Породоиспытательный прибор Советский патент 1981 года по МПК E21C39/00 G01N3/02 

(54) ПОРОДОИСПЫТАТЕЛЬНЫП ПРИБОР ней б, входящей в контакт с шестерней 7, жестко соединенной через вал опертый, на подшипники 9, с моментомером ID , который, в .свою очередь, при водит во вращение шестерню 11, закре ленную жестко на одном валу 12 со шпинделем 3. Вал 12 установлен на радиальном и осевом подшипниках 13 и 14, Шестерня 11 входит в зацепление с шестерней 15, расположенной на одном валу 16 с приемной катушкой 17 лентопротяжного механизма 18. Перед шпинделем 3, фиксирукяцим породоразрушаклций инструмент 19, расположено породоподающее усЕройство 20, закрепленное в корпусе 1 винтами 21, позволяющими перемещать и устанавливать его в плоскости, перпендикулярной оси вращения породоразрушающего инструмента 19. Породоподакщее устройство 20 пред ставляет собой цилиндрический корпус 22, внутри которого свободно, но без люфтов, перемещается цилиндр 23, с одной стороны которого жестко закреплена обойма 24 с испытуемым образ цом 25 ПОРОДЫ:, а другую сторону подпирает пружина 26, расположенная внутри цилиндрического корпуса 22 И выталкивающая с постоянным усилием в пределах15% цилиндр 23 во всем его диапазоне перемещения в цилиндре 22. К стенке цилиндра 23 прикреплен винт 27, который проходит по оси цилиндров 22 и 23 и предназначен для перемещения цилиндра 23 в направлении сжатия пружины 26 путем накручивания гайки 28, опирагадейся на стенку цилиндрического корпуса 22, на винт 27. На внешней поверхности цилиндра 23 по окружности закреплены штыри 29, перемешающиеся в пазах цилиндрическо го корпуса 22 и предназначенные для предотвращения проворачива шя цилинд ра 23 в цилиндрическом корпусе 22. На цилиндрическом корпусе 22 расположен кронштейн 30, в котором перемещается фиксатор 31, входящий в зацепление со штырем 29 и удерживакядим цилиндр 23 в положении, при котором пружина 26 сжата. Для перемещения породоподающего устройства 20 вдоль оси породоразрушающего инструмента 19 на внаиней поверхности цилиндрического корпуса 22 имеется резьба, по которой переме щаются гайки 32, фиксирукмцие цилиндрический корпус 22 относительно винтов 21. Моментомер 10 состоит из шестерни 33, прижимакяцейся своим скошенным торцом под действием пружины 34 к роликам 35, расположенным на обойме 36, жестко закрепленной на валу 8 Шестерня 33 закреплена на валу 8 таким образом, что способна перемещаться вдоль него, сжимая пружину 34 упирающуюся противоположной стороной своей в тарельчатый упор 37, Торцовая поверхность шестерни 33 через ролик 38 и тягу 39 связана с самописцем 40, входящим в контакт с миллиметровой лентой 41, намотанной на катушки 17 и 42 лентопротяжного механизма 18. Для записи перемещения образца 25 породы относительно породоразрушающего инструмента 19 на внешней поверхности обоймы 24 имеется упор 43,.соединенный через ползун 44 и тягу 45 с самописцем 46, входящим в контакт с лентой 41. Породоразрушающий инструмент 19 включает вилку 47, в которой посредством винта 48 жестко закреплены нож 49, изоляционные обкладки 50, в которых с возможностью перестановки по ширине ножа 49 закреплена контакторная пластина 51, соединенная изолированным проводом 52 с токосъемником 53. Нож 49, соединенный с контакторной пластиной 51, образуют замкнутую электрическую цепь привода 2 . Для управления приводом 2 предусмотрена установка в электроцепи электрореле {не показано), соединенного с контактами 54 породоразрушающего инструмента 19 и контактами 55 концевого выключателя 56. Для замера расхода мощности в электрической цепи двигателя ус тановлен счетчик расхода мощности (не показан), который включается выключателем 57, сблокированным с фиксатором 31. Породоиспытательный прибор работает следующим образом. В обойму 24 вставляется испытуемый образец 25 породы и, накручивая гайку 28 на резьбу винта 27, отводят цилиндр 23 до срабатывания фиксатора 31, который удерживает его в этом положении, затем отводят гайку 28 в крайнее положение на винте 27. Винтами 21 и гайками 32 устанавливают породоподающее устройство 20 таким образом, что острие ножа 49 упирается в образец 25 породы. Предварительно лентопротяжный механизм 18 заряжается лентой 41, на которой устанавливают самописцы 40 и 46. Включается привод 2, который через муфту 4, редуктор 5, шестерни 6 и 7, Моментомер- 10 и шестерню 11 приводит во вращение шпиндель 3 с породоразрушающим инструментом 19 и катушки 17 и 42 с лентой 41 лентопротяжного механизма 18. При выводе фиксатора 31 из зацепления со штырем 29 осуществляется подача образца 25 породы с постояннымусилием в пределах 5% на всем диапазоне возможного перемещения цилиндра 23 в цилиндрическом корпусе 22 посредством пружины 26 на нож 49 породораз- рушающего инструмента 19 и одновременно включают выключателем 57 счетчик расхода мощности приводом. При буреНИИ и углублении лунки образец 25 п роды с обоймой 24 и цилиндром 23 надвигается на нож 49 и упор 43 через ползун 44 и тягу 45 перемещает самоп сец 46, который вычерчивает на ленте 41 график перемещения образца 25 породы относительно породоразрушающе го инструмента 19. .По мере бурения образца 25 породы в кинематике привода, породоразрушающего инстоумента 19 возникает дополн тельный крутящий момент, который регистрируется на ленте 41 самописцем 40, соединенным через тягу 39 и ролик 38 с торцовой поверхностью шестерни 33, которая, проворачиваясь скошенными торцами по роликам 35 обоймы 36, перемещается вдоль вала 8 сжимая пружину 34, пропорционально величине дополнительного крутящего момента. Наличие местной неровности на торцовой поверхности шестерни 33 контактирующей с роликом 38,. дает возможность отмечать самописцем 40 на ленте 41 обороты шпинделя 3. При бурении происходит изнашивани режущих кромок нож.а 49 в зависимости от абразивности образца 25 породы. При заданном износе режущих кромок ножа 49 контакторная пластина 51 зад вает днище лунки образца 25 породы и отходит от поверхности ножа 49, размыкая электрическую цепь реле (не показано), которое срабатывает и размыкает цепь питания привода 2. В случае бурения неабразивного образ ца 25 породы режущие кромки ножа 49 не успевают полностью износиться за весь свободный ход цилиндра 23 и штырь 29 вступает в контакт с концевым выключателем 56, размыкая электрическую цепь реле, которое сра батывает и размыкает цепь питания привода 2. Глубина вбуривания породоразрушаю щего инструмента 19 в образец 25 породы до заданного износа режущих кромок ножа 49, т.е. pQ отключения привода 2, характеризует абразивност образца 25 породы. Глубину вбуривани ножа 49 определяют по графику, вычер ченному на ленте 41 самописцем 46 или по нахождению риски на штыре 29 относительно рисок на цилиндрическом корпусе 22. Полученные данные позволяют более точно определить комплекс характеристик породы, представленной испытанным образцом. Абразивность может быть выражена глубиной вбуривания ножа,т.е. в мм, или отношением массы изношенной части ножа (в мг) к массе выбуренной породы (в г) , твердость породы прямо пропорциональна величине усилия подачи образца породы на нож и обратно пропорциональна корню квадратному величины углубки ножа в образец поре- ды в начале буренияf коэффициент, износостойкости инструментального материала характеризуется глубиной вбуривания ножа в эталоншлй образец породы и выражен в милиметрах или отношением массы выбуренной породы к массе изношенной части ножа (г/мг); энергоемкость разрушения прямо пропорциональна величине момента разрушения образца породы в начале сверления, времени одного оборота шпинделя и обратно пропорциональна объему выбур1внной породы за это же время. Этот показатель можно выразить отношением показаний счетчика расхода мощности (з кВ) к массе выбуренной породы (в г) . На предлагаемом приборе также можно определить временное сопротивление породы на срез,, определяемого по величинам осевого усилия, крутящего момента и углубки ножа в одинаковые моменты времени, провести статическое зондирование грунта, применив для этого вместо породораэрушающего инструмента специальный индентор, в качестве которого может быть применен простой наконечник в виде усеченного конуса. При этом сопротивление грунта смятию прямо пропорционально усилию, развиваемому пружиной 26, и обратно пропорционально площсщи основания конуса, Формула изобретения 1.Породоиспытательный прибор, включающий корпус, породоразрушающий инструмент, породоподающее устройство, лентопротяжный механизм записи парамет)ов разрушения горной породы и при вод, отличающийс я тем, что, с целью повыиения точности измерения физико-механических свойств горной породы, прибор снабжен счетчиком потребляемой мощности привода, а породоразрушающий инструмент выполнен в виде ножа и снабжен контакторной пластиной с изоляционными обкладка1 м,. образующей вместе с ножом электрическую цепь привода. 2.Прибор ПОП.1, отличающийся тем, что контакторная пластина закреплена с возможностью перестановки по ширине ножа. Источники информации принятые во внимание при экспертизе 1..Берон А.И, Ватолин E.G. и др. Исследования прочности и деформируемости горных пород. М., Наука, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР 226916, кл. G 01 N 3/02, 1964.

SS

22

4