Прибор для механических испытаний горных пород Советский патент 1992 года по МПК E21C39/00 

- Изобретение относится к устройствам для определения прочностных и деформационных характеристик горных пород и является усовершенствованием. изобретения по авт. св. Мг 641098.

Целью изобретения является повышение информативностил испытаний путем проведения их по заданному закону деформирования.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Все узлы прибора собраны на корпусе 1 цилиндрической формы с прямоугольными окнами и кольцевым упором 2. На крышке корпуса 3 расположен ручной винтовой привод гидросистемы, состоящий из поршня А, винта 5с рукоятной и гайки 6. Силовой гидроцилиндр 7 прибора образован верхней частью корпуса 1 и содержит основной силовой поршень 8 и телескопически расположенный в нем вспомогательный силовой поршень 9, на котором закреплена верхняя плита 10. Нижняя плита 11 соединяется с корпусом 1 резьбой и подвижна относительно корпуса. На верхней 10 и нижней 11 плитах установлены инденторы 12, между которыми располагается образец 13. Манометр 14 силоизмерительного устройства соединен с гидросистемой каналом. В верхней части корпуса 1 прибора размещены телескопически расположенные внешнее 15 и внутреннее 16 кольца. Внутреннее кольцо 16 упирается в плиту 10 и связано резьбой с внешним кольцом 15, которое может вращаться в резьбе корпуса 1. Направление обеих резьб противоположное. На внешнем кольце 15 имеются отверстия 17. в одно из которых вставляется рукоятка 18. На нижнем торце внешнего кольца 15 размещена

Х|

ю

00

о

00

N3

измерительная шкала 19 с делениями для отсчета перемещений образца 13.

Прибор работает следующим образом.

Перед испытанием силовой поршень 8 и вспомогательный поршень 9 устанавливают в крайнее верхнее положение. Вращая внешнее кольцо 15 рукояткой 18, перемещают его вместе с внутренним кольцом 16 до его упора в плиту 10. Образец 13 устанавли- вают на индентор 12 нижней плиты 11 и вращают плиту 11, поджимая верхний торец образца к индентору 12 верхней плиты.

Нагрузка создается вращением рукоятки винтового привода, что вызывает пере- мещение поршня 4. При этом в начальный момент испытаний нагрузку воспринимают образец 13 и кольца 15 и 16, В дальнейшем продольным перемещением внутреннего кольца 16 осуществляют нагружение образ- ца 13 в режиме заданных деформаций.

Продольное перемещение внутреннего кольца 16 достигается с помощью вращения внешнего кольца 15 рукояткой 18 относительно корпуса 1. При вращении кольца 15 оно опускается по резьбе корпуса 1. Резьба, связывающая кольца 15 и 16, выполнена противоположного направления по отношению к резьбе на корпусе 1. Поэтому внутреннее кольцо 16 также опускается (не проворачиваясь относительно плиты 10), а нагрузка от плиты 10, воспринимаемая ранее кольцами 16 и 15, передается на образец 13 в режиме заданного закона деформирования. Нагрузку, прикладывав- мую к образцу 13 в процессе нагружения, контролируют с помощью тензометриче- ских датчиков (не показаны), наклеиваемых на нижний индентор 12 или на боковые стойки корпуса 1, а перемещения образца - по шкале 19, прикрепленной к нижнему торцу кольца 15.

При разрушении образца 13 накопленная в нагружающей системе прибора потенциальная энергия постоянно воспри- нимается и сдерживается внешним 15 и внутренним 16 кольцами, не давая ей перейти в кинематическую энергию и полностью неконтролируемо разрушить образец.

Так как при нагружении образца 13 внутреннее кольцо 15 не проворачивается относительно плиты 10 (движется поступательно), то сила трения, между кольцом 16 и плитой 10 не передается на рукоятку 18, Усилие, прикладываемое к рукоятке 18 и необходимое для вращения кольца 15, будет иметь небольшую величину, если угол наклона резьб, задаваемый их шагом, будет меньше угла трения материала на 5-10%.

Благодаря тому, что внешнее кольцо 15 имеет обе резьбы одного и того же шага, при вращении его смещение в 2 раза меньше перемещения плиты 10 и внутреннего кольца 16, тем самым достигается увеличение допустимых прибором смещений в запредельной стадии испытаний без чрезмерных размеров обоих колец.

Угол наклона резьб на внешнем кольце 15 меньше угла трения материала на 5-10%, что позволяет при минимальных усилиях на рукоятке 18 задавать требуемый режим деформирования образца.

Если угол будет больше 10%, резко увеличится сопротивление вращению внешнего кольца 15, что затруднит, а в некоторых случаях сделает невозможным, проведение испытаний на запредельной стадии деформирования образца 13. С другой стороны, если этот угол выполнить меньше угла трения не в рекомендуемом диапазоне 5-10%, а меньше 5%, то в результате случайных изменений условий контакта на резьбовых соединениях(притирка, улучшенная смазка, повышение температуры и др.) возникает нарушение условия самоторможения резьбы, что вызовет неконтролируемое разрушение образца, а режим заданных его деформаций будет невозможен.

Размещение на нижнем торце внешнего кольца 15 измерительной шкалы 19с делениями, оттарированными для отсчета перемещений образца 13 при его загруже- нии, достаточно просто решает вопрос контроля загружения образца в режиме заданных деформаций и позволяет достигнуть высокой точности определения смещений образца (0,001 мм и менее).

Формула изобретения

1.Прибор для механических испытаний горных пород по авт. св. № 641098, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности испытаний путем проведения их по заданному закону деформирования, он снабжен двумя телескопическими кольцами, причем внутреннее кольцо контактируете нагружающим поршнем и связано с внешним кольцом, которое установлено с возможностью вращения по резьбе противоположного направления внутри корпуса прибора.

2.Прибор по гг. 1,отличающийся тем, что угол наклона обеих резьб внешнего кольца близок к углу трения материала резьбовых соединений, а на нижнем торце внешнего кольца размещена измерительная шкала с делением для отсчета перемещений образца.

ЈW

ntt.2

Использование: определение деформационных и прочностных характеристик образцов горных породу Сущность/изобре- тения: пресс с гидромеханически, приводом, верхней подвижной- и нижней неподвижной плитами, между которыми размещают образец, снабжен подвижным упором верхней плиты, выполненным в виде телескопических резьбовых колец. Внешнее из колец имеет на внутренней и : наружной поверхностях резьбы -противоположного направления и шкалу с делениями; При испытаниях образец удерживается от неконтролируемого во времени деформирования заданным режимом перемещения колец относительно нижней неподвижной плиты. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.