Прибор для определения механических свойств горных пород Советский патент 1977 года по МПК G01N3/00 

1

Изобретение относится к горнорудной и угольной промышленности, в частности к области определения механических свойств горных пород.

Известен прибор для определения прочности горных пород, содержащий нагрузочное устройство и силоизмерительное устройство с фиксатором положения механического динамометра в сжатом состоянии 1.

Известеи также прибор указанного назначения, нагрузочное устройство которого снабжено плаваюидей гайкой с шаровыми шпонками, а ее хвостовик оборудован зубчатой муфтой 2.

Недостатком обоих приборов является невозможность определения деформационных характеристик.

Цель изобретения-обеспечение возможности определеиия деформационных характеристик. Это достигается тем, что в приборе для определения механических свойств горных пород на образцах произвольной формы методом сосредоточенного нагружения, включаюш,ем нагрузочное устройство, размещенное в корпусе, и силоизмерительное устройство с фиксатором положения механического динамометра в сжатом состоянии, корпус нагрузочного устройства снабжен поворотной втулкой с элементом ее стопорения относительно корпуса, а также элементом стопорения

фиксатора положения механического динамометра относительно поворотной втулки, которая соединена с корпусом нагрузочного устройства и с фиксатором.

На чертеже показан предлагаемый прибор. Прибор состоит из рамы, включающей основание 1, штанги 2 и верхнюю траверсу 3; нагрузочного устройства, содержащего корпус 4 с крышкой 5, червяк 6, червячное колесо 7,

плавающую гайку 8, соединенную с червячным колесом шаровыми шпонками 9, ходовой винт 10, который одним концом ввинчен в гайку 8, а другим упирается через подшипник И в плунжер 12, и нагрузочные инденторы

13, например стандартные стальные шарики; узла настройки на размер образца, включающего шток 14, винт 15, зпорный подщипник 16 и маховичок 17; силоизмерительного устройства, в состав которого входят стандартный механический динамометр 18 (например типа ДОСМ), фиксатор положения механического динамометра в сжатом состоянии в виде полого винта 19, надетого на хвостовик гайки 8, связанного с ней нереверсивной зубчатой .муфтой 20 через шпонку 21 и ввернутого в поворотную втулку 22, которая может быть застопорена в крышке 5 корпуса 4 винтом 23, стопорный маховичок 24 и пружинный двигатель 25; }стройства для измерения сближения нагрузочных инденторов 13, состоящего из индикаторов 26, расположенных во втулках-струбцинах 27, которые могут быть неподвижно соединены со штоком 14 стопорными винтами 28, и установочных винтов 29, ввернутых в плунжер 12 и упирающихся головками в измерительные наконечники индикаторов 26.

Устройство работает следующим образом. Испытываемый образец размещается между нагрузочными инденторами 13. Настройка на размер образца осуществляется вращением маховичка 17 при отпущенных винтах 28; последнее обеспечивает свободное скольжение штока 14 по втулкам-струбцинам 27. Вращение маховичка 1/ передается винту 15, в результате чего шток 14, благодаря шпоночному соединению с траверсой 3, перемещается вверх или вниз. Настройка заканчивается доведением инденторов до легкого касания с образцом.

После настройки на размер образца в зависимости от вида испытания (на прочпость или на деформируемость) стопорные винты 28 либо остаются отпущенными (определение прочности), либо ввинчиваются и скрепляют шток 14 с втулками-струбцинами 27 (определение деформируемости).

Последующее нагружение образца производится вращением рабочей рукоятки, при котором приходит в движение пара червяк 6 - червячное колесо 7, а от последнего через шаровые шпонки 9 вращение передается плавающей гайке 8. Так как перемещение гайки 8 в осевом направлении ограничивается упором ее хвостовика либо в динамометр через упорный подшипник (смещение вниз), либо в полый винт 19 (смещение вверх), то винт iO благодаря шлицевому соединению со ступицей верхней крышки корпуса 4 нагрузочного устройства перемещается вверх или вниз в зависимости от направления вращения рабочей рукоятки.

При движении вверх винт 10 через упорный подщипник 11 толкает вверх плунжер 12. Происходит нагружение образца. При этом динамометр воспринимает на себя реакцию силы нагружения образца. Нагруженными оказываются следующие элементы несущей рамы: основание 1-штанги 2-траверса 3.

При включенном механизме фиксации (испытание на прочность, образец нагружается до раскалывания) винт 23 завернут до упора, и поворотная втулка 22 застопорена относительно крыщки 5. Зубчатая муфта 20 вращается через щпонку 21 совместно с гайкой 8 и благодаря соответствующему наклону зубьев проскальзывает по винту 19. Поэтому винт 19 получает вращение лишь от пружинного двигателя 25 и, перемещаясь по резьбе во втулке 22, остается прижатым к буртику хвостовика гайки 8, следя таким образом за перемещением гайки 8 вниз на величину сжатия динамометра.

В момент разрушения (раскалывания) образца под действием энергии сжатого динамометра плавающая гайка 8 стремится переместиться вверх. Однако этому препятствует винт 19, так как резьбовое соединение его с втулкой 22 выполнено самотормозящимся.

Поэтому гайка 8 остается на месте и, следовательно, показание динамометра 18 фиксируется. При этом нагруженными оказываются следующие элементы несущей рамы: основание 1-штанга 2 на участке меледу основанием 1 и верхней крышкой корпуса нагрузочного устройства - корпус 4 нагрузочного устройства с крышкой 5.

После записи показания динамометра, соответствующего раскалывающей нагрузке,

вращением рабочей рукоятки в обратном нанравлении через муфту 20, которая своими зубцами увлекает винт 19, последний возвращается в исходное полол ение, одновременно разгружается динамометр и заводится пружина двигателя 25. При этом винт 10 втягивается в гайку 8 и на соответствующую величину опускается вниз плунжер 12.

Определения деформационных характеристик непосредственно сводятся к измерению

нагрузок и соответствующих им контактных деформаций внедрения инденторов в породные образцы.

Для разделения упругих и пластических деформаций цикл испытания образца состоит

из ступенчатого нагружения и разгружения. Индикаторами 26, которые при определении деформационных характеристик через втулки-струбцины 27 неподвижпо скреплены со щтоком 14 винтами 28, под нагрузкой фиксируется суммарная деформация внедрения, после разгруз.ки - пластическая (остаточная), а их разность дает упругую деформацию.

Для отключения механизма фиксации сначала при ввернутом до упора винте 23 вращением рабочей рукоятки полый винт 19 приводят в крайнее верхнее положение (пружина двигателя 25 при этом заводится до упора). Затем до упора вворачивают маховичок 24, в результате чего винт 19 стопорится в

поворотной втулке 22. Далее винт 23 выворачивается и поворотная втулка 22 получает возможность вращаться в крышке 5 корпуса 4. В результате во время нагружения зубчатая муфта 20, вращаясь совместно с гайкой

8, проскальзывает по винту 19, но винт, будучи в данном случае застопоренным в резьбе втулки 22, не следует за перемещением плавающей гайки 8 вниз. Во время разгрузки зубчатая муфта 20

своими зубцами увлекает винт 19. Последний застопорен маховичком 24 в новоротной втулке 22. В результате весь узел механизма фиксации свободно проворачивается в крышке 5 корпуса 4 (винт 23 вывернут). При этом

винт 10 втягивается в гайку 8, на соответствующую величину опускается плунжер 12 и образец разгружается. Одновременно разгружается динамометр. Гайка 8, вращаясь, перемещается вверх, не встречая буртиком хвостовика винт 19.

Формула изобретения

Прибор для определения механических свойств горных пород на образцах произвольной формы методом сосредоточениого нагружения, включающий нагрузочное устройство, размещенное в корпусе, и силоизмерительное устройство с фиксатором положения механического динамометра в сжатом состоянии, отличающийся тем, что, с целью определения деформационных характеристик горных пород, корпус нагрузочного устройства снабжен соединенной с ним и с фиксатором поворотной втулкой с элементом ее стопорения относительно корпуса, а также элементом стопорения указанного фиксатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство № 332223, М. Кл.2 Е 2IC 39/00, 1970.

2. Авторское св 1детельство № 415370, М. Кл.2Е 21С 39/00, 1972.

/7