Устройство для определения механических свойств горных пород

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (1)1)5 б 01 М 3/00 ИСАН И Е И ЗС) БР ЕТЕ Н И л Советско-австредприятия "ИнОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Ленинградский филиаралийского совместного иформин вест"(56) Кузнецов Г.Н, и др. Методы и средстрешения задач горной геометрии, М,: Ндра, 1987, с. 39-40,Авторское свидетельство СССРК. 945728, кл. 0 01 М Зу 00, 1980 (прототи 54) УСТР О Й СТВ О ДЛЯ Я МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙС ОРОД(57) Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для определения механических свойств горных пород. Цель изобретения - повышение точности определения и упрощение конструкции. Устройство содержит основание 1, штанги 2, установленные на них подвижные траверсы 9 и 13, неподвижные траверсы 3 и 4 и подвижный корпус 5 с размещенным в нем нагружающим винтовым механизмом, включающим гайку 6, на которой жестко укреплена ступица 7 червячного колеса, и хо1744567 вовой винт Б, связанный с гайкой 6 и травеосой 9 через шпонку, На траверсе 3 и штангах 2 смон гиоован механизм настройки на размер осразца 22, включающий айу 10 и винт 12, связанный с траверсой 13 через шпанку, На тра" ерсах 9 и 13 установлены нагрузочные инденторы - шарики 14. Силоизмеритгльное устройство содержит динамометр 15 и фиксатор его положения в сжатом состоянии, включающий неподвижную траверсу 4 и резьбовую втулку 16, опирающуюся через упорный подшипник 17 на гайку 6. К;ежду втулкой 16 и гайкой 6 установлено фрикционное кольцо-прокладка 18, прижимаемое к поверхности гайки 6 плаИзобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для определения механических свойств горных пород,Известно устройство для определения механических свойств горных пород в полевых условиях. содержащее нагруэочный цилиндр с поршнем, рабочие плиты с клиньями для раскалывания образцов пород, корпус и манометры,Недостатком данного устройства является то, что оно не позволяет проводить испытания на образцах произвольной, в том числе и неправильной формы, Другим недостатком прибора является его низкая точность из-за влияния трения уплотнительных колец в системе поршень-цилиндр и вследствие этого больших погрешностей при испытании слабых горных пород,Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения механических свойств горных пород в полевых условиях, содержащее основание со штангами, установленные на последних траверсы и корпус с размещенным в нем нагрузочным устройством, включающим ходовой винт, "плавающую" гайку и червячный привод ее вращения со ступицей червячного колеса, силоизмерительное устройство, имеющее механический динамометр и фиксатор его положения, нагрузочные инденторы и индикаторы деформаций образца.Устройство позволяет в полевых условиях испытывать образцы горных пород произвольной, в том числе неправильной формы, и определять как прочностные, так и деформационные показатели горных пород методом сосредоточенного нагружения образцов двумя инденторами.К недостаткам известного устройства относится невысокая точность измерений,и 10 1 Г;20 25 30 35 40 стинчатой пружиной 19. На траверсе 13 укреплены индикаторы 20 деформации образца, а на траверсе 9 - установочные винты 21. После настройки прибора с помощью гайки 10 на размер образца 22 производят его нагружение вращением ручки 23, при этом приходят во вращение ступица 7, гайка 6, а винт 8 и траверса 9 перемещаются вверх. Динамометр 15 воспринимает реакцию силы нагрузки образца через подвижный корпус 5. Втулка 16 следит за перемещением гайки 6, Перемещению корпуса 5 вверх при разрушении образца препятствует упор гайки 6 во втулку 16, что позволяет фиксировать показания динамометра 15. 1 ил. обусловленная тем, что при нагружении образца вращающий момент от червячного колеса передается "плавающей" гайке через шпонки на малом плече. Это вызывает значительные удельные нагрузки в сопряжении шпонок с "плавающей" гайкой и соответственно значительное сопротивление при перемещении гайки относительно червячного колеса, Зто сопротивление существенно зависит от шероховатости контактных поверхностей и не является постоянным. Кроме того, конструкция нагрузочного устройства достаточно сложна. Перечисленные недостатки снижают точность измерений, особснно при испытании прочных горных пород,Целью изобретения является повышение точности определений и упрощение конструкции,Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения механических свойств горных пород, содержащем основание со штангами, установленные на штангах неподвижную и подвижную траверсы, установленный между траверсами и основанием корпус, размещенные на подвижных траверсах инденторы для нагружения образца, связанный с одной из подвижных траверс и установленный в корпусе нагружающий винтовой механизм с червячным приводом, силоизмеритель с закрепленным на основании механическим динамометром и фиксатором положения динамометра и измерители деформации образца, корпус установлен на штангах с возможностью перемещения вдоль них,айка винтового механизма жестко связана со ступицей червячного колеса, а фиксатор положения механического динамометра выполнен в виде установленной между корпусом и траверсами дополнительнойпосредством резьбового самотормозящегося соединения втулку 16 со ступенчатой внутренней поверхностью, контактирующую через упорный подшипник 17 с гайкой 6. Между внутренней боковой поверхностью втулки 16 и наружной боковой поверх 55 неподвижной траверсы с резьбовым осевым отверстием и охватывающей гайку установленной в этом отверстии резьбовойвтулки со ступенчатой внутренней поверхностью, контактирующей с гайкой посред-ством подшипника и фрикционнойпрокладки.При таком конструктивном исполнениипо время нагружения образца ходовой винтнагружающего механизма перемещаетсявверх, нагружая через инденторы испытываемый образец, а гайка вместе с корпусомперемещается вниз по штангам. Благодарязначительной величине реактивного плеча,определяемого межосевым расстоянием 15между винтом и штангами, потери на трение в сопряжении корпус - штанги весьманезначительны и стабильны, составляя всего 0,5-1 фот нагрузки на образец против4 - 5 у прототипа, Это обеспечивает высокую точность измерений при упрощеннойконструкции нагрузочного устройства.На чертеже изображено предлагаемоеустройство, общий вид.Устройство для определения механических свойств горных пород содержит основание 1, штанги 2, установленные на нихнеподвижную траверсу 3 и дополнительнуюнеподвижную траверсу 4. На штангах 2смонтирован с возможностью перемещения корпус 5. В корпусе 5 размещен нагружающий винтовой механизм, включающийгайку 6, на которой жестко укреплена ступица 7 червячного колеса привода вращениягайки, и ходовой винт 8, связанный с гайкой 356 посредством резьбового соединения и снижней подвижной траверсой 9 черезшпонку, На траверсе 3 и штангах 2 смонтирован механизм настройки на размер испытываемого образца, включающий 40гайку-маховик 10 с упорным кольцом 11,ходовой винт 12, связанный с гайкой-маховиком 10 посредством резьбового соединения и с верхней подвижной траверсой 13через шпонку. В траверсах 9 и 13 с упором 45в ходовые винты 8 и 12 установлены нагрузочные инденторы - шарики 14,Силоизмеритель устройства содержитмеханический динамометр 15, установленный на основании 1 под корпусом 5, и фиксатор положения динамометра в сжатомсостоянии. Фиксатор включает неподвижную траверсу 4, расположенную над корпусом 5, и сопряженную с траверсой 4 ностью гайки 6 установлено фрикционное кольцо-прокладка 18, прижимаемое к поверхности гайки пластинчатой пружиной 19,Устройство также содержит измерители деформации образца, которые включают индикаторы 20, закрепленные на траверсе 13, и установочные винты 21, размещенные в резьбовых отверстиях траверсы 9 и упирающиеся в измерительные наконечники индикаторов 20.Испытываемый. образец 22. располагают между шариками. 14. Привод червячной передачи осуществляется с помощью рукоятки 23.Устройство работает следующим образом,Образец 22 располагают между шариками 14 нагрузочных инденторов и производят настройку на размер образца вращением гайки-маховика 10, при этом винт 12 перемещаеттраверсу 13 по штангам 2 вверх или вниз. Настройку заканчивают доведением шариков 14 до легкого касания с образцом 22,Последующее нагружение образца 22 производят вращением рукоятки 23, при котором приходят во вращение червяк (не показан) и находящееся с ним в зацеплении червячное колесо со ступицей 7, а следовательно, и гайка 6, Ходовой винт 8, благодаря шпоночному соединению с траверсой 9, перемещает вверх последнюю. В это же время динамометр 15 воспринимает реакцию силы нагрузки образца, так как опирающийся на него корпус 5, в котором смонтирован нагружающий винтовой механизм, имеет возможность перемещения по штангам 2,От гайки 6 через фрикционноен кольцо 18 вращение также передается реэьбовой втулке 16, которая перемещается в осевом направлении благодаря резьбовому соединению ее с траверсой 4. Указанное резьбовое соединение имеет шаг, больший, чем шаг резьбового соединения винта 8 и гайки 6, в результате чего втулка 16 остается постоянно прижатой через упорный подшипник 17 к заплечику гайки 6, а разница ходов в резьбах компенсируется проскальзывани" ем в сопряжении фрикционное кольцо 18 - гайка 6, Таким образом обеспечивается слежение втулки 16 за перемещением гайки 6 вместе с корпусом 5 вниз на величину сжатия динамометра 15.В момент разрушения образца 22 корпус 5 вместе с нагружающим механизмом стремится переместиться вверх под действием энергии сжатого динамометра 15, Но этому препятствует упор гайки 6 через подшипник 17 во втулку 16. Так как резьбовое соединение втулки 16 с траверсой 4 выпол1744567 35 40 50 Составитель Э, КарпиловскаяТехред М,Моргентал Корректор Н,Ревская Редактор А,Лежнина Заказ 2192 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКР СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 нено самотормозящимся, втулка 16 остается на месте, фиксируя показания динамо- метра 15 - момент разрушения образца 22.После записи показания динамометра 15 вращением рукоятки 23 в обратном на правлении динамометр разгружают.Определение деформационных характеристик производят путем измерения прикладываемых к образцу 22 нагрузок и соответствующих им контактных деформа ций внедрения шариков 14 в образец без разрушения последнего. Для разделения упругих и пластических деформаций цикл испытаний образца проводят путем ступенчатого нагружения и разгружения, Индика торами 20 под нагрузкой фиксируют суммарную деформацию внедрения, после разгрузки - пластическую (остаточную), а их разность дает упругую деформацию,20Преимущества предлагаемого устройства заключаются в том, что в нем по штангам вместе с гайкой перемещается корпус и, благодаря значительной величине реактивного плеча, определяемого межосевым рас стоянием между винтом и штангами, потери на трение в сопряжении корпус - штанги весьма незначительны и стабильны, что обеспечивает повышение точности измерений при одновременном упрощении конструкции нагрузочного устройства. Формула изобретения Устройство для определения механических свойств горных пород, содержащее основание со штангами, установленные на штангах неподвижную и подвижные траверсы, установленный между траверсами и основанием корпус, размещенные на подвижных траверсах инденторы для нагружения образца, связанный с одной из подвижных траверс и установленный в корпусе нагружающий винтовой механизм с червячным приводом, силоизмеритель с закрепленными на основании механическим динамометром и фиксатором положения дийамометра и измерители деформации образца, отличающееся тем,что,сцелью повышения точности определения и упрощения конструкции устройства, корпус установлен на штангах с возможностью перемещения вдоль них, гайка винтового механизма жестко связана со ступицей червячного колеса, а фиксатор положения механического динамометра выполнен в виде установленной между корпусом и траверсами дополнительной неподвижной траверсы с резьбовым осевым отверстием и охватывающей гайку установленной в этом отверстии резьбовой втулки со ступенчатой внутренней поверхностью, контактирующей с гайкой посредством подшипника и антифрикционной прокладки,