Установка для испытания на изгиб образцов горных пород Советский патент 1987 года по МПК G01N3/20 E21C39/00 

Изобретение относится к иснытательиой технике, в частности к установкам для испытания на изгиб образцов горных пород и других материалов.

Цель изобретения - нриближение условий иснытаний к реальным путем изменения изгибающего усилия и пролета изгиба.

На чертеже показана схема установки для испытания на изгиб образцов горных пород.

Установка содержит опорную раму 1, размещенные в ней неподвижную траверсу 2 с центральной опорой 3 для испытуемого образца 4 горной породы, подвижную траверсу 5 и нагружающий механизм, включающий приводной винт 6, имеющий на концах нротнвоположно направленные )езьбы 7 и 8 и размецхенный на подвижной траверсе 5, две втулки 9 и 10, установленные на рез1)- бах 7 и 8 винта 6, торцовые опоры 11 и 12 для образца 4, выполненные в 5иде катков, установленных на втулках 9 и 10, и привод 13 вращения с редуктором 14, связанный посредством вала 15 с приводными 1 айкамк (не показаны) для перемещения траверсы 5 вдоль винтовых колонн 16 рамы 1 и посредством червячной пары (винт 17, Ko;ieco 18) с приводным винтом 6. Центральная онора 3 взаимодействует с силовой пружиной 19, поджатие которой регулируется вннтом 20. Испытуемый образец 4 размещен между упругими обкладками 21.

Установка работает следуюп.им образом. Для работы в режиме разгружения образца нутем увеличения пролета изгиба торцовые оноры 11 и 12 в исходном состоянии располагают вблизи червячного колеса 18, нри этом расстояние меж.п,у опорами 11 и 12 минимально. Устанавливают образец 4 вмес- те с обкладками 21 между центральной оно- рой 3 и торцовыми опорами 11 и 12 (как показано на чертеже). Редуктор 14 соединяют с валом 15 вращения приводных гаек и включают привод 13, в результате чего подвижная траверса 5 перемещается в направлении к неподвижной траверсе 2. Цо деформации силовой пружины 19 контролируют нагрузку, возникающую на образце 4 на участке между центральной опорой 3 и торцовыми опорами 11 и 12. Величину предельной нагрузки выбирают такой, чтобы изгибающий момент, создаваемый этой нагрузкой при максимальном пролете изгиба, превышал разрущающий момент для данного образца 4. Разрущающий момент для данного материала определяют при наиболь- щем удалении торцовь1х опор 11 и 12 друг от друга. После достижения заданной нагрузки на силовой пружине 19 вал 15 отклю,- чают от редуктора 14 и соединяют с последним червячный винт 17. Винт 17 вращает колесо 18 и приводной винт 6. При вращении винта 6 втулки 9 и 10,установленные на резьбах 7 и 8, смещаются в противоноложных паправлениях. Вместе с втулками 9 и 10 перемендаются опоры-катки 11 и 12, расстояние между ними увеличивается, что приводит к увеличению изгибающего момента на образце 4. В процесс деформации включаются повые участки образца 4, прогиб его увеличивается. При достижении разрущающего изгибающего момента происходит разруще- ние образца 4. Фиксируют характеристики разрун1ения, предельный прогиб образца 4, расстояние меж..т.у опорами И и 12 в момент разруц ения и изгибающее усилие в момент разрущения. Следующий опыт проводят при новой начальной нагрузке на силовой пру- жипе 19. Получают разрущение при новом зпачении пролета изгиба. Серия экспериментов с различными нагрузками на силовой 1руж11не 19 позволяет выяснить влияние .масьчтабиого эффекта на несущую способность материала. Затем переходят к опытам по выяснению влияния реологических свойств материа.ла на несущую способность образца. С этой целью повторные опыты проводят при неизменном значении изгибающего усилия, но при изменяющихся скоростях перемен;ения опор 11 и 12, что достигается изменением скорости вращения приводного винта 6 с помощью привода 13 и редуктора 14. При различных скоростях роста нролета изгиба изменяются время пребывания различных частей образца 4 нод нагрузкой, время релаксации напряжений в мате- )иале и величина де(|зормации ползучести. Два этих реологических процесса из.меняют несущую способпость материала, степень изменения зависит от уровня нагрузки в материале. Для этого опыты повторяют при различных усилиях изгиба.

Для работы в режиме разрушения образца 4 путем увеличения изгибаюпхего усилия катки-опоры 11 и 12 в исходном состоянии раснолагают iia заданном расстоянии друг от друга в масгптабе, повторяющем ширину пролета моделируемой выработки в щахте. Включают привод 13 и через редуктор 14 вращают вал 15 и неремен ают подвижную траверсу 5 в направлении к неподвижной траверсе 2. В результате деформации силовой пружины 19 на образце 4 появляется возрастающее изгибающее усилие, приводящее к росту изгибающего момента до раз- ругиающего. Определяют параметры разрушения и следующие опыты проводят при новом расстоянии между опорами 11 и 12 для других образцов горных выработок и нри новых скоростях перемещения подвижной траверсы 5, что отражает изменение скорости нарастания опорного давления в выработке.

Для работы в режиме разрущения об- р-азца 4 путем увеличения пролета изгиба и изгибаюп1его усилия детали установки в ис

ходном состоянии располагают как показано на чертеже. Редуктор 14 соединяют одновременно с винтом 17 и валом 15. Величину начального опорного давления задают предварительной деформацией пружины 19, вращая для этого регулировочный винт 20. Включают привод 13 и одновременно смещают траверсу 5 и опоры 11 и 12. Происходит одновременное увеличение изгибающего усилия за счет сближения траверс 5 и 2 и увеличение пролета изгиба за счет увеличения расстояния между катка.ми-опора- ми 11 и 12. Составляющие изгибающего момента увеличиваются пропорционально жесткости нружины 19 в соответствии со скоростями перемещения траверсы 5 и тор- цовых опор 11 и 12. При повыщении жесткости нружины 19 (при прочих равных условиях) скорость нарастания изгибающего усилия новыщается. Изменяя соотношения скоростей движения траверсы 5 и опор 11 и 12, жесткость пружины 19 и ее начальное поджатие, проводят нагружение различных образцов 4, что соответствует условиям на- гружения слоев массива в кровле или почве выработки при ведении добычных работ при неустойчивой основной кровле.

Таким образом, три режима работы установки полностью воспроизводят условия работы слоев горного массива на изгиб но способам нарастания изгибающего .момента. Полный объем исследований дает представление о несущей способности гор- ных пород в различных горно-технических ситуациях.

Обкладки 21 применяют в случае, когда затруднено перемещение катков-опор 11 и 12 по поверхности образца 4 или когда требуется воспроизвести условия работы на контак

0

Q

0

5

те слоев массива. В последнем случае жесткость обкладок 21 и обработка и.х поверхностей, обращенны.х к образцу 4, выбираются в соответствии с жесткостью вмеп1ающих слоев пород и контактны.ми словия.ми между ними.

Предлагае.мая установка воспроизводит режи.м испытания, состоящий в нагружении образца по трехточечной схеме с увеличением изгибающего усилия, и обеспечивает режим испытаний на изгиб, состоящий в увеличении пролета изгиба образца. Последний более точно воспроизводит условия работы горных пород в натуре в зоне ведения добычных работ и характеризуется постепенным вовлечением в дефор.мацию новых об ь- емов материала.

Формула изобретения

Установка для испытания на изгиб образцов горных пород, содержащая опорную раму, установленную на ней неподвижную траверсу с центральной опорой для образца, подвижную траверсу, торцовые опоры для образца и нагружаюпи1Й механизм, включающий приводной винт, имеющий на концах противоположно направленные резьбы, две втулки, установленные на резьбовых концах винта, и привод вращения с редуктором, связанный с приводным винтом, от- чающаяся тем. что, с целью приближе1П1я условий испытаний к реальным путем изменения изгибающего усилия и пролета изгиба, торцовые опоры для образца выполнены в виде катков, установленных на втулка.х приводного винта, приводной винт размещен на подвижной траверсе, а подвижная траверса связана с приводом враще1тя.

Изобретение относится к испытательной технике и позволяет приблизить условия испытаний к реальным путем изменения изгибающего усилия и пролета изгиба. Установка содержит опорную раму, установленную на ней неподвижную траверсу (Т) с центральной опорой для образца, подвижную Т. Нагружающий механизм устройства включает приводной винт, размещенный на Т 5, имеющий на концах противоположно направленные резьбы с установленными на них втулками. С винтом связан привод вращения (ПВ) 13 с редуктором. Торцовые опоры для образца выполнены в виде катков и установлены на втулках. При работе в режиме раз- гружения образца увеличением пролета изгиба включают ПВ 13. Связанная с ним Т 5 перемещается к Т 2. На образце 4 возникает заданная нагрузка, после чего осуществляется вращение колеса 18 и винта 6. Втулки 9, 10 смещаются друг от друга вместе с опорами 11 и 12. Изгибающий момент на образце 4 увеличивается и образец разрушается. Фиксируются характеристики разрушения. При работе в режиме разрушения образца 4 редуктор 14 соединяют с валом 15 и винтом 17. Включают ПВ 13 и смещают Т 5 и опоры 11, 12. Изменяя соотношение скоростей их смещения, проводят нагруже- ние различных образцов 4. Таким образом, данные режимы полностью воспроизводят условия работы слоев массива на изгиб. 1 ил. SS (Л /Т/7/ 15 7 9 Б Т со ю со QD 13 1В 70 S