Устройство для определения механических свойств горных пород Советский патент 1992 года по МПК G01N3/00 

Изобретение относится к испытательной техника, а именно к устройствам для определения механических свойств горных пород,

Известно устройство для определения механических свойств горных пород в полевых условиях, содержащее нагрузочный ци- линдр с поршнем, рабочие плиты с клиньями для раскалывания образцов пород, корпус и манометры.

Недостатком данного устройства является то, что оно не позволяет проводить испытания на образцах произвольной, в том числе и неправильной формы. Другим недостатком прибора является его низкая точность из-за влияния трения уллотнительных колец в системе поршень-цилиндр и вследствие этого больших погрешностей при испытании слабых горных пород.

Наиболее близким к предлагаемом/ является устройство для определения механических свойств горных пород в полевых условиях, содержащее основание со штангами, установленные на последних траверсы и корпус с размещенным в нем нагрузочным устройством, включающим ходовой винт, плавающую гайку и червячный привод ее вращения со ступицей червячного колеса, силоизмерительное устройство, имеющее механический динамометр и фиксатор его положения, нагрузочные инденторы и индикаторы деформаций образца.

Устройство позволяет в полевых условиях испытывать образцы горных пород произвольной, в том числе неправильной формы, и определять как прочностные, так и деформационные показатели горных пород методом сосредоточенного нагружения образцов двумя .инденторами.

К недостаткам известного устройства относится невысокая точность измерений,

обусловленная тем, что при нагружении образца вращающий момент от червячного колеса передается плавающей гайке через шпонки на малом плече. Это вызывает зна- чительные удельные нагрузки в сопряжении шпонок с плавающей гайкой и соответственно значительное сопротивление при перемещении гайки относительно червячного колеса. Это сопротивление существенно зазисит от шероховатости контактных поверхностей и не является постоянным. Кроме того, конструкция нагрузочного устройства достаточно сложна. Перечисленные недостатки снижают точность измерений, особенно при испытании прочных горных пород.

Целью изобретения является повышение точности определений и упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения механических свойств горных пород, содержащем основание со штангами, установленные на штангах неподвижную и подвижную траверсы, установленный между траверсами и основанием корпус, размещенные на подвижных траверсах инденторы для нагружения образца, связанный с одной из подвижных траверс и установленный в

корпусе нагружающий винтовой механизм с червячным приводом,силоизмеритель с закрепленным на основании механическим динамометром и фиксатором положения динамометра и измерители деформации образца, корпус установлен на штангах с возможностью перемещения вдоль них, гайка винтового механизма жестко связана со ступицей червячного колеса, а фиксатор положения механического динамометра выполней в виде установленной между корпусом и траверсами дополнительной

неподвижной траверсы с резьбовым осевым отверстием и охватывающей гайку установленной в этом отверстии резьбовой втулки со ступенчатой внутренней поверхностью, контактирующей с гайкой посредством подшипника и фрикционной прокладки.

При таком конструктивном исполнении по время нагружения образца ходовой винт нагружающего механизма перемещается вверх, нагружая через инденторы испытываемый образец, а гайка вместе с корпусом перемещается вниз по штангам. Благодаря значительной величине реактивного плеча, определяемого межосевым расстоянием между винтом и штангами, потери на трение в сопряжении корпус - штанги весьма незначительны и стабильны, составляя всего 0,5-1% от нагрузки на образец против 4-5% у прототипа. Это обеспечивает высокую точность измерений при упрощенной конструкции нагрузочного устройства.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, общий вид.

Устройство для определения механических свойств горных пород содержит основание 1, штанги 2, установленные на них неподвижную траверсу 3 и дополнительную неподвижную траверсу 4. На штангах 2 смонтирован с возможностью перемещения корпус 5, В корпусе 5 размещен нагружающий винтовой механизм, включающий гайку б, на которой жестко укреплена ступица 7 червячного колеса привода вращения гайки, и ходовой винт 8, связанный с гайкой 6 посредством резьбового соединения и с нижней подвижной траверсой 9 через шпонку. На траверсе 3 и штангах 2 смонтирован механизм настройки на размер испытываемого образца, включающий гайку-маховик 10 с упорным кольцом 11, ходовой винт 12, связанный с гайкой-маховиком 10 посредством резьбового соединения и с верхней подвижной траверсой 13 через шпонку. В траверсах 9 и 13 с упором в ходовые винты 8 и 12 установлены нагрузочные инденторы - шарики 14.

Силоизмеритель устройства содержит механический динамометр 15, установленный на основании 1 под корпусом 5, и фиксатор положения динамометра в сжатом состоянии. Фиксатор включает неподвижную траверсу 4, расположенную над корпусом 5, и сопряженную с траверсой 4 посредством резьбового самотормозящегося соединения втулку 16 со ступенчатой внутренней поверхностью, контактирующую через упорный подшипник 17 с гайкой 6. Между внутренней боковой поверхностью втулки 16 и наружной боковой поверх0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ностью гайки 6 установлено фрикционное кольцо-прокладка 18, прижимаемое к поверхности гайки пластинчатой пружиной 19.

Устройство также содержит измерители деформации образца, которые включают индикаторы 20, закрепленные на траверсе 13, и установочные винты 21, размещенные в резьбовых отверстиях траверсы 9 и упирающиеся в измерительные наконечники индикаторов 20.

Испытываемый образец 22 располагают между шариками 14. Привод червячной передачи осуществляется с помощью рукоятки 23.

Устройство работает следующим образом.

Образец 22 располагают между шариками 14 нагрузочных инденторов и производят настройку на размер образца вращением гайки-маховика 10, при этом винт 12 перемещает траверсу 13 по штангам 2 вверх или вниз. Настройку заканчивают доведением шариков 14 до легкого касания с образцом 22.

Последующее нагружение образца 22 производят вращением рукоятки 23, при котором приходят во вращение червяк (не показан) и находящееся с ним в зацеплении червячное колесо со ступицей 7, а следовательно, и гайка 6. Ходовой винт 8, благодаря шпоночному соединению с траверсой 9, перемещает вверх последнюю. В это же время динамометр 15 воспринимает реакцию силы нагрузки образца, так как опирающийся на него корпус 5, в котором смонтирован нагружающий винтовой механизм, имеет возможность перемещения по штангам 2.

От гайки 6 через фрикционноен кольцо 18 вращение также передается резьбовой втулке 16, которая перемещается в осевом направлении благодаря резьбовому соединению ее с траверсой 4. Указанное резьбовое соединение имеет шаг, больший, чем шаг резьбового соединения винта 8 и гайки 6, в результате чего втулка 16 остается постоянно прижатой через упорный подшипник 17 к заллечику гайки 6, а разница ходов в резьбах компенсируется проскальзывани6- ем в сопряжении фрикционное кольцо 18 - гайка 6. Таким образом обеспечивается слежение втулки 16 за перемещением гайки 6 вместе с корпусом 5 вниз на величину сжатия динамометра 15.

В момент разрушения образца 22 корпус 5 вместе с нагружающим механизмом стремится переместиться вверх под действием энергии сжатого динамометра 15. Но этому препятствует упор гайки 6 через подшипник 17 во втулку 16. Так как резьбовое соединение втулки 16с траверсой 4 выполнено самотормозящимся, втулка 16 остается на месте, фиксируя показания динамометра 15 - момент разрушения образца 22.

После записи показания динамометра 15 вращением рукоятки 23 в обратном направлении динамометр разгружают.

Определение деформационных характеристик производят путем измерения прикладываемых к образцу 22 нагрузок и соответствующих им контактных деформаций внедрения шариков 14 в образец без разрушения последнего. Для разделения упругих и пластических деформаций цикл испытаний образца проводят путем ступенчатого нагружения и разгружения. Индикаторами 20 под нагрузкой фиксируют суммарную деформацию внедрения, после разгрузки - пластическую (остаточную), а их разность дает упругую деформацию.

Преимущества предлагаемого устройства заключаются в том, что в нем по штангам вместе с гайкой перемещается корпус и, благодаря значительной величине реактивного плеча, определяемого межосевым расстоянием между винтом и штангами, потери на трение в сопряжении корпус-штанги весьма незначительны и стабильны, что обеспечивает повышение точности измерений при одновременном упрощении конст рукции нагрузочного устройства.

Формула изобретения Устройство для определения механических свойств горных пород, содержащее основание со штангами, установленные на штангах неподвижную и подвижные траверсы, установленный между траверсами и основанием корпус, размещенные на подвижных траверсах инденторы для нагружения образца, связанный с одной из по10 движных траверс и установленный в корпусе нагружающий винтовой механизм с червячным приводом, силоизмеритель с закрепленными на основании механическим динамометром и фиксатором положения ди15 намометра и измерители деформации образца, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения и упрощения конструкции устройства, корпус установлен на штангах с возможностью

20 перемещения вдоль них, гайка винтового механизма жестко связана со ступицей чер- вячногс колеса, а фиксатор положения механического динамометра выполнен в виде установленной между корпусом и траверса25 ми дополнительной неподвижной траверсы с резьбовым осевым отверстием и охватывающей гайку установленной в этом отверстии резьбовой втулки со ступенчатой внутренней поверхностью, контактирующей с гай- 30 кой посредством подшипника и антифрикционной прокладки.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для определения механических свойств горных пород. Цель изобретения - повышение точности определения и упрощение конструкции. Устройство содержит основание 1, штанги 2, установленные на них подвижные траверсы 9 и 13, неподвижные траверсы 3 и 4 и подвижный корпус 5 с размещенным в нем нагружающим винтовым механизмом, включающим гайку 6, на которой жестко укреплена ступица 7 червячного колеса, и хо