Устройство для определения упругих характеристик материалов Советский патент 1992 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к акустическим измерениям в горных породах и может быть использовано для изучения анизотропии упругих свойств горных пород при высоких давлениях и является дополнительным к авт. св. № 1682912.

Известно устройство для определения упругих характеристик материалов, содержащее камеру высокого квазигидростатического давления для размещения в ней образца материала, два оппозитно и соосно размещенных в камере поршня, два взаимодействующие с ними наковальни, два взаимодействующих с наковальнями кольца-держателя, внутри каждого из которых соосно друг к другу установлены два ультразвуковых преобразователя продольных и поперечных волн, которое снабжено установленными внутри колец-держателей двумя узлами поворота ультразвуковых преобразователей, каждый из которых выполнен в виде червячной пары и двумя указателями угла поворота преобразователей, кинематически связанными с червякаvi

Os

ho ho го О

hO

ми червячных пар и установленными на кольцах-держателях, а ультразвуковые преобразователи установлены на червячных ко- лесах с возможностью совместного вращения с последними и соосно им, Кроме того устройство может быть снабжено двумя упорными крышками, установленными на наружных поверхностях колец-держателей и двумя капсулами, установленными внутри червячных колес и возможностью совместного вращения с последними и подпружиненными в осевом направлении относительно упорных крышек, ультразвуковые преобразователи размещены внутри капсул, а капсулы оперты на наковальни.

Недостатком известного технического решения (прототипа) является невысокая надежность в работе, обусловленная следующими причинами. Для надежного прохождения ультразвуковых волн через образец исследуемого материала, должен быть обеспечен надежный контакт ультразвукового преобразователя с наковальней. В то же время, для обеспечения поворота ультразвуковых преобразователей вместе с червячным колесом необходимо минимальное усиление прижатия ультразвуковых преобразователей в наковальне. Это противоречие особенно усиливается в том случае, когда ультразвуковые преобразователи находятся внутри капсул. Для обеспечения на- дежного прохождения ультразвуковых волн через контакт дно капсулы-наковальни их поверхности должны быть прижаты друг к другу со значительной силой. В то же время, для обеспечения поворота червячного колеса вместе с капсулой необходимо чтобы это прижатие было минимальным (в идеальном случае - его вообще не было)т.к. сила трения прямо пропорциональна усилию прижатия друг к другу трущихся поверхностей. Следовательно, чтобы ультразвуковые колебания надежно проходили через контакт двух поверхностей, эти поверхности (поверхности капсулы и наковальни) должны быть прижаты друг к другу, а чтобы капсула надежно поворачивалась относительно наковальни этой поверхности не должны быть прижаты друг к другу.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства путем разгрузки капсулы от действия на нее пружины во время поворота капсулы,

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для определения упругих характеристик материалов дополнительно введены два валика, расположенные в упорной крышке и перпендикулярные ее оси, два кулачка, каждый из которых расположен в упорной крышке и закреплен на

валике, две втулки, каждая из которых установлена на оси упорной крышки внутри пружины и выполнена с выступом на одном ее конце, кинематически связанным с кулачком, и фланцем на другом конце, кинематически связанным с пружиной, рукоятки, установленные на валиках кулачков и расположенных на внешней поверхности упорной крышки, и указатели поворота рукояток.

0 Сущность заявляемого устройства заключается в том, что при повороте капсулы она загружается от воздействия на нее пружины, тем самым сводится к минимуму сила трения между капсулой и наковальней.

5Предложенное устройство для определения упругих характеристик материалов содержит камеру 1 высокого давления (см. фиг. 1), обойму 2 камеры высокого давления, два оппозитно размещенных в камере пор0 шня 3, две взаимодействующих с ними наковальни 4 и два, взаимодействующих с наковальнями, кольца-держателя 5 с полостями 6, закрытыми упорными крышками 7. Внутри камеры 1 высокого давления между

5 уплотнительными стальными кольцами 8 в свинцовой оболочке 9 расположен испытуемый образец 10 горной породы.

Устройство содержит кроме того выводы 11 и 12 от ультразвуковых преобразова0 телей. Внутри полости 6 расположена червячная пара, состоящая из червяка 13 и червячного колеса 14, по оси которого расположена капсула 15, в которой находятся ультразвуковые преобразователи попереч5 ных и продольных волн (не показаны). При помощи пружины 16 капсула прижата к наковальне, Между пружиной и капсулой размещен фланец 17 втулки 18, а на другом конце втулки 18 имеется выступ 19, взаимо0 действующий с кулачком 20, жестко закрепленном на валике 21. На другом конце валика расположенном на внешней поверхности в торце крышки закреплен рычаг 22 (см. фиг. 2), От червяков наружу устройства

5 выведены ручки 23, которые совместно со шкалами 24 служат указателями поворота червячного колеса, Упорные крышки зафиксированы относительно колец-держателей посредством винтов 25. Устройство содер0 жит кроме того индикаторы 26 часового типа измерения смещения поршней в процессе испытаний.

Предложенное устройства для определения упругих характеристик материалов

5 работает следующим образом.

Для проведения исследований из горной породы вытачивается образец правильной цилиндрической формы диаметром от 13 до 17 мм и высотой 20 мм, Полученный образец 10 укладывают в свинцовую оболочку 9 и помещают в камеру 1 высокого квазигидростатического давления, размещенную в обойме 1, ориентируя образец торцами относительно поршней 3. После чего через стальные уплотнительные кольца 8 к свинцовой оболочке 9 подводятся поршни 3.

Одновременно, поворотам рычага 22, кулачок 20, закрепленный на валике 21, взаимодействуя с выступом 19 втулки 18, поднимает саму втулку, которая своим фланцем 17 сжимает пружину 16, разгружая тем самым капсулу 15 от воздействия на нее пружины. После этого вращением ручек 23, т.е. вращением червяков 13 червячные колеса 14 устанавливаются так, чтобы плоскости поляризации ультразвуковых преобразователей, размещенных в капсулах 15 и связанных с червячными колесами 14 через капсулы, совпали. При этом по шкалам 24 берется отсчет, который в дальнейшем берется за нулевую точку отсчета поворота преобразователей. После этого рычаги 22 устанавливаются в начальное положение. Кулачок 20 опускает втулку 18, благодаря чему капсула 15 прижимается пружиной 16 к наковальне 4.

В процессе исследований, источник давления (на фиг. не показан) воздействует через упорные крышки 7 на стальные кольца-держатели 5, от них - на наковальни 4, поршни 3 и через стальные уплотнительные кольца 8 на заключенный в свинцовую оболочку 9 исследуемый образец 10 горной породы.

Величина перемещения поршней 3 контролируется по показаниям индикаторов 26 часового типа.

Включением генератора возбуждается один из двух ультразвуковых преобразователей, размещенных в капсулах 15, созданные им поперечные волны проходят через образец 10 горной породы и принимаются вторым ультразвуковым преобразователем поперечных волн, преобразуются им в электрические сигналы, которые через усилитель подаются на осциллограф.

Поворотом рычагов 22, капсулы 15 освобождаются от воздействия на них пружин 16. Затем поворотом ручек 23 капсулы с ультразвуковыми преобразователями поперечных волн посредством червяков 13 и червячных колес 14 поворачиваются относительно исследуемого образца 10 на задаваемый угол, величину которого контролируют по шкалам 24.

Рычаги 22 устанавливаются в начальное

положение и капсулы 15 посредством пружин 16 прижимаются к наковальням 4.

После этого вновь проводится очередное исследование прохождения поперечных волн через образец 10.

Такие циклы исследования не снимая высокого квазигидростатического давления проводятся многократно, пока преобразователи поперечных волн не совершат полный оборот на 360° относительно образца, получая тем самым круговую развертку прохождения поперечных волн через образец 10 горной породы при данном давлении. По сравнению с прототипом (см. заявка

№ 4685692/28 от 17.04.89 г) предложенное устройство позволяет повысить надежность работы устройства путем разгрузки капсулы от действия на нее пружины во время поворота капсулы.

Кроме того, при использовании заявляемого устройства появляется возможность измерения анизотропии скоростей поперечных волн от давления ступенчато повышая давление от атмосферного до 30 кбар и

проводя полный цикл исследований на каждой ступени давления.

Формула изобретения Устройство для определения упругих характеристик материалов по авт. св. № 1682912,

отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства путем разгрузки капсулы от действия на нее пружины вовремя поворота капсулы, оно снабжено двумя валиками, расположенными вупорной крышке и перпендикулярными ее оси, двумя кулачками, каждый из которых расположен в упорной крышке и закреплен на валике, двумя втулками, каждая из которых установлена по оси упорной крышки

внутри пружины и выполнена с выступом на одном ее конце, кинематически связанным с кулачком, и фланцем на другом конце, кинематически связанным с пружиной, рукоятками, установленными на валиках

кулачков и расположенных на внешней поверхности упорной крышки, и указателями поворота рукояток.

Л t9 /f /7

/ / / /

12

Использование: изобретение относится к акустическим измерениям в горных породах и может быть использовано для изучения анизотропии упругих свойств горных пород при высоких давлениях и является дополнительным кавт.св, № 1682912. Цель: повышение надежности работы устройства путем разгрузки капсулы от действия на нее пружины во время поворота капсулы. Сущность изобретения: поворотом рычага 22 кулачок 20, закрепленный на валике 21, взаимодействуя с выступом 19 втулки 18, поднимает саму втулку, которая своим фланцем 17 сжимает пружину 16, разгружая тем самым капсулу 15 от воздействия на нее пружины. После этого поворотом ручек 23 капсулы с ультразвуковыми преобразователями поперечных волн посредством червяков 13 и червячных колес 14 поворачиваются относительно исследуемого образца 10 на задаваемый угол, величину которого контролируют по шкалам 24. Рычаги 22 устанавливаются в начальное положение и капсулы 15 посредством пружин 16 прижимаются к наковальням 4. Положительный эффект: предложенное устройство позволяет повысить надежность работы устройства путем разгрузки капсулы от действия на нее пружины во время поворота капсулы. Кроме того, при использовании заявляемого устройства появляется возможность измерения анизотропии скоростей поперечных волн от давления, ступенчато повышая давление от атмосферного до 30 кбар и проводя полный цикл исследований на каждой ступени давления. 2 ил. (Л С