Устройство для определения физико-механических свойств горных пород и твердых материалов Советский патент 1987 года по МПК G01N3/52 G01N3/307 

Устройство относится к испытательной технике и предназначено для оперативного определения физико-механических свойств горных пород в масси- F3e, например на карьерах и подземных рудниках,

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение производительности измерений за счет измерения величины отскока и возможности проведения измерений без изготовления специальных образцов.

На фиг, I приведено предлагаемое устройство, разрез; на фиг, 2 - электронная схема устройства.

Устройство содержит корпус, выполненный в виде металлического цилиндра 1 и ударный механизм, выполненный в виде бойка 2, который может перемещаться в цилиндре 1 под действием пружины 3, начальное усилие которой задается гайкой 4, и штока 5 с рукояткой 6, закрепленного в бойке, имеющем профилированную насадку 7, В штоке имеются опорные пазы-8, с которыми сцепляются защелки 9 и спусковое устройство 10. На цилиндре закреплены опорная плита 11 и оптический датчик положения ударного механизма, выполненный в виде источника 12 света с отражателем 13 и фотодатчика 14,

Оптический датчик положения помещен в светонепроницаемый корпус 15, В бойке 2 имеется конусообразное отверстие 16, верхняя часть которого заканчивается горизонтальной щелью 17, В стенке цилиндра помещен свето- Boi i клин 18, Защелка и спусковое устройство закреплены на гайке 19, Исследуемый материал - горная порода 20,

Устройство, кроме того, содержит измерительный блок, выполненный в виде уси;п1теля 21, первой емкости 22, один электрод которой подключ%-н чере первый вентиль 23 и первую кнопку 24 к выходу усилителя 21, а второй электрод - к общему проводу, второй емкости 25, подключенной к общему проводу и через второй вентиль 26 и первый ключ 27 к выходу усилителя 21, третьей емкости 28, подключенной к общему проводу и выходу усилителя 21 через третий вентиль 29 и второй ключ 30 и через четвертый вентиль 31 и третий ключ 32, первого дифферен0

5

5

циального усилителя 33, вход которого соединен через дифференцирующую цепочку 34 с выходом усилителя 21, первого триггера 35, вход которого соединен с выходом первого дифференциального усилителя 33, а выход - с управляющими входами, первого, второго и третьего ключей 27,30,32, стабилизатора 36 т.ока, подключенного через пятый вентиль 37 параллельно второй емкости, второго дифференциального усилителя 38, первый и второй входы которого через первый и второй резисторы подключены соответственно к первой и второй емкостям 22 и 25, третьего дифференциального усилителя 39, первый вход которог э соединен с вторым входом второго дифференциального усилителя 38, а второй - через третий резистор с третьей емкостью 28, генератора 40, первого и, второго счетчиков 41 и 42, счетные входы которых соединены с генератором, а их цепи управления - с выходами второго и т ретьего дифференциальных усилителей 38 и 39, схемы 43 задержки, вход которой соединен с выходом третьего дифференциального усилителя 39, второго триггера 44, вход которого соединен с выходом схемы 43 задержки, а выход - с коммутирующим входом стабилизатора 36 тока и цепями сброса первого и второго счетчиков 4 и 42, индикатора 45, подключенного к выходам счетчиков 41, 42, и трех разрядных кнопок 46, 47 и 48, подключенных параллельно емкостям 22, 25 и 28.

Устройство работает следующим образом,

В исходном состоянии, когда опорная плита 11 плотно прижата к исследуемой породе 20, боек 2, в зависимости от икpopeльeфa породы, устанавливается таким образом, что его горизонтальная щель 17 находится в средней зоне светового клина 18, Пс-ред началом работы кнопка 24 замыкается и емкость 22 через вентиль 23 заряжается до потенциала выхода усилителя 21, соответствующего положению бойка 2 в исходном положении.

Затем боек 2 при помощи штока 5 с рукояткой 6 поднимается на требуемую 5 высоту, сжимая при этом пружину 3, и при помощи защелки 9 и спускового устройства 10 стопорится. Благодаря тому что на штоке 5 делается целый

0

5

0

5

0

ряд стопорных пазов, высоту поднятия бойка можно ступенчато регулировать в зависимости от предполагаемых свойств исследуемых горных пород, изменяя тем самым энергию удара бойка. При нажатии рукоятки спускового устройства 10 защелка 9 освобождается, под действием пружины 3 боек 2 разгоняется и своей профилированной насадкой 7 наносит удар по исследуемой породе. Вследствие того, что исследуемая порода под насадкой 7 при этом разрушается (или деформируется) на глубину, определяемую ее механическими свойствами, на.эту же глубин смещается горизонтальная щель 17 относительно начального ее положения. Пропорционально этому смещению возрастает положительный потенциал на выходе усилителя 21, и через открыты к этому времени ключи 27 и 30 через вентили 26 и 29 заряжаются емкости 25 и 28 до соответствующего потенциала. Входное устройство RC-типа усилителя 33 выбирается таким образом, чтобы потенциал выхода менялся на обратный при остановке бойка 2 в нижнем положении. Триггер 35 при это

включается, закрывая ключи 27 и 30 и открывая ключ 32,

Если порода обладает упругими свойствами, то боек 2 отскакивает на величину, пропорциональную упругим свойствам породы. Напряжение на выходе усилителя при этом падает, и на эту величину через вентиль 31 и ключ 32 снижается потенциал емкости 28, На выход дифференциального усилителя 39 подключены устройство 43 задержки времени и триггер 44, который по истечении заданного времени открывает цепь стабилизатора 36 тока и включае счетчики 41 и 42, С запоминающей емкости 25 через вентиль 37 и стабилизатор 36 тока начинает теч ток, и, таким образом, потенциал емкости 25 снижается,

Когда потенциал емкости 22 превы- шает потенциал емкости 25, напряжение на выходе усилителя 38 изменяет знак и счетчик 41 запирается. Когда же потенциал емкости 28 превыщает потенциал конденсатора 25, напряжени на выходе усилителя 39 изменяет свой знак и счетчик 42 закрывается.

Таким образом, счетчик 41 показывает величину заглубления бойка 2 по сравнению с исходным положением.

0

о

5

5

0

5

0

5

0

5

а счетчик 42 - максимальную величину отскока бойка 2 от положения его мак-. симального заглубления,

Чтобы регулировать величину отскока ввиду его значительного изменения для различных пород и материалов предусмотрена гайка 4, с помощью которой можно регулировать сжатие пружины 3 в исходном положении, т,е, когда происходит удар бойка по исследуемой породе или материалу. Для снятия потенциалов с емкостей 22,25 и 28 перед началом измерения с/1ужат кнопки 46, 47 и 48, Результаты измерений считываются по индикатору 45,

Устройство позволяет одновременно измерять две характеристики .горной породы или твердого материала: ударную вязкость или разрушаемость горной породы при ударе и упругие ее свойства, - причем измерения могут производиться непосредственно в горном массиве и отличаются очень небольшими затратами времени.

Формула изобретения

Устройство для определения физикр-механических свойств горных пород и твердых материалов, содержащее корпус, ударный механизм, оптический датчик положения ударного механизма и измерительный блок, вход которого соединен с оптическим датчиком, отличающее ся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения производительности измерений, измерительный блок выполнен в виде усилителя, первой емкости, первый электрод которой подключен через первый вентиль и первую кнопку к выходу усилителя, а второй электрод - к общему проводу, второй емкости, подключенной к общему проводу и через второй вентиль и первый ключ - к выходу усилителя, третьей емкости, подключенной к общему проводу и к выходу усилителя через третий вентиль и второй ключ и через четвертый вентиль и третий ключ, первого дифференциального усилителя, вход которого соединен через дифференциальную цепочку с выходом усилителя, первого триггера, вход которого соединен с выходом первого дифференциального усилителя, а выход - с управляющими входами первого, второго и третьего ключей, стабилизатора тока, подключенного через

пятый вентиль параллельно второй емкости, второго дифференциального усилителя, первый и второй входы которого через первый и второй резисторы подключены соответственно к первой и второй емкостям, третьего дифференциального усилителя, первый вход которого соединен с вторым входом второго дифференциального усилителя, а Q второй - через третий резистор с третьей емкостью, генератора, первого и второго счетчиков, счетные входы которых соединены с генератором, их це3487

Q87П9 пи

управ;тения - с выходами второго и третьего дифференциальных усилителей, схемы задержки, вход которой соединен с выходом третьего дифферен- 1щального усилителя, второго триггера, вход которого соединен с выходом схемы задержки, а выход - с коммутирующим входом стабилизатора тока и цепями сброса первого и второго счетчиков, индикатора, подключенного к выходам счетчиков, и трех разрядных кнопок, подключенных параллельно емкостям.

Изобретение относится к испытательной технике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение производительности за счет измерения величины отскока и возможности проведения измерений без изготовления специальных образцов. С помощью пружинного ударного механизма производят удар по исследуемому материалу, Глубина внедрения и отскока ударника контролируется с помощью оптического датчика. Зарегистрированная информация фиксируется и обрабатывается элек- g тронной схемой . Численные значения величины внедрения и отскока ударника отображаются на индикаторе и по ним судят о физико-механических параметрах материала. 2 ил. (Л оо 4 00 о со

10

4S

Фиг. г

Составитель А, Паникленко Редактор И. Рыбченко Техред Л.Олийнык Корректор Л, Пилипенко

Заказ 5182/42 Тираж 775Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Проичводственно-попиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4