Установка для исследования образцов при плоском деформировании

(51)4 6 01 й 3 08 Е 21 С 39/00 ГОСУДЮ СТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ йа,ц,ФР 13дена Трудового Красногодовательский институт и маркшейдерского дела 5 (088.8) тельство СССР Й 3/08 1982.(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯОБРАЗЦОВ ПРИ ПЛОСКОМ ДЕФОРМИРОВА -НИИ:(57) Изобретение предназначено для механических испытаний горных пород, связныхгрунтов и друтих твердых тел. Цель - расипьрение функциональных возможностей за счетисследования энергообьема при разрушенииобразцов, Установка содержит нагружающееустройство в ваде привода 7, редуктора 8 и(ЭН). Каждая ВТ имеет стопор 6, посредством которого она связана с Ш 4,5, наверну.тыми на нее. Ш 9 поочередно входят в зацепление с Ш 41, создавая нагрузку на образец,которую регистрирует динамометр 20, ЭН содержит расйоложенные по окружности чередующиеся червячные колеса 16. и винты 12 - 15,1Изобретение относится к испытательной тех.нике и предназначено для испытания образцовгорных пород, связных грунтов, строительных,материалов и других твердых тел при плоском напряженном состоянии. Установка отно.сится к устройствам для изучения энергообменных процессов при передаче энергии от нагружающей системы к испытуемому образцу.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет исследованияэнергообмена при разрушении образца,На чертеже изображена установка лдя исследования образцов при плоском деформирова.нии.Установка содержит корпус 1 с винтовымитягами 2 и 3, расположенными в двух взаимно перпендикулярных направлениях. На наружной поверхности тяг 2 и 3 выполнена резьба,на которую навернуты шестерни 4 и 5, не.подвижные в осевом направлении и связанныес тягами стопорами 6 для избирательной блокировки, выполненными, например, в видешпонкй, размещенной в шпоночной канавкетягах 2 и 3, Стопор 6, оставаясь в шпоночной канавке, может блокировать тягу с корпусом 1. Привод устройства состоит из двигателя 7, редуктора 8 и двух шестерен 9,установленных на общем валу 10 и закреплен.ных так, что привод может поворачиваться относительно корпуса 1, а шестерни 9 могут взаимодействовать либо с шестернями 4, либо сшестернями 5, либо находиться в. нейтраль.ном положении, показанном на чертеже. Тяги2 и 3 взаимодействуют с захватами 11 черезэнергонакопитель, выполненный в виде четырех червячных винтов 12 - 15 и четырех червячных колес 16, одно из которых соединеносо стопором 17. Червячные винты 12 - 15 соосны тягам 2 и 3 и соединены с ними вилками 18, обеспечивающими вращение винтов и1их осевое перемещение. Одна пара соосных которые соосны ВТ 2, 3 и соединены с нимивилками 18 вращения и осевого перемещения.Винты 2, 4 соединены с ВТ 2 через аккумуляторную пружину 19. Колесо 6 соединеносо стопором 17, блокирующим все колеса отвращения и все винты от осевого перемеще.ния, ЭН регулирует количество накопленнойэнергии и передает ее образцу ло двум и бо.лее осям на любой стадии его лсформирования до его разрушения, 1 ил.1 2 винтов 12 и 14 соединена с соответствующи.ми тягами 2 аккумуляторами энергии в виде пружин 19. Пружины 19 могут быть размещены между любыми винтами и тягами, количество их определяет объем энергонакопителя наряду с характеристиками сжимаемости пружин, Между захватами 11 и вилками 12 -15 размещены динамометры 20 с шаровымиопорами (не показаны), обеспечивающими передачу усилий на испытуемый образец при вращении и осевом перемещении винтов и регистрацию усилий на образце 21, Блокировкатяг с корпусом стопором б реализуется через крышки 22, служащие также для предот.вращения осевого смещения шестерен 4 и 5,Установка работает следующим образом, Стопором 17 блокируют вращение колеса16. Шестерни 9 вводят в зацепление с щестер нями 4, Стопоры 6 размещены между тягами 2 О 2 и крышками 22, при этом тяги 2 сохраняют способность только к осевому перемещению, Испытуемый образец 21 устанавливают в захватах 11. Включают двигатель 7 и черезредуктор 8, вал 10 и шестерни 9 вращаютшестерни 4, перемещая тем самым тяги 2 восевом направлении. Винты 12 и 14 при этомнеподвижны, происходит. деформирование аккумуляторных пружин 19, При достижении заданных деформаций пружин 19, соответствующихтребуемой запасенной энергии, шестерни 9 выводят из контакта с шестернями 4, стопоры 6на всех тягах размещают между шестернями ии тягами, что обеспечивает совместное вращение шестерен и тяг. Дальнейший порядок работы определяется задачей испытаний или путемдеформирования образца, в соответствии с ко.торой шестерни 9 подводятся поочередно кшестерням 4 или 5 и вращают их в требуемом направлении. Вращение шестерен 4 или5 через тяги 2 или 3 и вилки 18 передает.ся на винты 12, 4 или 13, 5, Вращение винтов, Заказ )70344 Тираж 778ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород ул, Проектная, 4 3 1относительно застопоренных колес 16 приводит к смешению винтов в осевом направлениии деформированию образца 2) через захваты)1 и динамометры 20 по продольной или по.перечной осям. Изменение знака деформацииобразца осуществляется изменением направления вращения вала 10 с помощью редуктора 8. ГГри достижении заданных деформацийобразца 21 вал 10 приводят в нейтральноеположение, показанное на чертеже, и стопор17 выводят из контакта с колесом 16, Вмомент разблокирования колеса винты 12 и14 под действием деформированных пружинаккумуляторов приходят в движение и черезколеса 16 приводят в движение винты 13 и15, что вызывает окончательное разрушениеобразца энергией, накопленной в энгргонакопителе. При разрушении образца фиксируетсяпотребленная им энергия, пошедшая на дробление, разчст и пластическое деформированиеосколков, на тепловую работу и другие видыэнергии, в результате чего получают уоавнение баланса запасенной, потребленной и избыточной энергий; Затем опыты повторяют придругих величинах и знаке запасенной энергии,знаках и величинах деформаций, путях нагруженияРезультатом исследования является полное исследование энергопередачи от нагружаюшей системы к образцу при плоском напряженном состоянии. Возможны исследованиязнергопередачи как при одновременном подводе энергии по двум осям, так и при подводеэнергии с запаздыванием по одному иэ направлений, как это бывает в реальной обстановке.Для осуществления второго вида нагружениянеобходимое запаздывание по одному или нескольким направлениям деформироваиия соз.дается зазорОм между динамометром 20 ивинтом, расположенным на этой оси путемобратного вращения винтов и тяг после цеформирования образца по этому направлению, За.зор создает необходимую задержку во времени с момента начала движения всех винтовдо момента соприкосновения винтов на этойоси со своими динамометрами,Если деформация образца сопоставима с.деформацией пружин при накоплении энергии,то операцию накопления энергии проводят после деформирования образца, чтобы смещение 223080 4винтов при деформировании образца не повлияло на величину запасенной энергии, Возможени многократный подвод энергии к одному об.разцу, если запас ее меньше необходимого дляразрушенияВ предлагаемом варианте корпус установкиимеет круглую форму и размещается на пово.ротной оси так, чтобы обеспечить поочеред.нос зацепление шестерен привода с шестернямитяг. Если установка имеет несколько приво.дов, каждый из которых обслуживает отдель.ную ось деформирования, то деформированиеобразца может происходить одновременно повсем осям или поочередно.Схемы установок для более чем двухосногодеформирования в одной плоскости отличает.ся от приведенной только количеством парколес и винтов и связанных с ними тяг. Расширение функциональных возможностейустановки особенно важно для исследованиягорных пород, поскольку в горной геомеха.нике разрушение обнажений выработок происходит в сложных условиях энергообмена приплоском деформировании обнажения.Формула изобретвнияУстановка для исследования образцов приплоском деформировании, содержащая корпус,,захваты для крепления образца, установленные в корпусе, нагружаюшее устройство, вы- .30 полненное в виде привода и, связанных сним винтовых тяг с шестернями, в захватысвязаны с винтовыми тягами, о т л и ч а.ю щ а я с я тем, что, с целью расширенияфункциональных возможностей за счет исследо вания энергообмена при разрушении образца,она снабжена аккумулятором энергии, стоцо.рами и энергонакопителем, выполненным ввиде расположенных по окружности и кинема.тически связанных чередующихся червячных 40 колес и винтов, последние расположены соосно тягами и соединены с ними вилками вращения и осевого перемещения, по крайней мере один из винтов соединен с тягой черезаккумулятор энергии в виде силовой пруж ны, при этом один из стопоров соединен счервячным колесом, а другие установлены натягах для избирательной блокировки их с шестерней или с корпусом.