– pe standul de laborator sonda prelevatoare se va monta prin înfiletare pe flanșa aflată pe suportul de susținere a sondei.

Fig.20. Pregatirea sondei prelevatorului pentru montarea pe stand.

– prin mecanismul presa cu șurub se va incepe scoaterea probei de sol din sonda prelevator prin presarea a probei de sol nedestructibile păna la eliminarea definitiva din sonda prelevatoare.

Fig.21. Tipuri de faza in timpul eliminari probei de sol din prelevator.

CAPITOLUL 4

CALCULUL ORGANOLOGIC

4.1. Metode de prelucrare a filetului

Filetul este o nervură elicoidală pe o suprafață de rotație, cilindrică sau conică, când se execută pe o suprafață exterioară se numește filet exterior, iar când se execută pe o suprafață interioară se numește filet interior.

Filetul are o mare aplicare în executarea unor elemente de asamblare (șuruburi, piulițe etc.) sau a altor piese din construcția de mașini, fiind unul din mijloacele cele mai utilizate pentru realizarea asamblărilor demontabile.

În principal, metodele de prelucrare prin așchiere a filetelor sunt determinate de tipul mașinii unelte pe care se face prelucrarea [9].

Astfel se cunosc metode de filetare prin: strunjire, frezare, rectificare.

Metodele de filetare pe strung sunt caracterizate prin sculele așchietoare folosite la executarea filetului; aceste scule sunt [14]:

– filiere (pentru filetarea arborilor);

– tarozii (pentru filetarea alezajelor);

– cuțitele (pentru filetarea arborilor și alezajelor).

Metodele de filetare cu filieră sau cu tarodul sunt folosite pe scară largă deoarece sculele u1tilizate sunt simple și ieftine, iar exploatarea mai ușoară, însă sunt puțin precise.

Metodele de filetare cu cuțite sunt mai productive și mai precise, însă ceva mai costisitoare.

Metodele de executare a filetului prin frezare sunt de multe ori preferate filetării pe strung sau pe alte mașini, datorită productivității ridicate, dar precizia filetului realizat este mai redusă decât aceea a filetului executat pe strung.

Metodele de filetare prin rectificare sunt foarte precise, costisitoare și foarte puțin productive, dar pentru anumite piese de mare precizie nu pot fi înlocuite cu nici o metodă.

Tehnologia de execuție a filetelor este foarte variată depinând în primul rând de rolul funcțional al filetului apoi de precizia necesară și posibilitățile tehnologice existente.

Elementele principale care determină calitatea unui filet de mișcare sunt:

– precizia pasului filetului;

– grosimea spirei pe diametrul mediu;

– precizia de formă a profilului;

– calitatea suprafețelor flancurilor.

4.2. Tipuri de filete utilizate la șuruburile de mișcare

Pentru șuruburile de mișcare se utilizează în exclusivitate filetul cilindric cu profil pătrat, trapezoidal, fierăstrău și rotund executate cu pas normal, fin sau mare.

Pasul fin și normal asigură condiția de autofrânare. Pasul fin micșorează deplasările axiale la o rotație completă. Filetele cu pas fin au un randament mai scăzut. Randamentul șuruburilor de mișcare crește la cele care se execută cu pas mare sau cu mai multe începuturi, creșterea fiind determinată și de alegerea corectă a cuplului de materiale, de precizia de execuție și de calitatea suprafețelor în contact [9].

După rolul funcțional asamblările filetate pot fi:

– de fixare, cu sau fără strângere inițială, formând grupa cea mai utilizată de asamblări filetate (fig.22);

Fig.22. Asamblări filetate [18].

– de reglare, servind pentru fixarea poziției relative a două piese (fig.23);

Fig. 23. Asamblări reglabile [20].

– de mișcare, transformând mișcarea de rotație, imprimată obișnuit șurubului, în mișcare de translație pentru șurub sau piuliță (fig.24).

Fig. 24. Asamblări de mișcare [20].

Asamblările prin filet au răspândire foarte largă în construcția de mașini ( peste 60 % din piesele componente ale unei mașini au filet). Această utilizare largă este justificată de următoarele avantaje: permit montarea și demontarea ușoară a elementelor asamblate; realizează forțe axiale mari de strângere, folosind forțe tangențiale de acționare mici; au o tehnologie simplă de execuție, deoarece sunt elemente de rotație sau plane.

Dezavantajele acestor îmbinări sunt: filetul este un puternic concentrator de tensiune, mai puțin rezistent la solicitări variabile; asamblarea necesită elemente de împiedicare a autodesfacerii; randament scăzut; sunt mai scumpe ca asamblările nedemontabile.

Filetul pătrat (fig.25), are unghiul de profil egal cu zero și realizează randamentul maxim în comparație cu celelalte profile. Filetul pătrat are utilizarea limită datorită apariției jocului axial ca urmare a uzării flancurilor. Filetul pătrat este recomandat pentru transmiterea sarcinilor relativ mici care lucrează într-un singur sens, fără scuri și vibrații în situațiile în care se cere asigurarea unui randament mare a mecanismelor șurub-piuliță.

Fig. 25. Filet pătrat [9].

Filetul trapezoidal (fig.26), are profilul de forma unui trapez rezultat din teșirea unui unghi isoscel cu unghiul la vârf de și bază egală cu pasul. Flancul filetului are o înclinare de .

În cazul mecanismelor cu șurub și piuliță care transmit sarcini mari în ambele sensuri, direcția forței fiind variabilă, se recomandă utilizarea filetelor trapezoidale.

Fig. 27. Filet trapezoidal [9].

Filetul fierăstrău (fig.28), are profilul asimetric trapezoidal cu unghiul profilului de pe fața activă și de pe fața opusă. Filetul este caracterizat printr-un randament relativ ridicat, fiind recomandat pentru sarcini aplicate într-un singur sens.

Filetul ferăstrău îmbină avantajele filetului trapezoidal:
– are o rezistență și o rigiditate mare a spirei;
– asigură centrarea bună a piuliței față de șurub.

Fig.29. Filet fierăstrău [9].

Filetul rotund (fig.30) este un filet format din arce de cerc, se utilizează la cuplele garniturilor de cale ferată, datorită faptului că prezintă un foarte mic concentrator de tensiuni și că nu se blochează chiar în condiții dificile de mediu: praf, nisip, noroi, umezeala etc. Tot filetul rotund este și filetul Edison ( utilizat la socluri și dulii).

Filetul rotund este caracterizat printr-o foarte ușoară manevrabilitate.

Fig. 31. Filetul rotund [9].

Alegerea profilului filetului pentru șurub se face ținând seama de următoarele criterii:

– caracterul sarcinei transmise ( variabilă ,constantă etc.);

– mărimea sarcinei transmisă (mică, mare);

– direcția și sensul sarcinei transmisă;

– destinația mecanismului și condiții de lucru;

– randamentul supus mecanismului.

În acest sens se pot utiliza recomandările din tabelul cu STAS al filetelor.

Tabelul 1. Tipuri de filete [13].

Piulițele sunt elemente de asamblare care se înșurubează pe piesele filetate (șuruburi, axe filetate, etc.).

După funcția pe care o îndeplinesc, se deosebesc două tipuri de piulițe:

– piulițe de fixare fig.32.

– piulițe de mișcare fig.33.

Fig. 32. Piulițe de fixare [18].

Fig. 33. Piulițe de mișcare [20].

4.3. Alegerea filetului pentru șurub

In cazul mecanismelor șurub cu piulița fixa care transmit sarcini medi si mari in ambele sensuri direcția forței fiind variabila sau cu șoc, se recomanda folosirea filetului trapezoidal [4].

– filetul trapezoidal are profilul de forma unui triunghi isoscel (fig.34), cu unghiul la vârf de β=

– se optează pentru un șurub cu filetul trapezoidal ( STAS 2114/ 75),

– este definit geometric prin: profil, pas, unghiul spirei și dimensiunile profilului generator.

– filetul trapeizoidal asigura o buna centrare intre șurub si piulița

Fig. 34. Filetul trapezoidal [4].

 d, D – diametrul exterior al filetului șurubului (numit si diametru nominal), respectiv piuliței;

 d2, D2 – diametrele medii ale filetelor șurubului si piuliței, aceleași cu diametrul cilindrului pe a cărui generatoare plinul si golul sunt egale;

 d1, D1 – diametrul interior al filetului șurubului, respectiv piuliței;

 p – pasul filetului, adica distanța dintre doua puncte omologe de pe doua spire vecine;

  – unghiul profilului generator al filetului;

  – unghiul de inclinare al spirei filetului corespunzator diametrului inter

a

b

În fig. 35 avem prezentat mecanismul de înfiletare a șurubului pe piuliță [11].

– a. reprezinta șurubul

– b. reprezinta piulița

Gama de dimensiuni nominale pentru filetul trapezoidal in conformitate cu STAS 2234-75 este indicata in tabelul 2.

Tabel 2 Caracteristicile șurubului ales [13].

4.4. Alegerea materialului șurubului si piuliței

Avand in vedere ca la presele manuale viteza relativa dintre flancul șurubului si cel al piuliței este redus, nu se impune durificarea superficiala a flancurilor filetului șurubului. Se poate opta deci pentru oțeluri carbon OL50 .

Ținand seama de cele menționate mai sus, pentru șurub și pentu piulița vom opta pentru oțel carbon OL50 (STAS 500/2-80) [13].

4.4.1. Principalele caracteristice ale otelurilor carbon OL50 sunt:

Solicitari cu concentratori de tensiune:

– rezistența la tracțiune :

– rezistența la încovoiere :

– rezistența la răsucire :

– rezistența la forfecare :

Solicitari fara concentratori de tensiune:

– tracțiune :

– încovoiere :

– răsucire :

– forfecare :

Caracteristicile mecanice:

– rezistența la tracțiune :

– limita de curgere :

– alungirea la rupere : A= 21%

4.4.2. Calculul diametrului mediu al filetului:

Diametrul mediu al filetului se determina cu relația obtinuta din condiția de rezistența a filetului la strivire:

(1)

– unde: Fs este forța axiala [N];

– factorul lungimii filetului piuliței, – 1,6; 2; 5;

– factor dimensional, – 0.5;

qa – rezistența admisibila la strivire ;

Fm – forța care actionează un muncitor.

Fm =350[N]

4.4.3. Verificarea condiției de autofranare:

– condiția de autofranare : α2 < φ

– unde: este unghiul de înclinare al filetului

= unghiul de frecare

(2)

(3)

α2 < φ (4)

– unde: p este pasul filetului

d2 = diametrul mediu al filetului

μ = coeficient de frecare

μ = 0,1 … 0,18

β = unghiul de înclinare a flancului filetului

(5)

(6)

-µµµ (7)

(8)

4.4.4. Ecuația de echilibru a momentelor

(9)

(10)

– unde: a este 120

b=100

(11)

Diametrul mediu al filetului in [mm]:

(12)

– unde:

– diametrul nominal: = 18 [mm];

– pasul: P =4 [mm];

– diametrul interior: d3 = 13,500[mm]

La presele manuale nu se pune condiția autofrănarii. Dimpotriva acționarea lor fiind frecventă se impune alegerea unui numar de începuturi n=2 sau n=3 pentru creșterea randamentului și a productivitații. Cu toate acestea am optat pentru un filet cu 3 începuturi.

4.4.5. Calculul numarului de spire in contact:

Din expresia factorului se deduce numarul de spire z:

(13)

Calculul lungimii filetului surubului:

(14)

– unde: h este cursa maxima in (mm). h = 410 [mm];

m – lungimea filetului piulitei in (mm). m= 28,8 [mm];

p – pasul filetului in (mm). P = 4 [mm];

Raportul de transmitere:

i= (15)

i==12.56

4.4.6. Verificarea șurubului:

– verificarea tijei la solicitari compuse.

– efortul unitar echivalent:

(16)

– unde efortul unitar normal

(17)

Se obtine: (18)

= momentul de frecare dintre spirele filetului piuliței și al șurubului calculat cu relația:

(19)

Se determina tensiunea de torsiune cu relația:

(20)

Verificarea spirelor șurubului:

Pentru a determina dacă spirele șurubului vor rezista in timpul solicitărilor, spirele trebuiesc verificate la urmatoarele tipuri de solicitări :

– strivire:

(21)

– unde: este înalțimea utila;

= 0,5P = 0,5·4 = 2 [mm] pentru filetul ales.

Din calcul se obține:

– incovoiere:

(22)

-unde: ac este jocul la fund;

h – grosimea spirei la bază;

ac = 0,25 [mm], pentru filetul ales si pasul cuprins între 2 si 5 [mm]

h = 0,634

P = 0,634·4 = 2,536 [mm], pentru filetul ales.

Din calcul se obține:

– forfecare: (23)

– obținănd o valoare de

Fig.36 Spirele șurubului. Verificarea [3].

Verificarea șurubului la flambaj:

– unde : A este aria secțiunii transversale prin șurub

Imin = momentul de inertie minim

(24)

(25)

– unde: d este diametrul nominal al filetului

d1= diametrul interior al filetului

Se calculează coeficientul de sveltete si se determina tipul flambajului:

(26)

– se compara cu valorile limita

Daca: – flambajul este plastic

– flambajul este elastic

Deci: – flambajul este plastic

Calculul mecanismului de acționare.

– lungimea manivelei se detreminaă în funcție de momentul de torsiune total care trebuie să fie realizat de către muncitori la acționarea presei.

(27)

k este coeficientul de similtitudine, k=1, n=1

n – numarul de muncitorilor care acționează n=1

– forța cu care acționează un muncitor,

Fig.38. Diagrama de forța și momente asupra spirei șurubului [3].

Calculul piulițelor nestandardizate.

– când se folosesc piulițe nestandardizate sau din alt material decât șurubul, trebuie să se stabilească numărul de spire la piuliță (dimensionarea piuliței).

– se presupune că spirele piuliței se încarcă uniform și asupra unei spire acționează forța P.

– presiunea de contact

P=[N/mm] (28)

P= [N/mm]

De fapt, încărcarea spirei nu este uniformă din cauză că șurubul se alungește sub acțiunea forței F iar piulița se contractă, deci variază pasul. Primele spire în contact cu piesa se încarcă cel mai mult, ajungând ca peste 10 spire acestea să nu mai preia sarcini.

Din acest motiv, piulita va avea maxim 10 spire. Pentru o distribuție mai uniformă a încărcării spirei se adoptă diverse soluții constructive,de exemplu: piulițe sprijinite pe guler, piulițe crestate variabil la fundul spirei.

Fig. 39 Diagrama de forța si momente.

In fig.39 se gasesc urmatoarele elemente.

a – piulița fixa

b – șurubul

c – dispozitivul de prelevare

F- forța de presare

– forța de acționare

L- lungimea manivelei

CAPITOLUL 5

CONCLUZII

Prelevarea probelor de sol nedestructibile au la baza ca fiind o analiza asupra solului întro așezare naturala nemodificată, să nu deranjeze stratificația solului din natură în timpul recoltării (probe în așezare naturală).

Realizarea obiectivelor propuse în cadrul proiectului de licența este de conceperea și realizarea unui stand de laborator pentru prelevarea probeleor de sol nedistructibile în așezare naturala pentru a putea face analiza probelor prelevate de sol.

Pentru a putea efectua prelevarea probelor de sol nedistructibile si distructibile sau conceput mai multe tipuri de prelevatoare (mașini/unelte) de prelevarea probelor de sol cum sunt prezentate in proiectul de licența.

S-a realizat un stand de laborator pentru prelevarea probelor de sol nedistructibile în așezare naturală, sonda prelevatoare este concepută pentru probe de sol nedistructibile până la o adăncime de .

Sonda prelevatorul fiind supus in timpul prelevari la solicitari mari, materialul din care este confectionat sonda prelevatoare trebuie sa fie rezistent (oțel).

Cu mecanismul de presare, presa cu șurb se va putea scoate proba de sol din prelevator de sol prin presare, avănd in vedere foarțele la care sunt supuse șurubul si piulița sau facut calcule pentru verificarea a tijei și a piuliței.

– calculul diametrului mediu al filetului.

– ecuația de echilibru a momentelor.

– calculul numărului de spire in contact.

– verificarea șurubului.

In urma rezultatelor obținute in calculul organologic asupra șurubului și piuliței rezulta că rezista la solicitările de tensiune apărute in momentul presari.

Bibliografie

1. Antal Andrei, Bojan Sorin, Elemente de proiectare pentru mecanismele șurub cu piulță, Inst. Politehnic Cluj-Napoca Facultatea de mecanică 1985, pg.132.

2. Bulant Mihai, Roșca Z., Stasiev G., Analiza chimică a solului, Îndrumări metodice pentru studenții facultății de biologie și agrochimie. Chișinău, USM, 1990, pg.22.

3. Chișua Alexandra, Organe de mașini, Editura Didactică și Pedagogică, București1981, pg.178.

4. Chiușu Alexandra, Moldoveanu Ghe., Julă A., Mecanisme șurub piuliță, Editura Lux Libris, pg.78.

5. Cotețiu Radu, Organe de mașini, Editura ISO, Baia Mare 1999, pg.79.

6. Claudia Manuela, Rișnoveanu Geta , Teodorescu Irina, Ecologie si protecția mediului, Editura Constelații, București, 2001, pg.33.

7. Corneliu Papadopol, Bărnea Matei, Editura Științifică și Enciclopedică, București, 1975.

8. Lupașcu Ghe., Patrichi Mihai, Știința și ecologia solului (Dicționar). , 1998. pg.35.
9. Măteișan Dorian, Elemente de Proiectare din proiectul mecanismele cu șurub si piulița,

Atelierul de multiplicare al institutului Politehnic Cluj Napoca 1985, pg.132.

10. Stanila A., Cartografia solurilor. București, 2001, pg.14.

11. Ursu A., Clasificarea solurilor Republicii Moldova. Chișinău, 1999, pg.54.

12. Ursu A., Raioanele pedaogeografice și particularitățile regionale de utilizare și protejare a solurilor. Chișinău: Tipogr. Acad. De Șt., 2006, pg.41.

13. *** Colecția Standardelor de STAT.

14. *** SR EN ISO 898-1. Caracteristici mecanice ale elementelor de asamblare executate din oțel carbon și oțel aliat. Partea 1. Șuruburi parțial și complet filetate și prezoane de clase de calitate specificate. Filete cu pas normal și filete cu pas fin.

15. *** SR EN ISO 6789:2004. Scule de asamblare pentru șuruburi și piulițe. Scule

dinamometrice manuale. Condiții și metode de încercare pentru verificarea conformității proiectării, conformității calității și procedura de reetalonare.

16. *** SR EN 14399 – 10. Asamblări de înaltă rezistență cu șuruburi pretensionate pentru structure metalice. Partea 10. Sistem HRC. Ansambluri șurub și piuliță cu pretensionare calibrată.

17. *** SR EN 20898-2. Caracteristici mecanice ale elementelor de asamblare. Partea a doua. Piulițe cu sarcini de probă indicate – filete cu pas normal

18. *** http://www.surubelu.ro/produse/piulite/

19. *** http://actionarielectrice.ro/piulita-cu-bile-cu-flansa-16x5mm/421.htm

20. *** http://softeducational.wordpress.com/about/tehnologia-materialelor-asamblari/

21.***https://www.google.ro/search?q=Prese%20cu%20%C8%99urub%20ac%C8%9Bionate%20mecanic%20imagine%20olor&tbm=isch&ei=6em7U-PBLMOJ4gSRrIDQDw

21. *** http://www.justconsulting.ro/

22. *** http://saidelengineering.wordpress.com/

23. *** http://www.tonnie-labs.ro/analize-de-sol/

24. *** http://service-pro.hu/index.php?hirdetes=no&kat=1030&fo=1001