Установка для комбинированных испытаний образцов на прочность Советский патент 1986 года по МПК G01N3/22 E21C39/00 

линдра 11 на захвате 5 создается сопротивление вращению с помощью преобразователя нагрузки за счет силы трения Торца захвата 5 о подшипники. Сопротивлением вращению регулируется величина крутящего момента. Поворот

1

Изобретение относится к устройствам для испытания образцов слоистых материалов, в частности образцов горных пород,, на прочность при, совместном действии осевой-нагрузки и Црутящего момента.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей установки путем чередования режимов испытаний с постоянными и перменными уровнями осевой и крутящей нагрузок.

На фиг. Г показана схема установки для комбинированных испытаний образцов на прочность; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1 .

Установка содержит основание 1, стол 2 с винтовым приводом 3 перемещения, установленный на основании 1, захваты 4 и 5 для образца 6, привод. вращения, состоящий из установленных на столе электродвигателя 7 и редуктора 8, связанного с захватом 4, установленные на основании 1 двигатель 9, гидронасос 10 и гидроцилиндр 11, взаимодействующий с захватом 5 через преобразователь нагрузки, которьш выполнен в виде закрепленной на штоке гидроцилиндра 11 платформы 12 с кольцом 13, установленных на осях 14 зубчатых шестерен 15, к каждой из которых прикреплен рычаг 16 с подшипником 17 на обращенном к центру кольца 13 конце рычага 16, и средства поворота шестерен 15 в виде прикрепленного к одной из шестерен 15 дополнительного рычага 18 с фиксатором 19 положения, бесконечной цепи 20, связывающей все шестерни 15, шкалы 21 положения рычага 18.

Захваты 4 и 5 имеют форму центрирующих втулок, не препятствующих относительному повороту захватов. Установка содержит также средства измерения усилий и деформаций (не показаны

рычагов и соответствующая ориентация осей подшипников относительно радиуса окружности вращения захвата 5 позволяет изменять в ходе испытаний соотношение между осевой и крутяп1ей нагрузками. 2 ил.

Установка работает следующим образом.

Слоистый образец 6 закрепляют- в захватах 4 и 5. Включают двигатель 7

и через редуктор 8 приводят во вращение захваты 4 и 5. Винтовым приводом 3 перемещают стол 2 так, чтобы торец захвата 5 вошел в контакт с поверхностью подшипников 17. В дальнейшем

работа установки зависит от. выбранных режимов испытания.

При проведении длительных испытаний включают двигатель 9 насоса 10 и гидроцилиндром 11 создают осевую

нагрузку на образце 6. Затем рычагом 18 посредством цепной передачи 20 и шестерен 15 поворачивают рычаги 16 в положение, при котором суммарная сила трения качения и трения скольжения

подшипников 17 о поверхность захвата 5 обеспечивает при заданном осевом усилии необходимую величину крутящего момента на образце 6.

При развитии закручивающих дефор.маций ползучести в направлении кручения захват 5 поворачивается относи- тельно захвата 4 на угол, равный деформации ползучести, но уровень закручивающей нагрузки при зтом не изменится. Развитие деформаций ползучести в направлении действия осевой нагрузки компенсируется энергией сжаТой жидкости в гидросистеме и также не вызывает заметных изменений нагрузок

на образце 6. После заданного времени ползучести производится нагруже- ние при изменяющихся или постоянных соотношениях и возрастающих величинах осевой и крутящей нагрузок. Для этого фиксатором 19 освобождают рычаг 18 и поворачивают-его так, чтобы угол между осями вращения подшипников 17 и радиусами кольца 13, прове-. денными через оси вращения шестерен

31

15, увеличивался. Это повьшает силу трения скольжения подшипников 17 о, торец захвата 5 и увеличивает длину плеча моментов сил трения, что повышает закручивающее усилие на образце 6 при неизменном осевом усилии. Если повьшают осевое усилие, то осуществляется пропорциональный рост осевой нагрузки и крутящего момента из-за роста силы трения при росте нормаль- ного усилия прижатия подшипников 17 к захвату 5. Если при неизменном осевом усилии рычаги 16 поворачивают в обратном направлении, то получают снижение закручивающего усилия при неизменном осевом. Действуя таким образом в порядке, определенном заданной траекторией нагружения образца 6, доводят его до разрушения по плоскости контакта между слоями, пер- пендикулярной оси вращения образца. После этого приступают к исследованиям условий скольжения на контактных поверхностях. При разделении образца 6 на две части захват 4 продолжает вращение вместе с закрепленной на нем частью образца, захват 5 прекращает вращение при снятии осевой наг- рузки. Рычаг 18 устанавливают в положение, при котором момент трения на захвате 5 15шнимален. Гидроцилиндром 11 поджимают части образца одну к другой, при этом увеличивается сила трения на контакте частей образца 6 и вращакяцаяся часть образца в з,ахвате 4 вовлекает во вращение неподвижную часть образца вместе с захватом 5. Фиксируя осевое усилие, П1)и котором скорости вращения обоих захватов ста- новятся равными, и крутящий момент на захвате 4, определяют зависимость силы трения на контакте двух частей образца 6 при различных нормальных усилиях их прижатия. Для этого поворачивают рычаги 16 преобразователя и увеличивают сопротивление на нем до тех пор, пока части образца 6 не сдвинутся одна относительно другой, и сопротивление на преобразователе в момент сдвига частей есть величина силы трения на т онтакте частей образ- :Ца для данного усилия их нормального прижатия. Затем вновь повьшают усилие прижатия, увеличивают сопротивление преобразователя до момента нового сдвига частей образца, и так далее, . до получения полной зависимости силы трения на контакте от усилия прижатия

33

контактирующих поверхностей. Для поверхностей, являющихся контактными, между слоями горных пород, эти зависимости имеют сложную форму, поскольку с ростом усилия прижатия происходит неравномерное разрушение материала в зоне контакта и силы трения могут как уменьшаться, так и увеличиваться с ростом усилия прижатия в зависимости от условий на контакте. В свою очередь, условия на контакте формируются задолго до момента разделения слоев по контактирующей поверхности, а именно во время предьщущих наг- ружёний кратковременными и длительными осевыми и крутящими усилиями. Вследствие этого проведение комбинированных испытаний позволяет получить наиболее близкие к натурным закономерности формирования подвижек и- смещений слоистого массива.

На установке применяются подшипники 17 скольжения, выполняемые в виде втулок с овальной наружной поверхностью, устанавливаемых на рычагах 16 на скользящей посадке. Оптимальное количество рычагов 16 - четыре - обеспечивает высокую эффективность работы при повороте рычагов на большие, близкие к прямому, углы поворотов. Установка работает при низких скоростях вращения образца,- составляющих несколько оборотов в минуту, но не меньших, чем скорости ползучести ма териала образца при закручивании.

Формула изобретения

Установка для комбинированных испытаний образцов йа прочность, содержащая основание, стол, установленный на основании с возможностью перемещения, винтовой привод перемещения стола, захваты для образца, привод вращения, связанный с одним из захватов, гидроцилиндр осевого перемещения, взаимодействующий с вторым захватом, от.личающаяся тем, что, с целью расширения ф|ункциональных возможностей установки путем чередования режимов испытаний с постоянными и переменными уровнями осевой и крутящей нагрузок, она снабжена преобразователем нагрузки, выполненньпу в виде платформы с закрепленным на ней кольцом, /становленной на штоке гидроцилиндра лараллельно торцовой поверхности зах- аата, шестерен, установленных на осях

на обращенной к захвату торцовой поверхности кольца, рьиагов с подшипниками, установленными на обращенных к центру кольца концах рычаго в, и средства поворота шестерен, при этом каждый из рычагов прикреплен вторым концом к соответствующей шестерне, средство поворота шестерен выполнено в виде закрепленного на одной из шестег рен дополнительного рычага с фиксатором положения, и связывающей щес-. терни бесконечной цепи, а захваты вьтолнены с центрирующими втул - ками.

Изобретение позволяет расширить функциональные ВОЗМОЖНОСТИ установки путем чередования режимов испытаний слоистых материалов с постоянными и переменными уровнями осевой и крутящей нагрузок. В процессе испытаний образец 6 закрепляют в захватах 4 и 5 в виде центрирующих втулок, не пре- пятcfвyющиx относительному повороту захватов 4 и 5.. Включают двигатель 7 и через редуктор 8 приводят во вращение захваты 4 и 5. Гидроцилиндр 11 взаимодействует с захватом 5 через преобразователь нагрузки. Преобразователь нагрузки, выполнен в виде кольца 13, закрепленного на платформе 12, установленной на штоке гидроцилиндра 11 параллельно торцовой поверхности захвата 5. На торцовой поверхности кольца 13 со стороны захвата 5 на осях 14 установлены зубчатые шестерни (Ш), соединенные между собой бесконечной цепью. На каждой Ш закреплен рычаг (Р), обращенный к центру кольца 13 и имеющий на конце подшипник. Одна из Ш соединена со средством ее поворота в виде Р с фиксатором положения. Винтовым приводом 3 стол 2 перемещают так, чтобы торец захвата 5 вошел в контакт с поверхностью подшипников. Под действием осевого усилия со стрроиы гидроци-(Л го to О5 Со оо aeJ

27

Редактор С. Лыжова

Составитель В, Тальвойш

Техред Н.Бонкало Корректор А. Ференц

Заказ 2114/32Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, k

Фиг. 2