УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СЦЕПЛЕНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ СДВИГА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2007 года по МПК G01N19/02 

Группа изобретений относится к приборам для определения физико-механических свойств сыпучих строительных материалов, а именно сцепления при деформации сдвига.

Взаимодействие ковшовых рабочих органов погрузочных машин со штабелем сыпучего материала характеризуют физико-механические свойства: плотность, коэффициент трения скольжения, размер кусков, сцепление при деформации сдвига и др.

Известно устройство для определения сцепления грунтов [Машины для земляных работ/ А.Н.Зеленин и др. М.: Машиностроение. 1975, 422 с.], по которому объем материала, выполненный в виде прямого цилиндра, подвергают осевому сжатию и поперечному сдвигу силой, изменяющейся от начального до предельного значения, соответствующего разрушению объема материала.

Недостатком известного устройства является то, что оно пригодно только для испытания образцов из глины без твердых включений.

Куски материала, находящиеся в плоскости скольжения, обеспечивают заклинивание при сдвиге подвижной обоймы.

Сущность предлагаемого устройства состоит в том, что оно позволяет регулировать зазор между подвижной и неподвижной обоймами при помощи нового устройства, содержащего кронштейн, закрепленный на поворотной вертикальной штанге, обеспечивающий возможность вертикального перемещения подвижной обоймы.

Сцепление в процессе испытания определяют по формуле

,

где Т - касательная сила при сдвиге материала; А - площадь сечения столба материала.

Поставленная задача в первом варианте выполнения устройства решена за счет того, что в известном устройстве, содержащем неподвижную и подвижную обоймы, загрузочный штамп, механизм сдвига подвижной обоймы, измерительные устройства силы сдвига и деформации, согласно изобретению подвижная обойма закреплена на кронштейне с возможностью поворота относительно вертикальной штанги и расположения с регулируемым зазором над неподвижной обоймой, загрузочный штамп выполнен в виде поршня с грузами и закреплен на втором кронштейне с возможностью поворота относительно вертикальной штанги и свободного вертикального перемещения во втулке, устанавливаемой в подвижной обойме; механизм сдвига подвижной обоймы выполнен в виде силового гидроцилиндра и ручного подкачивающего гидронасоса; измерительные устройства выполнены в виде силового динамометра и индикатора сдвиговых деформаций.

Поставленная задача по второму варианту выполнения устройства решена за счет того, что в известном устройстве, содержащем неподвижную и подвижную обоймы, загрузочный штамп, механизм сдвига подвижной обоймы, измерительные устройства силы сдвига и деформации, согласно изобретению устройство снабжено дополнительно верхней неподвижной обоймой, в которой установлена втулка, подвижная обойма закреплена на кронштейне с возможностью поворота относительно вертикальной штанги и расположения с регулируемыми зазорами между неподвижными обоймами; загрузочный штамп выполнен в виде поршня с грузами с возможностью свободного вертикального перемещения во втулке, механизм сдвига подвижной обоймы выполнен в виде силового гидроцилиндра и ручного подкачивающего гидронасоса, измерительные устройства выполнены в виде силового динамометра и индикатора сдвиговых деформаций.

Группа изобретений поясняется чертежами, где на фиг.1 показана зависимость сцепления С от деформации сдвига Δl.

На фиг.2 показана схема принципа действия устройства для определения сцепления; на фиг.3 показана конструктивная схема устройства - вид спереди по первому варианту выполнения; на фиг.4 - вид сбоку на устройство по стрелке А для первого варианта выполнения; на фиг.5 - вид сверху на устройство по первому варианту выполнения; на фиг.6 показана конструктивная схема устройства - вид спереди по второму варианту выполнения; на фиг.7 показан вид сбоку на устройство по стрелке А для второго варианта выполнения.

Группа изобретений для определения сцепления сыпучих материалов при деформации сдвига содержит неподвижную цилиндрическую обойму 1, над которой установлена подвижная обойма 2. Внутри подвижной обоймы 2 установлена втулка 3 и загрузочный штамп 4. Обойма 1 неподвижно зафиксирована на основании 5 (фиг.3). Подвижная обойма 2 закреплена на кронштейне 6 (фиг.4) с возможностью поворота на вертикальной штанге 7. Загрузочный штамп 4 установлен на втором кронштейне 8 с возможностью поворота на вертикальной штанге 7. На загрузочном штампе 4 закреплен стержень 9, на котором установлены тарированные грузы 10. Подвижная обойма 2 связана через динамометр 11 с силовым гидроцилиндром 12 (фиг.3), закрепленным на стойке 13. Силовой механизм выполнен в виде гидроцилиндра 12 и ручного объемного гидронасоса 14, закрепленного на стойке 15, при этом шток 16 гидронасоса связан с приводной рукояткой 17. Ручной объемный гидронасос 14 соединен с силовым гидроцилиндром 12 при помощи распределителя 18, гидролиний 19 и гидроклапанов 20, 21.

Регулировочные винты 22 закреплены на кронштейне 6 (фиг.4). Измерительные линейки 23 установлены на основании 5. Подвижная обойма 2 связана с индикатором 24 (фиг.3), в рабочую полость силового гидроцилиндра 12 подключен манометр 25. Стандартным элементом гидросистемы является гидробак 26.

По второму варианту выполнения устройство для определения сцепления сыпучих материалов (фиг.6, 7) содержит дополнительно верхнюю неподвижную цилиндрическую обойму 27, которая при помощи винта 28 установлена неподвижно в верхнем основании 29, которое закреплено неподвижно относительно основания 5 на опорах 30.

В верхней неподвижной обойме 27 установлена втулка 3, внутри которой расположен загрузочный поршень 4 с грузами 10.

Сущность работы предлагаемого устройства состоит в том, что объем сыпучего материала в виде прямого цилиндра подвергают осевому сжатию штампом 4 (фиг.2) силой G и поперечному сдвигу силой Т. Благодаря осевому сжатию испытуемого материала и наличию сил трения между кусками материала при нормированном зазоре U между неподвижной и подвижной обоймами высыпание материала из рабочей камеры не происходит.

Выполняя постепенное увеличение силы сдвига, снимают по динамометру значение силы Т, а по индикатору определяют соответствующую деформацию Δl и строят график (фиг.1).

Указанные операции способа могут быть выполнены автоматически с построением графика функции на ЭВМ.

Благодаря применению дополнительной втулки 3 (фиг.2) поршень 4 с грузами находится в плавающем положении, вследствие чего сила G полностью передается на сечение столба материала, а силы бокового трения втулки 3 со стороны материала не передаются на обойму 2 и кронштейн 6.

Устройство по первому варианту выполнения работает следующим образом. При снятом загрузочном штампе 4 производят засыпку материала в неподвижную обойму 1 и устанавливают втулку 3, засыпают материал в подвижную обойму 2, затем устанавливают загрузочный штамп 4 с грузами 10. При помощи винтов 22 и линеек 23 (фиг.4) регулируют зазор между неподвижной 1 и подвижной 2 обоймами.

Для создания сдвигающей силы гидроцилиндром 12 устанавливают золотник распределителя 18 в позицию, показанную на фиг.3. Путем перемещения рукоятки 17 вправо из пунктирного положения, показанного на фиг.3, обеспечивают подачу рабочей жидкости из поршневой полости гидронасоса 14 через клапан 20 и распределитель 18 в штоковую полость силового гидроцилиндра 12, шток которого при этом перемещается вправо, создавая сдвигающую силу Т на динамометре 11 и испытуемом образце. При перемещении рукоятки 17 влево рабочая жидкость засасывается в рабочую полость гидронасоса 14 из гидробака 26. В этот период штоковая полость силового гидроцилиндра 12 заперта и сила, созданная им, сохраняет свою величину. Для последующего увеличения силы сдвига Т повторно перемещают рукоятку 17 ручного гидронасоса вправо, снова рабочую жидкость подают из поршневой полости гидронасоса 14 в штоковую полость силового гидроцилиндра 12.

Такие циклы увеличения сдвигающей силы повторяют до тех пор, когда столб материала разрушится этой силой. Через заданные интервалы увеличения сдвигающей силы снимают показания индикатора, фиксирующего деформацию сдвига и строят графики.

Работа устройства по второму варианту выполнения имеет следующие отличия. Устройство (фиг.6, 7) имеет две неподвижные обоймы: нижнюю 1 и верхнюю 27, между которыми на кронштейне 6 установлена подвижная обойма 2.

Работу устройства по второму варианту выполнения осуществляют следующим образом.

При снятом загрузочном штампе 4 сначала регулируют зазор U (фиг.6) между нижней обоймой 1 и подвижной обоймой 2 при помощи винтов 22.

Затем регулируют зазор U между подвижной обоймой 2 и неподвижной верхней обоймой 27 путем ослабления винта 28 и вертикального перемещения втулки 27.

После установки зазора втулку 27 фиксируют винтом 28. Затем осуществляют засыпку материала в рабочую камеру и устанавливают втулку 3 и штамп 4 с грузами. Опыт производят с разными грузами 10.

Устанавливают загрузочный штамп 4 и грузы 10 и создают сдвигающую силу гидромеханизмом. В последующей части работа устройства по второму варианту выполнения не отличается от работы устройства по первому варианту выполнения, с той лишь разницей, что во втором варианте устройства измеряют удвоенную силу сцепления, так как в этом случае возникают две поверхности сдвига. Касательные напряжения сдвига определяют как отношение силы сцепления Т к удвоенной площади сечения столба материала.

В качестве технического примера реализации устройства можно отметить, что прибор изготовлен. Максимальная сила сдвига Т по динамометру составляет 5000 Н. Подвижная обойма имеет диаметр 103 мм, масса вертикальных грузов, имитирующих собственный вес столба материала штабеля, равна 42 кг. Величина зазора между обоймами регулируется в пределах U=1, ..., 15 мм. Для мелкокускового щебня максимальное сцепление составило С=48 кПа.

В обоих вариантах устройство содержит неподвижную и подвижную обоймы, загрузочный штамп, механизм сдвига подвижной обоймы, измерительные устройства силы сдвига и деформации. Загрузочный штамп выполнен в виде поршня с грузами с возможностью свободного вертикального перемещения. Механизм сдвига подвижной обоймы выполнен в виде силового гидроцилиндра и ручного подкачивающего гидронасоса. Измерительные устройства выполнены в виде силового динамометра и индикатора сдвиговых деформаций. Подвижная обойма закреплена на кронштейне с возможностью поворота относительно вертикальной штанги. В устройстве по первому варианту выполнения загрузочный штамп закреплен на втором кронштейне с возможностью поворота относительно вертикальной штанги. Подвижная обойма выполнена с возможностью расположения с регулируемым зазором над неподвижной обоймой. Устройство по второму варианту дополнительно снабжено верхней неподвижной обоймой, в которой установлена втулка. Подвижная обойма выполнена с возможностью расположения с регулируемыми зазорами между неподвижными обоймами. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для определения сцепления сыпучих материалов при деформации сдвига, содержащее неподвижную и подвижную обоймы, загрузочный штамп, механизм сдвига подвижной обоймы, измерительные устройства силы сдвига и деформации, отличающееся тем, что подвижная обойма закреплена на кронштейне с возможностью поворота относительно вертикальной штанги и расположения с регулируемым зазором над неподвижной обоймой, загрузочный штамп выполнен в виде поршня с грузами и закреплен на втором кронштейне с возможностью поворота относительно вертикальной штанги и свободного вертикального перемещения во втулке, устанавливаемой в подвижной обойме, механизм сдвига подвижной обоймы выполнен в виде силового гидроцилиндра и ручного подкачивающего гидронасоса, измерительные устройства выполнены в виде силового динамометра и индикатора сдвиговых деформаций.2. Устройство для определения сцепления сыпучих материалов при деформации сдвига, содержащее неподвижную и подвижную обоймы, загрузочный штамп, механизм сдвига подвижной обоймы, измерительные устройства силы сдвига и деформации, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительно верхней неподвижной обоймой, в которой установлена втулка, подвижная обойма закреплена на кронштейне с возможностью поворота относительно вертикальной штанги и расположения с регулируемыми зазорами между неподвижными обоймами, загрузочный штамп выполнен в виде поршня с грузами с возможностью свободного вертикального перемещения во втулке, механизм сдвига подвижной обоймы выполнен в виде силового гидроцилиндра и ручного подкачивающего гидронасоса, измерительные устройства выполнены в виде силового динамометра и индикатора сдвиговых деформаций.