РЕПЕР Российский патент 2007 года по МПК G01C15/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для определения смещений горных пород и земной поверхности, элементов строительных конструкций и инженерных сооружений. Возможно применение изобретения в горной промышленности для диагностики состояния приконтурного массива и анкерной крепи.

Уровень техники

Известен репер для исследования деформаций горных пород (см. авторское свидетельство на изобретение № 371432, МПК: G01С 15/04, опубл. 22.11.73 г., бюл. № 12), содержащий устанавливаемый в скважину разрезной цилиндр, внутри которого расположен распорный винт, и втулку для крепления установочной штанги. Конструкция репера, в том числе исполнение распорного механизма, позволяют многократно использовать его в работе как с гибкими, так и с жесткими измерительными тягами. Однако устройство имеет ряд недостатков, таких как сложность конструкции, малое усилие распора и неудобство эксплуатации.

Известно устройство для определения деформаций горных пород (см. авторское свидетельство на изобретение № 538227, МПК G01С 15/04, опубл. 05.12.76 г., бюл. № 45), содержащее полый корпус, штангу и распорно-фиксирующий механизм, выполненный в виде червячного полуколеса, установленного с возможностью разворота посредством червяка, размещенного на штанге, что позволяет значительно увеличить усилие распора. Однако устройство также характеризуется громоздкостью конструкции, сложностью монтажа в скважине и ненадежностью фиксации в случаях значительных горизонтальных смещений породы.

Наиболее конструктивно близким аналогом является пружинный репер, используемый в индикаторе перемещения слоев (см. патент на изобретение GB 2253707, МПК E21D 21/02, опубл. 16.09.1992 г.). Репер выполнен в виде витой цилиндрической пружины, концевые участки которой - ветви отогнуты под острым углом к стенкам скважины и служат для фиксации репера в контролируемой зоне. Пружина обеспечивает распор ветвей, необходимый для фиксации, а ее витки предназначены для крепления гибкой подвески. Конструкция репера предельно простая и технологичная, однако она не позволят работать с жесткими измерительными тягами без введения дополнительных элементов или узлов крепления, особенно в случаях установки нескольких реперов в одной скважине.

Раскрытие изобретения

Заявляемым изобретением решается задача расширения возможностей репера, а именно обеспечения возможности применения репера для работы с жесткими измерительными тягами, при сохранении его простоты и высокой технологичности.

Поставленная задача решена за счет того, что в репере, состоящем из пружины с ветвями, концы которых предназначены для фиксации репера в контролируемой зоне, и со средством связи с тягой, передающей движение репера, согласно заявляемому изобретению средство связи выполнено на одной из ветвей в виде дополнительной пружины с элементами, зажимающими пропущенную через них тягу.

Вышеприведенная совокупность существенных признаков позволяет получить новый технический результат, а именно обеспечить надежное и простое соединение репера с измерительной тягой в виде стержня ненормированного диаметра без каких-либо специальных крепежных узлов и приспособлений посредством только выполнения формы репера. Пружина обеспечивает возможность упругой подвижности своих составных частей и их элементов. Под действием прилагаемой нагрузки части (элементы) пружины, а также элементы, выполненные на упомянутых частях, смещаются относительно друг друга с образованием пространства для прохождения тяги, а после снятия прилагаемой нагрузки части (элементы) пружины под действием сил упругости возвращаются в исходное положение, перекрывая пространство, в котором размещена тяга, зажимая (защемляя) тягу между собой с усилием, пропорциональным силам упругости.

Размещение дополнительной пружины на одной из ветвей репера позволяет расположить тягу продольно в пространстве скважины и тем самым обеспечить возможность работы с жесткими измерительными тягами.

Упругость перемещения элементов пружины позволяет также исключить строгую зависимость размеров дополнительной пружины от диаметра измерительной тяги. Отсутствие точных фиксированных размеров и соотношений взаимного расположения элементов крепления и тяги позволяет использовать репер для работы с измерительной тягой в виде стержня ненормированного диаметра, что значительно облегчает изготовление, монтаж соединения и эксплуатацию устройства в целом.

Таким образом, основная пружина репера обеспечивает упругую подвижность ветвей репера, необходимую для установки и фиксации репера в контролируемой зоне, а дополнительная пружина обеспечивает возможность крепления тяги, передающей движение репера, причем это крепление мобильное, простое и в то же время надежное, что обеспечивается коэффициентом упругости дополнительной пружины, выбираемым в зависимости от реальных технических условий и поставленных задач.

Заявляемая конструкция репера позволяет закрепить на одной тяге несколько реперов, что позволяет повысить надежность удержания тяги в контролируемой зоне (слое), имеющей обычно большую толщину, а также разместить в скважине несколько пар «тяга-репер» для одновременного контроля нескольких слоев массива и при этом обеспечивается независимое расположение и работа тяг, передающих движение репера, в пространстве скважины. На основании вышеизложенного и исходя из анализа известного уровня техники можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

В конкретном случае реализации устройства репер выполнен V-образным из пружинной проволоки, при этом дополнительная пружина выполнена в виде участка этой проволоки, свитого в цилиндрическую пружину, а зажимающие тягу элементы - в виде витков упомянутой цилиндрической пружины, смещенных относительно друг друга, например, посредством изгиба оси навивки цилиндрической пружины.

Для прохождения тяги витки смещают посредством приложения усилия/нагрузки, выравнивая их по прямой оси. Пропускают в образованное выровненными кольцевыми витками цилиндрообразное пространство тягу. После снятия усилия/нагрузки силы упругости, возникшие в смещенных витках, возвращают последние в исходное положение, при этом тяга оказывается зажатой между ними.

Предпочтительно, чтобы искривление оси навивки цилиндрической пружины или, другими словами, выпуклость изгиба, было направлено в сторону, противоположную оси пружины репера, что позволит при сжатии основной пружины репера увеличить усилие зажима тяги. В противном случае усилие зажима будет ослабляться, что может привести к «выпадению» тяги.

Витки цилиндрической пружины могут быть смещены с образованием нескольких групп кольцевых витков, оси которых разнесены относительно друг друга.

Группы кольцевых витков могут быть соединены друг с другом посредством прямолинейных участков.

Основная пружина репера может быть выполнена с, по меньшей мере, одним кольцевым витком, что способствует повышению ее жесткости и прочности, повышается коэффициент упругости основной пружины.

В другом конкретном случае реализации репера он может быть выполнен в виде плоской V-образно изогнутой пружины, при этом дополнительная пружина выполнена в виде подобного основной пружине репера изгиба ветви, а зажимающие тягу элементы - в виде сквозных отверстий, разнесенных по разные стороны от средней линии упомянутого изгиба. Упругая подвижность лучей (сторон) дополнительной пружины обеспечивает возможность совмещения отверстий по вертикальной оси для пропускания тела тяги, а силы упругости, возвращающие после снятия нагрузки лучи пружины с выполненными на них сквозными отверстиями в исходное положение, обеспечивают усилие зажима тяги между участками внутренней поверхности сквозных отверстий.

Конструкция репера позволяет производить его установку в скважину аналогично прототипу, т.е. с направлением концов ветвей к отверстию скважины. В этом случае введение репера в скважину осуществляют при помощи штока, который проталкивает репер изгибом его пружины вперед, т.е. вглубь ко дну скважины. При этом ветви пружины репера прижимаются к стенкам скважины и не препятствуют его перемещению. В месте установки (когда шток убран) ветви, разжимаемые основной пружиной репера, упираются в стенки скважины и препятствуют его обратному (по отношению к введению) перемещению.

Концевые участки ветвей служат для закрепления репера в скважине.

С целью повышения надежности закрепления репера в скважине концевые участки ветвей предпочтительно выполнить отогнутыми в плоскости действия пружины репера от ее оси в противоположные стороны, к стенкам скважины, под углом, близким к углу 90 градусов. Целесообразно также заострить отогнутые концы ветвей, чтобы облегчить их вхождение в стенки скважины и улучшить качество закрепления репера.

В этом случае введение репера в скважину осуществляют с направлением концевых участков ветвей основной пружины ко дну скважины, при этом репер должен быть снабжен фиксатором, удерживающим его в сжатом напряженном состоянии. Фиксатор может быть выполнен в виде охватывающего ветви репера кольца. Диаметр упомянутого кольца обеспечивает беспрепятственное прохождение репера в сжатом состоянии в объеме скважины. Другими словами, если в свободном состоянии пружины репера расстояние между крайними концевыми точками ветвей больше диаметра скважины, то при охвате пружины фиксатором упомянутое расстояние меньше диаметра скважины.

С целью обеспечения возможности быстрого монтажа репера внутри скважины кольцо-фиксатор может быть снабжено поводком для расфиксации репера, проще - для сдергивания кольца с пружины репера. Поводок выводится за пределы скважины.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 изображен репер с дополнительной пружиной, выполненной в виде витой цилиндрической пружины, общий вид;

На фиг.2 показано закрепление репера на тяге, при этом репер зафиксирован в сжатом (напряженном) состоянии, и установка в скважину, пример размещения на одной тяге нескольких реперов;

На фиг.3 - закрепление репера в скважине, показана возможность размещения в одной скважине нескольких реперов;

На фиг.4 изображен репер с дополнительной пружиной, выполненной в виде плоской изогнутой пружины, общий вид;

На фиг.5 - фрагмент с фиг.4 с разрезом, показана динамика процесса установки и закрепления тяги;

На фиг.6 показан пример исполнения репера с основной пружиной, включающей несколько кольцевых витков, и дополнительной пружиной в виде нескольких смещенных относительно друг друга групп кольцевых витков, связанных между собой прямолинейными участками.

Осуществление изобретения

Пример 1. Репер, изготовленный из металлической пружинной проволоки, состоит (см. фиг.1) из пружины 1 с ветвями 2 и 3 и цилиндрической пружины 4, выполненной на ветви 2. Концы 5 и 6 соответственно ветвей 2 и 3 отогнуты в плоскости действия пружины 1 от ее оси в противоположные стороны под углом 90 градусов, заострены и предназначены для фиксации репера в контролируемой зоне. Причем расстояние между крайними точками концов 5 и 6 ветвей при свободном состоянии пружины 1 репера больше диаметра скважины, в которую будет устанавливаться репер, а при напряженном состоянии пружины 1 меньше этого диаметра.

Подготовку репера к установке в скважину осуществляют следующим образом. На измерительную тягу 7 (см фиг.2), выполненную в виде цилиндрического стержня из закаленного стеклопластика, надевают репер. Указанный материал, выбранный для изготовления тяги, обладает при очень маленьком диаметре достаточной жесткостью, позволяющей выдерживать приложение большой нагрузки и вместе с тем упругостью, позволяющей одновременно независимо разместить в одной скважине несколько реперов. Тягу 7 заводят снизу цилиндрической пружины 4, продвигая через витки в направлении конца ветви 2. За счет приложения усилия витки пружины 4 выравниваются по вертикальной оси, пропуская тягу 7, а после снятия прилагаемой силы за счет сил упругости витки пружины 4 возвращаются на свое место и крепко зажимают тягу 7 между собой. При этом усилие фиксации является необходимым и достаточным для удержания тяги в процессе работы в контролируемом слое. Усилие фиксации пропорционально коэффициенту упругости пружины 4, выбираемому исходя из конкретных условий. Так, например, для удержания тяги из стеклопластика диаметром 3-4 мм достаточно усилия порядка 1,5 килограмм. Противоположный месту установки репера конец тяги 7 пропускают через фиксирующее кольцо 8 с закрепленным на нем поводком 9. Продвигают кольцо 8 до репера и, пропуская в него сгиб пружины 1, охватывают ветви 2 и 3, сжимая репер.

С целью повышения надежности закрепления тяги 7 в контролируемом слое на ней одновременно может быть размещено аналогичным образом несколько реперов.

Установка устройства в скважину, например в шпур диаметром 30 мм, осуществляется следующим образом.

Подготовленная вышеописанным образом тяга 7 с закрепленным на ней репером 1 (или пучок подготовленных тяг) вводится в скважину 10 до нужной глубины. Каждый репер удерживается фиксирующим кольцом 8 в напряженном (сжатом) состоянии. Диаметр кольца 8 подобран таким образом, что расстояние между крайними концевыми точками 5 и 6 ветвей репера в сжатом состоянии составляет менее 30 мм, что обеспечивает беспрепятственное прохождение репера в объеме скважины 10 на заданную глубину. За свободный конец поводка 9, выведенного за пределы скважины, фиксирующее кольцо 8 сдергивается, освобождая при этом пружину 1 репера. Поводок 9 может связывать одновременно несколько фиксирующих колец с разных реперов. Пружина 1, находившаяся в сжатом (напряженном) состоянии, раскрывается и заостренные концы 5 и 6 ветвей 2 и 3 репера с усилием, пропорциональным коэффициенту упругости пружины 1, «впиваются» в стенки скважины 10. Тяга 7 и с ней измерительные устройства, определяющие положение репера, оказываются закрепленными (см. фиг.3) в скважине 10. Фиксирующее кольцо 8 остается на тяге. При установке в скважину нескольких реперов на разные глубины во время подготовки устройства тяга, связанная с вышеустанавливаемым репером, может быть пропущена, кроме своего кольца 8, еще и через кольцо нижерасположенного репера. В этом случае фиксирующее кольцо будет выполнять также роль направляющей для измерительных тяг вышерасположенных реперов.

Пример 2. Репер (см. фиг.4) выполнен в виде плоской изогнутой пружины 11 сжатия с ветвями 12 и 13 и дополнительной пружины 14, выполненной на ветви 12. Пружина 14 также представляет собой плоскую изогнутую пружину, по разные стороны от линии изгиба которой на равных расстояниях выполнены сквозные отверстия 15, 16. Концы 17 и 18 соответственно ветвей 12 и 13 отогнуты в плоскости действия пружины 11 под углом 90 градусов от ее оси в противоположные стороны и предназначены для фиксации репера в контролируемой зоне.

При установке измерительной тяги осуществляют (см. фиг..5) сжатие пружины 14 до совпадения отверстий 15 и 16 по вертикали, в них пропускается тяга 7. После отпускания пружины 14 ее составляющие части возвращаются в исходное положение, при этом тяга 7 зажимается участками поверхностей отверстий 15 и 16. Остальная подготовка и установка репера в скважину осуществляется аналогично примеру 1.

На фиг.6 представлены частные случаи исполнения основной 1 и дополнительной 4 пружин проволочного репера.

Витки дополнительной пружины 4 смещены относительно друг друга с образованием нескольких групп 17 кольцевых витков, оси которых разнесены в пространстве относительно друг друга, при этом группы 17 витков соединены между собой посредством прямолинейных участков 18. При подготовке устройства группы 17 витков смещают, пропуская тягу через все группы поочередно, при этом ее зажим осуществляется аналогично примеру 1.

Основная пружина 1 репера содержит кольцевые витки 19.

Таким образом, заявляемая конструкция репера обеспечивает надежную фиксацию и удержание стержня измерительной тяги с ненормированным диаметром, а также быстрый монтаж репера внутри скважины диаметром 30-70 мм.

Конструкция репера отличается легкостью изготовления и простотой применения, возможностью его установки на любой глубине, что определяется только длиной соответствующей тяги.

Возможно применение репера также и для работы с гибкими тягами (подвесками). В этих случаях достаточно закрепить гибкую подвеску за изгиб или витки основной пружины репера.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для определения смещений горных пород, элементов строительных конструкций и инженерных сооружений. Возможно использование устройства в горной промышленности для диагностики состояния приконтурного массива и анкерной крепи. Сущность: репер состоит из пружины с ветвями, концы которых предназначены для фиксации репера в контролируемой зоне, и средства связи с тягой, передающей движение репера. Средство связи выполнено на одной из ветвей в виде дополнительной пружины с элементами, зажимающими пропущенную через них тягу. Основная пружина репера обеспечивает упругую подвижность ветвей репера, необходимую для установки и фиксации репера в контролируемой зоне. Дополнительная пружина обеспечивает возможность крепления тяги, передающей движение репера, причем это крепление мобильное, простое и в то же время надежное. Технический результат: отсутствие точных фиксированных размеров и соотношений взаимного расположения элементов крепления и тяги позволяют использовать репер для работы с измерительной тягой в виде стержня ненормированного диаметра. Заявляемая конструкция репера отличается легкостью изготовления и простотой применения, обеспечивает возможность установки и быстрого монтажа устройства внутри скважины на любой ее глубине. 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Репер, состоящий из пружины с ветвями, концы которых предназначены для фиксации репера в контролируемой зоне, и со средством связи с тягой, передающей движение репера, отличающийся тем, что средство связи выполнено на одной из ветвей в виде дополнительной пружины с элементами, зажимающими пропущенную через них тягу.2. Репер по п.1, отличающийся тем, что он выполнен V-образным из пружинной проволоки, дополнительная пружина выполнена в виде участка этой проволоки, свитого в цилиндрическую пружину, а зажимающие тягу элементы - в виде витков упомянутой цилиндрической пружины, смещенных относительно друг друга.3. Репер по п.2, отличающийся тем, что витки смещены посредством изгиба оси навивки цилиндрической пружины.4. Репер по п.3, отличающийся тем, что выпуклость изгиба направлена в сторону, противоположную оси пружины репера.5. Репер по п.2, отличающийся тем, что витки смещены с образованием нескольких групп кольцевых витков, оси которых смещены относительно друг друга.6. Репер по п.5, отличающийся тем, что группы кольцевых витков соединены посредством прямолинейных участков.7. Репер по п.2, отличающийся тем, что основная пружина репера выполнена с по меньшей одним кольцевым витком.8. Репер по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в виде плоской V-образно изогнутой пружины, дополнительная пружина выполнена в виде подобного основной пружине репера изгиба ветви, при этом зажимающие тягу элементы выполнены в виде сквозных отверстий, разнесенных по разные стороны от средней линии упомянутого изгиба.9. Репер по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что концевые участки ветвей отогнуты в плоскости действия пружины репера от ее оси в противоположные стороны под углом, близким к углу 90°.10. Репер по п.9, отличающийся тем, что концевые участки ветвей заострены.11. Репер по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что ветви направлены вверх ко дну скважины, при этом репер снабжен фиксатором, удерживающим его в сжатом напряженном состоянии.12. Репер по п.11, отличающийся тем, что фиксатор выполнен в виде охватывающего ветви репера кольца с диаметром, обеспечивающим беспрепятственное прохождение репера в сжатом состоянии в объеме скважины, при этом кольцо снабжено поводком, выведенным за пределы скважины.