Установка для испытания образцов при объемном нагружении Советский патент 1983 года по МПК G01N3/10 

Изобретение относится к технике испытания материалов, а именно к устройствам для испытания образцов горных пород в условиях объемного нагружения.

Известно устройство для испытания горных пород в условиях сложного напряженного состояния, содержащее корпус с испытательной камерой и размещенные в камере эластичные полые башмаки для образца С Однако устройство характеризуетсяi высокой трудоемкостью в работе, невозможностью проведения испытаний образцов различных размеров, а также невозможностью моделирования газонасыщения образца.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту является установка для испытания образцов при объемном нагружении, содержащая нагружающие устройства со штоками и механизм нагружения образца, выполненный в виде трех пар расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях опорных и взаимодействующих со штоками нажимных плит, из которых одноименные плиты установлены с зсосодом одна на другую и с возможностью перемещения в направлении.

перпендикулярном направлению восприятия нагрузки, и приспособлений для поджима каждой пары плит к . Механизм нагружения образца размещен на основании установки f 2j.

Недостатком установки является отсутствие средств позволяющих проводить исгщтания образцов горных пород в условиях близких к реальным физико10техническим процессам (горные удары, выбросы), происходящим в горных породах насыщенных газом (метаном, углекислым газом).

Цель изобретения - испытание образ15цов горных пород в условиях, приближенных к естественным. .

Указанная цель достигается тем, что в установке для испытания образцов при объемном нагружении, содер20жащей нагружающие устройства со штоками и механизм нагружения образца, выполненный в виде трех пар расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях опорных и взаимодействую2 щих со штоками нажимных плит, из которых одноименные плиты установлены с заходом одна на другую и с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном направлению- воспри3&ятия нагрузки, и приспособлений для по11жима каждой пары плит друг к другу, в одной из опорных плит выполнена полость, а установка снабжена под пружиненным клапаном, контактирующим с ним поворотным относительно оси ва ликом с фасонным вырезом, установленными в полости,- винтом, связанным посредством гибкого звена с валиком и камерой высокого давления, представляющей собой охватывающий механизм нагружения цилиндрический корпус, крышку с ниппелем, в которых выполнены отверстия для штоков, плос кости, параллельные соответствующим опорным плитам и.расположенные на наружной поверхности корпуса, отверстие , служащее для сообщения полости камеры с атмосферой и уплотненное винтом. На фиг.1 показана установка для испытания образцов при объемном нагружении, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - конструкция валика. Установка содержит камер. 1 высокого давления, представляющую собой цилиндрический корпус 2 со съемной крышкой 3, на которой установлен нип пель 4 для подвода или откачки среды из камеры 1, размещенный в корпусе 2 механизм нагружения образца 5, выпол ненный в виде трех пар расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях опорных 6-8 и соответствующих им нажимных 9-11 плит, установленных с заходом одна на другую, и приспособлений, в качестве которых использова ны пружины 12, для поджима каждой па ры плит друг к другу, нагружающие устройства (не показаны) со штокё1ми 13, проходящими через выполненные в корпусе 2 и крышке 3 отверстия 14 и взаимодействующими с нажимными плита мй 9-11, клапан 15 с пружиной 16, установленный в выполненной в опорной плите 7 полости 17, сообщающейся с внутренним объемом камеры 1, установленный в опорной плите 7 с возможностью поворота вокруг своей оси валик 18, взаимодействующий с клапаном 15 и имеющий фасонный вырез повторяющий форму торца клапана 15, рукоятку 19, насаженную на валик 18 наружной стороны плиты 7, гибкое звено 20, соединяющее рукоятку 19 с винтом 21, служащий для уплотнения выполненного в корпусе 2 отверстия 22, сообщгиощегополость камеры 1 с атмосферой. На наружной поверхности корпуса 2 выполнены параллельные соответствующим Опорным плитам 6-8 плоскости 23, благодаря которым каме ра 1 служит лишь передаточным, а не воспринимаюв1им звеном в цепи действия силовых нагрузок. Установка работает следующим образом. Образец 5 устанавливают на опорных плитг« 6-8 в корпусе 2, который закрывают крышкой 3, герметизируя анутренний объем камеры 1 высокого давления. Нажимные плиты 9-11 вместе со штоками 13 находятся в исходном положении (не соприкасаются с образцом 5), Через ниппель 4 в камеру 1 подается газ, в качестве которого используют метан под давлением, в результате чего происходит насыщение образца 5 метаном. Приводят в действие нагружающие устройства, которые посредством штоков 13 перемещают нажимные плиты 9-.11. Нажимная плита 10 скользит по нажимной плите 11 и опорной плите 6. Одновременно нажимная плита 10 соприкасается с нажимной плитой 9 и опорной плитой Q, перемещая их в направлении действия усилия от штока 13. Аналогично действие и двух других нажимных плит 9 и 11 при их перемещении. При этом происходит сжатие пружин 12, которые своим усилием обеспечивают постоянный контакт между нажимными 9-11 и опорными 6-8 плитами. Давление на образец 5 осуществляется нажимными 9-11 и опорными 6-8 плитами по всем граням образца 5. Образец 5 нагружают до определенной величины и останавливают нагружающие устройства. Между опорными 6-8 и нажимными 5-11 плитами образуется условно герметичный объем, в котором находится сжатый с определенным -усилием и насыщенный метаном образец 5. Выкручивают уплотняющий винт 2.1, и через отверстие 22 метан удаляется из внутреннего объема камеры 1, где давление практически мгновенно становится равным атмосферному. Давление же в насыщенном метаном образце 5, находящемся в условно герметичном объеме, уменьшается значительно медленнее. Затем посредством уплотняющего винта 21, соединенного с рукояткой 19 гибким звеном 20, поворачивают рукоятку 19, скрепленную с валиком 18 таким образом, чтобы фасонный вырез валика 18 оказался против торца клапана 15. Под действием пружины 16 клапан 15 перемещается по фасонному вырезу -валика 18, открывая полость 17. При мгновенном перемещении клапана 15 полость 17 соединяется с внутренним рбъемом камеры 1, в котором давление равно атмосферному. Под действием давления метана в образце 5, а также под действием напряжений, возникших в образце 5 при его деформации, часть образца выбрасывается в открывшуюся полость 17. Максимальное усилие, развиваемое на штоках нажимных плит 200 тс, а давление газа в камере выЬокого давления 100 атм. Использование предлагаемой установки позволяет исследовать физикомеханические свойства твердых образ цов, в частности горных пород при объемном сжатии и насыщении образца газом, моделировать различные горнодинамические явления и разрабатывать способы их предотвращения. Кроме того, благодаря использованию камеры высокого даапения, появляется возможность проводить испытания образцов в жидкой среде или вакууме при различных температурных режимах. Формула изобретения Установка для испытания образцов ПРИ объемном иагружении, содержащая нагружакхцие устройства со штоками н механизм нагружения образца, выполиеиный в виде трех пар расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях опорных и взаимодействующих со оттоками нажимных плит, из которых одноименные плиты установлены с заводом одна на другую и с возможность перемещения в направлении, перпе1ндикулярном направлению. восприятия нагрузки, и приспособлений для поджима каждой пары плит друг к другу. отличающаяся тем, что, с целью испытания образцов горных пород в условиях, приближенных к естественным, в одной из опорных плит выполнена полость, а установка снабжена подпружиненшлм клапаном, контактирукищм с ним поворотным относительно оси валиком с фасонным клрезом, установленньвмн в полости, винтом, связанным посредством гибкого звена с валиком, н камерой высокого давления, представляющей собой охватывающий механизм нагружения цилиндрический корпус, К1ХШКУ с ниппелем, в которых выполнены отверстия дпя штоков, плоскости, параллельные соответствующим опорным плитам и расположенные на наружной поверхности корпуса, отверстие, служащее дпя сообщения полости камеры с атмосферой и уплотненное винтом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР , 351122, кл. G 01 N 3/00, 1970. 2.Авторское свидетельство СССР 394692, кл. G 01 Н 3/18, 1970 (прототип).