Устройство для регистрации механических колебаний Советский патент 1993 года по МПК G01H1/00 

Изобретение относится к неэлектрическим методам наблюдения за механическими колебаниями и может быть использовано, например, в горнодобывающей промышленности, в сейсмологии и других отраслях для визуального контроля.

Цель изобретения - упрощение конструкции.

Для достижения поставленной цели в устройстве для регистрации механических колебаний, содержащем корпус, перегородки, образующие два сообщающихся отсека, и расположенное в корпусе чувствительное к колебаниям рабочее тело, в качестве рабочего тела использован сыпучий материал, перегородки установлены взаимно перпендикулярно с зазором, выбранным.из соотношения

h ,

где h - величина зазора между торцом одной перегородки и плоскостью другой;

L- расстояние от торца другой перегородки до плоскости первой;

р, угол естественного откоса сыпучего материала.

Как известно, одной их характеристик сыпучего материала является угол естественного откоса, т.е. угол наклона свободйо отсыпанного материала к горизонту. Легкосыпучим материалом считается зернистый материал с частицами размером 0,5-10 мм. Угол естественного откоса такого материала составляет 30° и менее. Если свободная поверхность сыпучего материала наклонена под углом естественного откоса, то слой материала, прилегзющий к ней, находится Б состоянии предельного равновесия. При этом материал внутри насыпи находится в

условиях допредельного состояния, Предельное состояние означает, что достаточно весьма малых возмущений, чтобы начались неограниченные деформации. Наличие чувствительного, находящегося в предельном состоянии слоя, приводит к тому, что даже небольшие возмущения вызывают течение материала. Причем количество перемещенного материала пропорционально времени действий колебаний и увеличивается с увеличением их интенсивности.

Точность способа можно повысить, уве- личиаая площадь чувствительного слоя. Для зтого мужно изменить положение внутри устройства взаммоперпендикулярных перегородок. Стабильность работы устройства, реализующего способ, во времени обеспечивается за счет зффекта самозапирания. Это значит, что при отсутствии колебаний сыпучий матерка/ находится в покое. Течение его из верхнего отсека в нижний отсутствует. Эффект самозапирания- позволяет все время (независимо от наличия колебаний) сохранять угол наклона свободной поверхности постоянным и равным или меньшим угла естественного откоса. Известно, что эффект самозапирания отсутствует у жидкостей. В этом смысле предлагаемые способ и устройство имеют преимущество перед известными, где в качестве чувствительного злемента используют жидкость.

Устройство позволяет накапливать информацию о колебательном процессе и определять его интегральную обобщенную характеристику. Этоохазыэается необходимым, например, при определении способности вибратора транспортировать горную породу. Предлагаемое устройство упрощает такое определение. Причем, кроме простой регистрации механических колебаний, можно провести измерения и получить количественные характеристики вибрации.

Установление в корпусе предлагаемого устройства взаимоперпендикулярных перегородок позволяет наблюдать истечение сы- пучего материала под воздействием колебаний. Для регистрации способа необходимо, чтобы поверхность сыпучего материала была наклонена к горизонту под углом а(р , где (р, -угол естественного, откоса материала. Для инициации течения из состояния предельного равновесия теоретически достаточно бесконечно малого возмущения (см. В.В.Соколовский. Статика сыпучей среды. М.: Физматгиз. 1960). Практически же, в силу того, что частицы имеют конечные размеры и образуют определенную упаковку, это возмущение конечно. То есть состояние равновесия и течения оггре0

5

0

5

0

5

0

5

делены некоторым порогом. Величина этого порога определяет верхнюю границу интенсивности колебаний, которые могут регистрироваться предлагаемым устройством. Величину указанного порога можно менять, применяя сыпучие материалы, отличающиеся величиной внутреннего трения (угла естественного откоса). Можно менять величину этого порога путем увеличения площади свободной поверхности материала. Для этого нужно уменьшить зазор h или увеличить L

Именно конструктивные особенности предлагаемого устройства позволяют наблюдать за истечением сыпучего материала под воздействием колебаний без применения каких-либо оптических приборов.

Сравнение заявляемого устройства с прототипом показало, что оно отличается взаимным расположением перегородок внутри корпуса, одна из которых установлена над другой и перпендикулярно ей, причем между перегородками имеется зазор, величина его выбирается из соотношения h L-tg p , где L - расстояние от торца одной из перегородок до плоскости другой; (f -угол естественного откоса сыпучего материала.

На фиг. 1 изображено устройство для регистрации механических колебаний; на фиг.2 и 3 - рисунки, поясняющие процесс.

Устройство содержит верхний отсек 1 для легкосыпучего материала 2, нижний отсек 3, вертикальную перегородку 4,горизон- тальную перегородку 5 (фиг.1). Вертикальная перегородка 4 установлена с зазором h относительно горизонтальной перегородки 5 на расстоянии L от свободного конца перегородки 5 (фиг.2).

Способ осуществляют следующим образом.

1 В исследуемом горном массиве, рудоспуске, выработке, отвале создают вибрацию с целью транспортирования пустой породы, отбитой руды и т.п. Для установления оптимальных режимов работы, в частности для выбора параметров вибромашины, требуется оценить эффективность распространения вибровозбуждения в транспортируемом материале. На определенном расстоянии от вибратора устанавливают устройство для регистрации механических колебаний (фиг.1). Устройство представляет собой коробку из прозрачного материала (оргстекла), разделенную внутренними перегородками 4 и 5 на отсеки 1 и 3. Сыпучий материал 2 помещают в верхний отсек 1. Вертикальную 4 и горизонтальную5 перегородки устанавливают так, чтобы свободная

поверхность сыпучего материала 2 составляла с горизонтом угол а, В силу известно- то эффекта самозапирания свободная поверхность материала будет проходить через точки А и В (фиг.2). Изменяя взаимное расположение внутренних перегородок 4 и 5, т.е. меняя h - зазор между перегородкой 4 и перегородкой 5 и L - расстояние от перегородки 4 до свободного конца перегородки 5, можно менять угол а . Если этот угол меньше угла естественного откоса, то материал будет находиться в допредельном состоянии. Однако частицы, расположенные Via поверхности АВ, находятся под действием постоянной скатывающей силы Та

При отсутствии колебаний силы Та недостаточно, чтобы преодолеть порог чувствительности, и материал находится в покое. При наличии колебаний сила тQ преодолевает этот порог, и начинается течение. Уменьшение величины угла а от величины угла рцо 5-7° позволяет варьировать порог чувствительности способа. Этого можно достигнуть, уменьшая зазор h или увеличивая длину L. Можно также устанавливать все устройство под определенным углом к горизонту (фиг.З), тогда а - р - д ,

При фиксированном угле наклона свободной поверхности лекосыпучего материала к горизонту чувствительность способа можно увеличить путем увеличения площа- ди свободной поверхности легкосыпучего материала. Это, однако, может привести к необходимости увеличить габариты устройства.

Оптимальный вариант размеров и взаи- морасположение элементов устройства выбирается в каждом конкретном случае. Однако в любом случае должно выполняться требование наклона свободной поверхности материала к горизонту под углом не больше, чем угол естественного откоса. Тогда на основании наблюдений за поверхностью сыпучего материала можно определить интенсивность переданных вибраций.

Следует отманить, что предлагаемый способ не позволяет непосредственно измерить параметры вибрации (амплитуду, Ча5

«

0 с

5 0

стоту и т..я), Он определяет интегральное значение вибраций, т.е. способность колебаний транспортировать сыпучий материал, В ряде случаев это является конечной целью исследований. В других случаях, когда необходимо измерить конкретные параметры, нужно соединить предлагаемый способ с известными.

В институте горного дела СО АН СССР проводились опыты по регистрации механических колебаний. Устройство для регистрации представляло собой прямоугольную коробку из оргстекла. Внутри нее были установлены две перегородки, укрепленные в корпусе так, что их можно было перемещать, вертикальную - в вертикальней плоскости, а горизонтальную - в горизонтальной. Через отверстие в верхней крышке засыпали кварцевый песок, который наполнял верхний отсек. Размеры коробки: высота 200 мм, ширина 80 мм, глубина 40 мм. Расстояние h и длину L изменяли. Устройство устанавливали на некотором расстоянии от вибратора.

Опыты показали, что предлагаемые способ и устройство отличаются достаточной чувствительностью и значительно упрощают наблюдение за колебательным процессом.

Формула изобретения

Устройство для регистрации механических колебаний, содержащее корпус, перегородки, образующие два сообщающихся отсека, и расположенное в корпусе чувствительное : колзбачикм рабочее тепо, о т л и чающееся тем, что. с целью упрощения, в качестве рабочего тела использоэчн сыпучий материал, перегородки установлены взаимно перпендикулярно с зазором, выбранным из соотношения

h btg ip,

где h - величина зйора между торцом одной перегородки и плоскостью другой перегородки;

L- расстояние от торца другой перегородки до плоскости первой перегородки;

р- угол естественного откоса сыпучего материала.

Изобретение относится к средствам и методам визуального контроля механических колебаний. Оно позволяет упростить процесс наблюдения. Для этого на колеблющемся основании помещают легкосыпучмй материал так, чтобы его поверхность была расположена под углом а р , где р угол 2 естественного откоса материала, и наблюдают зз его истечением в накопительную емкость. VCTPOUCTCO имеет корпус, разделенный на отсеки для легкосыпучего материала. Отсеки образованы вертикальной и горизонтальной перегородками. Расстояние между вертикальной и горизонтальной перегородками определяют по формуле h L-tg p , где h - величина зазора между вертикальной и горизонтальной перегородками, L- расстояние от вертикальной перегородки до свободного конца горизонтальной перегородки, , - угол естественного откоса материала. При наличии колебаний материал истекает в нижний отсек. Накопленный в нижнем отсеке материал может служить мерой контролируемых колебаний.3 ил. С

..-.-

Фиг.2

.З