Установка для комбинированных испытаний образцов на прочность

САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ А Удового сследов геомеханик 779,1981. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(46) 23.04.86. Бюл. У 15 (71),Всесоюзный ордена Т Красного Знамени научнотельский институт горной и маркшейдерского дела (72) Е.В. Лодус(54) УСТАНОВКА ДЛЯ КОМБИНИРОВАННЫХИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ НА ПРОЧНОСТЬ(57) Изобретение позволяет расширитьфункциональныевозможности установкипутем чередования режимов испытанийслоистых материалов с постоянными ипеременными уровнями осевой и крутящей нагрузок. В процессе испытанийобразец 6 закрепляют в захватах 4 и 5в виде центрирующих втулок, не препятствующих относительному повороту,ЯО 1226133г)4 С 01 М 3/22 / .Е 21 С 39/О захватов 4 и 5 Включают двигатель 7 и через редуктор 8 приводят во вращение захваты 4 и 5. Гидроцилиндр 11 взаимодействует с захватом 5 через преобразователь нагрузки. Преобразователь нагрузки, выполнен в виде кольца 13, закрепленного на платформе 12, установленной на штоке гидро- цилиндра 11 параллельно торцовой поверхности захвата 5. На торцовой поверхности кольца 13 со стороны захвата 5 на осях 14 установлены зубчатые шестерни (Ш), соединенные между собой бесконечной цепью. На каждой Ш закреплен рычаг (Р), обращенный к центру кольца 13 и имеющий на конце под- ЕФ шипник, Одна из Ш соединена со сред- д ством ее поворота в виде Р с фиксатором положения, Винтовым приводом 3 стол 2 перемещают так, чтобы торец захвата 5 вошел в контакт с поверхностью подшипников. Под действием осевого усилия со стороны гидроци"1226 линдра 11 на захвате 5 создается сопротивление вращению с помощью преобразователя нагрузки эа счет силы трения торца захвата 5 о подшипники. Сопротивлением вращению регулируется величина крутящего момента. Поворот 133рычагов и соответствующая ориентация осей подшипников относительно радиуса окружности вращения захвата 5 позволяет изменять в ходе испытаний соотношение между осевой и крутящей нагрузками. 2 ил.1Изобретение относится к устройствам для испытания образцов слоистыхматериалов, в частности образцовгорных пород,. на прочность при, совместном действии осевой нагрузки икрутящего момента.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей установкипутем чередования режимов испытанийс постоянными и перменными уровнямиосевой и крутящей нагрузок,На фиг. 1 показана схема установкидля комбинированных испытаний образцов на прочность; на фиг. 2 - сечениеА-А на фиг. 1.Установка содержит основание 1,стол 2 с винтовым приводом 3 перемещения, установленный на основании 1,захваты 4 и 5 для образца 6, привод,вращения, состоящий из установленныхна столе электродвигателя 7 и редуктора 8, связанного с захватом 4, установленные на основании 1 двигатель9, гидронасос 10 и гидроцилиндр 11,взаимодействующий с захватом 5 черезпреобразователь нагрузки, которыйвыпслнен в виде закрепленной на штокегидроцилиндра 1 1 платформы 12 с кольцом 13, установленных на осях 14 зубчатых шестерен 15, к каждой из которых прикреплен рычаг 16 с подшипником17 на обращенном к центру кольца 13конце рычага 16, и средства повороташестерен 15 в виде прикрепленного кодной из шестерен 15 дополнительногорычага 18 с фиксатором 19 положения,бесконечной цепи 20, связывающей всешестерни 15, шкалы 21 положения рычага 18.Захватыф 4 и 5 имеют форму центрирующих втулок, не препятствующих относительному повороту захватов. Установка содержит также средства измерения усилий и деформаций (не показаны) Установка работает следующим образом.Слоистый образец 6 закрепляют взахватах 4 и 5. Включают двигатель 7 5 и через редуктор 8 приводят во вращение захваты 4 и 5. Винтовым приводом3 перемещают стол 2 так, чтобы торецзахвата 5 вошел в контакт с поверх- .ностью подшипников 17. В дальнейшем 10 работа установки зависит от выбранных режимов испытания.При проведении длительных испытаний включают двигатель 9 насоса 10и гидроцилиндром 11 создают осевуюнагрузку на образце б. Затем рычагом18 посредством цепной передачи 20 ишестерен 15 поворачивают рычаги 16 вположение, при котором суммарная силатрения качения и трения скольжения 20 подшипников 17 о поверхность захвата5 обеспечивает при заданном осевомусилии необходимую величину крутящегомомента на образце 6.При развитии закручивающих дефор. -маций ползучести в направлении кручения захват 5 поворачивается относи;тельно захвата 4 на угол, равный деформации ползучести, но уровень закручивающей нагрузки при этом не изме нится. Развитие деформаций ползучестив направлении действия осевой нагрузки компенсируется энергией сжаТойжидкости в гидросистеме и также невызывает заметных изменений нагрузокна образце 6. После заданного времени ползучести производится нагружение при изменяющихся или постоянныхсоотношениях и возрастающих величинахосевой и крутящей нагрузок. Для это го фиксатором 19 освобождают рычаг18 и поворачивают, его так, чтобыугол между осями вращения подшипников 17 и радиусами кольца 13, прове-.денными через оси вращения шестерен1226133 1 О 5 25 30 35 40 45 50 15, увеличивался, Это повышает силу трения скольжения подшипников 17 о,торец захвата 5 и увеличивает длинуплеча моментов сил трения, что повышает закручивающее усилие на образце 5 6 при неизменном осевом усилии. Еслиповышают осевое усилие, то осуществляется пропорциональный рост осевой нагрузки и крутящего момента из-зароста силы трения при росте нормального усилия прижатия подшипников 17 к захвату 5Если при неизменном осевом усилии рычаги 16 поворачивают вобратном направлении, то получаютснижение закручивающего,усилия принеизменном осевом. Действуя такимобразом в порядке, определенном заданной траекторией нагружения образца 6, доводят его до разрушения по плоскости контакта между слоями, перпендикулярной оси вращения образца. После этого приступают к исследованиям условий скольжения на контактныхповерхностях. При разделении образца 6 на две части захват 4 продолжаетвращение вместе с закрепленной нанем частью образца, захват 5 прекращает вращение при снятии осевой нагрузки. Рычаг 18 устанавливают в положение, при котором момент трения на захвате 5 минимален. Гидроцилиндром 11 поджимают части образца одну к другой, при этом увеличивается сила трения на контакте частей образца 6 и вращающаяся часть образца в захвате4 вовлекает во вращение неподвижнуючасть образца вместе с захватом 5.Фиксируя осевое усилие, при котором скорости вращения обоих захватов становятся равными, и крутящий моментна захвате 4, определяют зависимостьсилы трения на контакте двух частейобразца 6 при различных нормальныхусилиях их прижатия. Для этого поворачивают рычаги 16 преобразователяи увеличивают сопротивление на немдо тех пор, пока части образца 6 несдвинутся одна относительно другой,и сопротивление на преобразователе в момент сдвига частей есть величина силы трения на контакте частей образца для данного усилия их нормальногоприжатия. Затем вновь повышают усилие прижатия, увеличивают сопротивление преобразователя до момента нового 55сдвига частей образца, и так далее,до получения полной зависимости силытрения на контакте от усилия прижатия контактирующих поверхностей, Для поверхностей, являющихся контактными.между слоями горных пород, эти зави-.симости имеют сложную форму, поскольку с ростом усилия прижатия происходит неравномерное разрушение материала в зоне контакта и силы трения могут как уменьшаться, так и увеличиваться с ростом усилия прижатия в зависимости от условий на контакте. Всвою очередь, условия на контакте формируются задолго до момента разделения слоев по контактирующей поверхности, а именно во время предыдущих нагружений кратковременными и длительными осевыми и крутящими усилиями.Вследствие этого проведение комбинированных испытаний позволяет получитьнаиболее близкие к натурным закономерности формирования подвижек и смещений слоистого массива. На установке применяются подшипники 17 скольжения, выполняемые в виде втулок с овальной наружной поверхностью, устанавливаемых на рычагах 16 на скользящей посадке. Оптимальное количество рычагов 16 - четыре - обеспечивает высокую эффективность работы при повороте рычагов на большие, близкие к прямому, углы поворотов. Установка работает при низких скоростях вращения образца; составляющих несколько оборотов в минуту, но не меньших, чем скорости ползучести ма териала образца при закручивании. Формула изобретения Установка для комбинированных испытаний образцов иа прочность, содержащая основание, стол, установленный на основании с возможностью перемещения, винтовой привод перемещения стола, захваты для образца, привод вращения, связанный с одним из захватов, гидроцилиндр осевого перемещения, взаимодействующий с вторым захватом, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей установки путем чередования режимов испытаний с постоянными и переменными уровнями осевой и крутящей нагрузок, она снабжена преобразователем нагрузки, выполненным в виде платформы с закрепленным на ней кольцом, востановленной на штоке гидроцилиндра параллельно торцовой поверхности захвата, шестерен, установленных на осяхоставитель В. Тальвойшехред Н.Бонкало Корректор А. Фер Лыжов Редакто аказ 2114/ 8ногоний и Подпмитета СССР Тираж 7 ВНИИПИГосударстве по делам изобрет 13035, Москва, Ж, н ткрытя наб аушс оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгор Проектная,5 1226133 ана обращенной к захвату торцовой по- ство поворота шестерен выполнено вверхности кольца, рычагов с подшипни- виде закрепленного на одной из шесте-,ками, установленными на обращенных к рен дополнительного рычага с фикса"центру кольца концах рычагов, и сред- тором положения, и связывающей шес-.ства поворота шестерен, при этом каж-терни бесконечной цепи, а захватыдый из рычагов прикреплен вторым кон- выполнены с центрирующими втул -цом к соответствующей шестерне, сред- ками.