Прибор для испытания горных пород при объемном напряженном состоянии Советский патент 1989 года по МПК G01N3/10 E21C39/00 

1

Изобретение относится к физико-механическим испытаниям горных пород в лабораторных условиях, а именно к исследованию прочностных и деформационных свойств горных пород при различных видах напряженного состояния.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение точности испытаний.

На чертеже представлена схема прибора для испытания горных пород при объемном напряженном состоянии.

Прибор содержит цилиндрический корпус 1 с установленным в нем уплотнитель- ным кольцом 2. Внутри корпуса 1 размещен динамометр, выполненный в виде нагрузочного цилиндра 3, один торец которого закреплен между уплотнительным кольцом 2 и корпусом 1, а на другом его торце жестко закреплен захват 4 для испытываемого образца 5. В нагрузочном цилиндре 3 установлен с возможностью осевого перемещения второй захват 6 для испытываемого образца 5, соединенный со штоком 7, проходящим через уплотнительное кольцо 2. В средней части нагрузочного цилиндра 3 между торцами захватов 4 и 6 закреплены силоизмерительные элементы 8. Прибор содержит также механизм реверсирования нагрузки, выполненный в виде сферической пяты 9, смонтированной на свободном торце штока 7, установленного на сферической пяте 9 регулировочного болта 10 с упорной гайкой 11, и двух нагрузочных рычагов 12 и 13, шарнирно закрепленных на уплотнительном кольце 2 и соединенных между собой пружинами (не показаны). Одни концы нагрузочных рычагов 12 и 13 соединены со сферической пятой 9, а другие предназначены для взаимодействия с упорной гайкой 11 через установленные на них опорные элементы 14. В корпусе 1 выполнен канал 15, а в нагрузочном цилиндре 3 - окна 16 и 17, служащие для создания бокового давления на образец 5 от насосной станции (не показана).

Прибор работает следующим образом.

Перед испытаниями осуществляют монтаж образца 5. Для этого устанавливают образец 5 породы в захват 4, соединенный с цилиндром 3, и центрируют его известными

методами (элементы центровки не показаны). Затем производят заливку цементирующего материала 18 (сплава Вуда) в зазор между образцом 5 и захватом 4. После

остывания сплава Вуда в нагрузочный цилиндр 3 вводят второй захват 6 со штоком 7 до контакта торца образца 5 с опорной поверхностью захвата 6. Переворачивают цилиндр 3 и производят заливку цеП ментирующего материала 18 в зазор между образцом 5 и захватом 6.

После остывания сплава Вуда цилиндр 3 с образцом 5, захватами 4 и 6 и штоком 7 помещают в корпус 1. Закрепляют цилиндр 3 в корпусе 1, зажав его уплотнительным коль5 Дом 2, которое вворачивают в корпус 1. Затем на свободном торце штока 7 устанавливают механизм реверсирования нагрузки, после чего прибор подготовлен к испытаниям.

Для испытания образца 5 на сжатие

0 при боковом давлении вращением упорной гайки 11 поднимают ее и исключают механизм реверсирования нагрузки из работы (при этом осуществляется контакт между нижней плоскостью регулировочного бол5 та 10 и верхней плоскостью сферической пяты 9). Боковое давление 2 на образец 5 создается насосом (не показан) через канал 15. Конструктивные особенности прибора (применение нагрузочного цилиндра 3, закрепленного в корпусе 1 и снабженного

0 захватами 4 и 6, и использование штока 7 с диаметром, равным диаметру образца 5) исключают появление напряжений сжатия или растяжения по оси образца 5. Осевое давление PI на образец 5 создается с помощью пресса (не показан).

5 Нагрузка на образец 5 (осевая) фиксируется по показаниям тензостанции (не показана), к которой подключаются наклеенные на нагрузочный цилиндр 3 силоизмерительные элементы 8 (тензорезисторы). Так как при таком измерении нагрузок

0

исключаются потери на -трение на показания динамометра (роль динамометра выполняет нагрузочный цилиндр 3 с наклеенными силоизмерительными элементами 8), неизбежные в том случае, когда динамометр установлен за пределами образца,

точность измерения нагрузок повышается и не зависит от трения штока 7 в уплотни- тельном кольце 2.

Испытания проводят по известным схемам с поддержанием бокового давления 2 постоянным и с увеличением осевого давления PI до разрушения образца 5 с измерением деформации последнего в процессе испытания (на образец 5 при этом монтируются измерители деформации, на чертеже не показаны).

Для испытания образца 5 на растяжение при боковом давлении вращением упорной гайки 11 опускают ее до контакта с опорными элементами 14. При этом обеспе10

жуточных звеньев от динамометра до образца исключает погрешность измерения, связанную с трением, что повышает точность испытаний.

Формула изобретения

. Прибор для испытания горных пород при объемном напряженном состоянии, содер жащий цилиндрический корпус, установленное в нем уплотнительное кольцо, размещенные в корпусе захваты для испытываемого об разца, один из которых соединен с корпусом, шток, проходящий через уплотнительное кольцо и соединенный с вторым захватом,

чивают рабочий зазор (3-5мм) между верх- $ механизм реверсирования нагрузки и динаней плоскостью сферической пяты 9 и нижней плоскостью регулировочного болта 10. Боковое давление на образец осуществляется так же, как и при предыдущем испытании. При сжатии прибора на прессе намометр с силоизмерительными элементами, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции,механизм реверсирования нагрузки выполнен в виде сферической пяты, смонтированной на свободном торце

грузка сжатия реверсируется в нагрузку рас- 20 штока, установленного на сферической пяте регулировочного болта с упорной гайкой, и двух нагрузочных рычагов, шарнир- но закрепленных на уплотнительном кольце так, что одни концы соединены со сфетяжения (применительно к образцу 5) через механизм реверсирования нагрузки: опорная плита пресса (не показана) - регулировочный болт 10 - упорная гайдля взаимодействия с упорной гайкой. 2. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности испытаний, динамометр выполнен в виде размещенного в корпусе нагрузочного цилиндра, один тока 11- нагрузочные рычаги 12 и 13 - сфери- рической пятой, а другие предназначены ческая пята 9 - шток 7 - образец 5. Нагруз- - --------ка на образец 5 фиксируется по изменениям сопротивления силоизмерительных элементов 8 на нагрузочном цилиндре 3 (при сжатии образца 5 стенки цилиндра 3 испытывают деформации растяжения, при рас- 30 Рец. которого закреплен между уплотнитель- тяжении образца 5 стенки цилиндра 3 испытывают деформацию сжатия).

Таким образом, данный прибор для испытания горных пород при объемном напряженном состоянии имеет более простую конструкцию механизма реверсирования, что упрощает испытания, а отсутствие променым кольцом и корпусом, а на другом торце жестко закреплен захват, при этом захват, соединенный со штоком, установлен в нагрузочном цилиндре с возможностью осевого перемещения, а силоизмерительные эле- 35 менты закреплены в средней части нагрузочного цилиндра между торцами захватов.

жуточных звеньев от динамометра до образца исключает погрешность измерения, связанную с трением, что повышает точность испытаний.

Формула изобретения

. Прибор для испытания горных пород при объемном напряженном состоянии, содер жащий цилиндрический корпус, установленное в нем уплотнительное кольцо, размещенные в корпусе захваты для испытываемого об разца, один из которых соединен с корпусом, шток, проходящий через уплотнительное кольцо и соединенный с вторым захватом,

мометр с силоизмерительными элементами, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции,механизм реверсирования нагрузки выполнен в виде сферической пяты, смонтированной на свободном торце

штока, установленного на сферической пяте регулировочного болта с упорной гайкой, и двух нагрузочных рычагов, шарнир- но закрепленных на уплотнительном кольце так, что одни концы соединены со сфедля взаимодействия с упорной гайкой. 2. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности испытаний, динамометр выполнен в виде размещенного в корпусе нагрузочного цилиндра, один торической пятой, а другие предназначены - --------Рец. которого закреплен между уплотнитель-

Рец. которого закреплен между уплотнитель-

ным кольцом и корпусом, а на другом торце жестко закреплен захват, при этом захват, соединенный со штоком, установлен в нагрузочном цилиндре с возможностью осевого перемещения, а силоизмерительные эле- менты закреплены в средней части нагрузочного цилиндра между торцами захватов.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в горном деле при исследовании прочностых и деформационных свойств горных пород. Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение точности испытаний. Прибор содержит цилиндрический корпус 1 с уплотнительным кольцом 2. В корпусе 1 размещен динамометр в виде нагрузочного цилиндра /НЦ/ 3. Один торец последнего закреплен между уплотнительным кольцом 2 и корпусом 1, а на другом жестко закреплен захват 4 для испытываемого образца 5. В средней части НЦ 3 между торцами захватов 4 и 6 закреплены силоизмерительные элементы 8. Внутри НЦ 3 установлен с возможностью осевого перемещения второй захват 6 для образца 5. Захват 6 соединен со штоком 7, проходящим через уплотнительное кольцо 2. Прибор содержит механизм реверсирования нагрузки /МРН/. Последний выполнен в виде сферической пяты 9, смонтированной на свободном торце штока 7, установленного на пяте 9 регулировочного болта 10 с упорной гайкой /УГ/ 11, и двух нагрузочных рычагов 12 и 13. Рычаги 12 и 13 шарнирно закреплены на уплотнительном кольце 2. Одни концы рычагов 12 и 13 соединены с пятой 9, а другие предназначены для взаимодействия с УГ 11. Для испытания образца 5 на сжатие при боковом давлении поднимают УГ 11 вверх и исключают МРН из работы. Боковое давление Р₂ на образец 6 создается через канал 15 в корпусе 1. Осевое давление Р₁ на образец 5 создается нагрузкой на болт 10, передаваемой через пяту 9 и шток 7 до момента разрушения образца 5. Нагрузку на образец 5 фиксируют посредством элементов 8. Для испытания образца 5 на растяжение при боковом давлении вводят в работу МРН. Для этого УГ 11 отпускают вниз до контакта с опорными элементами 14, установленными на концах рычагов 12 и 13. При этом нагрузка от болта 10 передается через УГ 11 и рычаги 12, 13 на пяту 9, которая через шток 7 сообщает образцу 5 растягивающее нагружение. 1 з.п. ф-лы. 1 ил.