Устройство для разрушения монолитных объектов Советский патент 1992 года по МПК E21C37/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано-при ремонтно- строительных работах для разрушения бетона, железобетона и других материалов и объектов.

Известно устройство для разрушения монолитных объектов, включающее цилиндрический корпус, образованный раздвижными щеками и торцевыми фланцами, вставки с клиновыми поперечными сечениями, эластичную обойму с рабочим телом, узел создания давления рабочего тела в эластичной оболочке.

К недостаткам устройства относятся низкая надежность и сложность управления его работой, обусловленные сложностью конструкции.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для разрушения монолитных обьектов, включающее распорный элемент из материала с эффектом памяти формы, имеющий форму трубы, прямолинейной при нормальной температуре и изогнутой в продольном

направлении при температуре Т свыше температуры мартенситного превращения Тм, а также систему нагоева распорного элемента.

Недостатком известного устройства является пониженная эффективность разрушающего действия устройства в силу недостаточно полного использования напряжений, генерируемых в распорном элементе и разрушаемом объекте в процессе проявления эффекта памяти формы.

Целью изобретения является повышение эффективности разрушающего действия устройства на монолитные объекты за счет генерирования в них объемного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для разрушения монолитных объектов, включающем распорный элемент из материала с эффектом памяти формы, имеющий форму трубы, прямолинейной при нормальной температуре и изогнутой в продольном направлении при температуре Т свыше температуры мартенситного превра(Л

С

о

ел ы ю ы

щения Тм материала трубы, а также систему нагрева распорного элемента при Т Тм труба выполнена с эллиптическим поперечным сечением и скрученными относительно продольной оси в противоположных направлениях концами

На фиг.1 представлено устройство, расположенное в отверстии монолита (в шпуре), общий вид; на фиг.2 - форма распорного элемента после формообразования и после нагрева до Т Тм в процессе разрушения монолита (а), а также после холодной деформации при нормальной температуре (б).

Устройство состоит из распорного элемента 1 в виде трубы, изготовленной из .сплава с эффектом памяти формы, например, из никелида титана марки ТН-1 с температурой мартенситного превращения Тм 40-60°С; торцевой пробки 2, выполненной из эластичного токопроводящего материала, например металлизированной резины, упругой спирали, не исключающих другие конструкции; изолированных проводов 3 и 4. Устройство может быть снабжено опорно- дистанционирующими элементами в виде эластичных втулок 5 или иметь набивку, например, из волокнистых оксидных и других тепло- и электроизоляционных материалов, Кроме того, токоподвод 3 может быть скручен в спираль, благодаря упругим свойствам которой он приобретает эластичные и самонесущие свойства.

Устройство работает следующим образом.

При изготовлении и подготовке трубы распорного элемента 1 к работе (в процессе формообразования) ее предварительно изгибают известным способом, затем сплющивают, придавая поперечному сечению форму эллипса с большим диаметром D и малым диаметром d при соблюдении соотношения D/d 1,1-1,8. Нижний и верхний пределы соотношения D/d обусловлены объемом памяти формы сплава и геометрией трубы. За этими пределами выполнение работы распорным элементом 1 малоэффективно. После сплющивания концы трубы скручивают вокруг продольной оси во взаимно противоположных направлениях на угол 10-25° на длине 100 мм, также обусловленном объемом памяти формы и геометрией трубы (толщиной). В результате распорный элемент 1 принимает форму, показанную на фиг.2а; далее распорный элемент 1 подвергают холодной пластической деформации, например прокатке, после которой он приобретает форму прямолинейной круглой трубы, как показано на фиг.2б, и которую он сохраняет при нормальной температуре, Перед работой

0

5

0

один конец трубы закрывают торцевой пробкой 2 с токоподводом 3, а к другому присоединяют токоподвод А. Устройство устанавливается в шпуре 6 монолита 7, при этом в случае образования значительных зазоров 8 последние заполняются, например, сухим песком, саморасширяющимся цементным раствором, либо специальными профилированными, например, коническими прокладками с режущими кромками. Концы токоподводов 3 и 4 присоединяются к источнику тока напряжением, например, 36 В. При пропускании тока через распорный элемент 1 происходит его разогрев до темпера- туры 100-150°С, достаточной для протекания обратного мартенситного превращения и проявления эффекта памяти формы. В результате распорный элемент 1 принимает первоначальную форму (фиг,2а), при этом в нем генерируются напряжения термомеханического возврата, достигающие 500-600 МПа, которые передаются монолитному объекту 7 и которые вызывают в нем значительные по величине контактные 5 напряжения (200-300 МПа), под действием которых он разрушается.

Скручивание концов трубы относительно продольной оси совместно с ее изгибом и эллипсообразованием (сплющиванием) позволяет, как показали данные расчетов и экспериментов, наиболее полно использовать деформационные свойства сплава с па- мятью формы и напряжения термомеханического возврата, по разному проявляющиеся в зависимости от величин предварительной деформации при растяжении и сжатии, которые задаются соответствующей механической обработкой. При этом наиболее эффективным является скручивание концов в противоположных направлениях после изгиба трубы и последующего за ним сплющивания, в результате чего труба одновременноо растягивается, сжимается и ей придается крутящий момент. В процессе работы (при Т Тм) названные деформации проявляются в обратном направлении, а разрушаемые объект подвергается соответствующим контактным нагрузкам, причем при .раскрутке трубы наблюдается процесс миграции точек приложения нагрузок, что позволяет выявить наиболее слабые места в монолите, содержащие пустоты, трещины и т.д. и инициирующие его разрушение. Величина напряжений определяется длиной, диаметром и толщиной трубы распорного элемента 1, а также свойствами материала трубы.

По сравнению с базовым объектом предлагаемое устройство отличается более высокой эффективностью работы за счет по0

5

0

5

0

5

вышенного разрушающего действия распорного элемента на монолитные объекты, простотой обслуживания, так как не требует введения дополнительных нагревательных элементов, а также возможностью автоматизации и дистанционного управления, дол- говечностью, экономичностью и безопасностью. Величина полезного хода при полном восстановлении формы предлагаемого устройства в 5-7 раз больше по сравнению с известным и составляет 15-30 мм.

Устройство может использоваться в горной промышленности для разрушения горных пород и минералов, в том числе драгоценных и полудрагоценных камней; в энергетике для разрушения железобетонных конструкций, например корпусов высокого давления атомных энергетических установок При их демонтаже; в металлургии для ремонта футеровки нагревательных и плавильных печей; в гражданском и промышленном строительстве, например при

разрушении пластов вечной мерзлоты, в ремонтно-строительных и спасательных работах при наличии труднодоступных мест и агрессивных сред, а также в других отраслях

народного хозяйства.

Формула изобретения Устройство для разрушения монолитных объектов, включающее распорный элемент из материала с эффектом памяти

формы, имеющий форму трубы, прямолинейной при нормальной температуре и изогнутой в продольном направлении при температуре свыше температуры мартен- ситного превращения, а также систему нагрева распорного элемента, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности разрушающего действия устройства при температуре выше температуры мартенситного превращения, труба выполнена с эллиптическим поперечным сечением и скрученными относительно продольной оси в противоположных направлениях концами.

Использование: горное дело, ремонтно- строительные работы для разрушения бетона, железобетона и других материалов и объектов. Сущность изобретения: устройство содержит распорный элемент из материала с эффектом памяти формы, имеющий форму трубы,прямолинейной при нормальной температуре, изогнутой в продольном направлении и выполненной с эллиптическим поперечным сечением со скрученными относительно продольной оси в противоположных направлениях концами при температуре выше температуры мэртенситного превращения. 2 ил,

фиг.1

&Т

v-y a

Фиг. 2