Установка для исследования образцов при плоском деформировании Советский патент 1986 года по МПК G01N3/08 E21C39/00 

двух шестерен (Ш) 9. Винтовые тяги (ВТ) 2 и 3 связаны с корпусом 1 и взаимодействуют с захватами 11 через знергонакопитель (ЭН). Каждая ВТ имеет стопор 6, посредством которого она связана с Ш 4, навернутыми на нее, Ш 9 поочередно входят в зацепление с Ш , создавая нагрузку на образец, которую регистрирует динамометр 20. ЭН со держит расположенные по окружности чередующиеся червячные колеса 16. и винты 12-15,

I

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для испытания образцов горных пород, связных грунтов, строительных материалов и других твердых тел при плоском напряженном состоянии. Установка отно- сится к устройствам для изучения энергообмен ных процессов при передаче энергии от нагружающей системы к испытуемому образцу.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет исследования энергообмена при разрушении образца.

На чертеже изображена установка для исследования образцов при плоском деформировании.

Установка содержит корпус 1 с винтовыми тягами 2 и 3, расноложенными в двух взаимно перпендикулярных направлениях. На наруж ной поверхности тяг 2 и 3 выполнена резьба, на которую навернуты шестерни 4 и 5, неподвижные в осевом направления и связанные с тягами стопорами 6 для избирательной блокировки, выполненными, например, в виде ишонки, размещенной в шпоночной канавке тягах 2 и 3. Стопор 6, оставаясь в шпоночной канавке, может блокировать тягу с .кор- пусом 1. Привод устройства состоит из двигателя 7, редуктора 8 и двух шестерен 9, установленных на общем валу 10 и закрепленных так, что привод может поворачиваться относительно корпуса 1, а шестерни 9 могут вза имодействовать либо с шестернями 4, либо с шестернями 5, либо находиться в- нейтральном положении, показанном на чертеже. Тяги 2 и 3 взаимодействуют с захватами 11 через энергонакопитель, выполие1шый в виде четырех червячных винтов 12-15 и четырех червячных колес 16, одно из которых соединено со стопором 17. Червячные винты 12-15 со- осны тягам 2 и 3 и соединены с ними вилками 18, обеспе швающими вращение винтов и ; их осевое перемещение. Одна пара соосных

которые соосиы ВТ 2, 3 и соединены с ними вилками 18 Bpamefm.q и осевого iiepeMeuieHHfl. Винты 12, 14 соединены с ВТ 2 через аккумуляторную пружину 19. Колесо 16 соединено со стопором 17, блокирующим все колеса от вращения и все винты от осевого перемещения. ЭН регулирует количество накопленной энергии и передает е образцу по двум и более осям на любой стадии его деформирования до его разрущения, I ил. I

винтов 12 и 14 соединена с соответствующими тягами 2 аккумуляторами энергии в виде прзокин 19. Пружины 19 могут быть размещены между любыми винтами-и тягами, количество их определяет объем энергонакопителя наряду с характеристиками сжимаемости пружин. Между захватами 11 и вилками 12- 15 размещены динамометры 20 с шаровыми опорами (не показаны), обеспечивающими передачу усилий на испытуемый образец при вращении и осевом перемещении винтов и регистрацию усилий на образце 21. Блокировка тяг с корпусом стопором 6 реализуется через крышки 22, служащие также для предотвращения осевого смещения шестерен 4 и 5.

Установка работает следующим образом.

Стопором 17 блокируют вращение колеса 16. Шестерни 9 вводят в зацепление с щестер- нями 4. Стопоры 6 размещены между тягами 2 и крышками 22, при этом тяги 2 сохраняют способность только к осевому перемещению. Испытуемый образец 21 устанавливают в захватах 11. Включают двигатель 7 и через редуктор 8, вал 10 и шестерни 9 вращают щестерни 4, перемещая тем самым тяги 2 в осевом направлении. Винты 12 и 14 при этом неподвижны, происходит деформирование аккумуляторных пружин 19. При достижении заданных деформаций пружин 19, соответствующих требуемой запасенной энергии, шестерни 9 выводят из контакта с шестернями 4, стопоры 6 на всех тягах размещают между шестернями и и тягами, что обеспечивает совместное вращение шестерен и тяг. Дальнейший порядок работы определяется задачей испытаний или путем деформирования образца, в соответствии с которой шестерни 9 подводятся поочередно к шестерням 4 или 5 к вращают их в требуемом направле ши. Враше1гае шестерен 4 или 5 через тйги 2 или 3 И вилки 18 передается на винты 12, И или 13, 15. Вращение винтов

3

относительно застопоренных колес 16 приводит к смещению винтов в осевом направлени и деформированию образца 21 через захваты 11 и динамометры 20 по продольной шш поперечной осям. Изменение знака деформации образца осуществляется изменением наррав- ления вращения вала 10 с помощью редуктора 8. При достижении заданных деформаций образца 21 вал 10 приводят в нейтральное положение, показанное на чертеже, и стопор 17 выводят из контакта с колесом 16. В момент разблокирования колеса винты 12 и 14 под действием деформированных пружин- аккумуляторов приходят в движение и через колеса 16 приводят в движение винты 13 и 15, ifTO вызывает окончательное разруишние образца энергией, накопле шой в энергонакопителе. При разрушении образца фиксируется потребленная им энергия, пошедщая на дробление, разлет и пластическое деформирование осколков, на тепловую работу и другие-виды энергии, в результате чего получают уравнение баланса запасенной, потребленной и избыточной энергий. Затем опыты повторяют при других величинах и знаке запасенной энергии, знаках и величинах деформаций, путях нагру- жения. Результатом исследования является полное исследование энергопередачи от нагружающей системы к образцу при плоском напряженном состоянии. Возможны исследования энергопередачи как при одновременном подводе энергии по двум осям, так и при подводе энергии с запаздыванием по одному иэ направлений, как это бывает в реальной обстановке. Для осуществления второго вида нагружения необходимое запаздывание по одному или нескольким направлениям деформирования создается зазорбм между динамометром 20 vi винтом, расположенным на этой оси путем обратного вращения винтов и тяг после деформирования образца по этому направлению. Зазор создает необходимую задержку во времени с момента начала движения всех винтов до момента соприкосновения винтов на этой оси со своими динамометрами.

Если деформация образца сопоставима с деформацией пружин при накоплении энергии то операцию накопления энергии проводят после деформирования образца, чтобы смещение

Редактор С. Патрушева .Заказ 1703/44

Составитель В. Петро Техред Г. Гербер

Тираж 778 ВНИИПИ Государственного комитета CCXJP

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ПГШ Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5

23080.

винтов при деформировании образца не повлияло на величину запасенной энергии. Возможен и многократный подвод энергии к одному образцу, если запас ее меньще необходимого для г разрушения.

В предлагаемом варианте корпус установки имеет круглую форму и размещается на поворотной оси так, чтобы обеспечить поочеред- ное зацепление щестерен привода с шестернями Q тяг. Если установка имеет несколько приво- дов, каждый из которых обслуживает отдельную ось деформирования, то деформирование образца может происходить одновременно по всем осям или поочередно.

Схемы установок для более чем двухосного деформирования в одной плоскости отличается от приведенной только количеством пар колес и винтов и связанных с ншлн тяг.

Расширение функциональных возможностей

установки особенно важно для исследования горных пород, поскольку в горной геомеханике разрушение обнажений выработок происходит в сложных условиях энергообмена при плоском деформировании обнажения.

Формула изобретвння Установка для исследования образцов пуя плоском деформировании, содержащая корпус, захваты для крепления образца, установленные в корпусе, нагружающее устройство, вы полненное в виде прнвода и, связанных с ним винтовых тяг с шестернями, а захваты связаны с винтовыми тягами, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет исспедо5 вания энергообмена при разрушении образца, она снабжена аккумулятором энергии, стопорами и энергонакопителем, выполненным в виде расположенных по окружности и кинематически связанных чередующихся червячных

0 колес и винтов, последние расположены соос- но тягами и соединены с ними вилками вращения и осевого перемещения, по крайней мере один из винтов соединен с тягой через.. аккумулятор энергии в виде силовой пруж: 5 ны, при этом один нз стопоров соединен с червячным колесом, а другие установлены на тягах для избирательной блокировки их с шестерней шш с кс пусом.

Составитель В. Петрова Техред Г. Гербер

Корректор С. Шекмар

Подписное