Установка для исследования образцов при плоском деформировании

 

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09) (И) с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3787510/22-03 (22) 31.08.84 (46) 07.04.86. Бюл. 1Р 13 (71) Всесоюзный ордена Трудового Красного

Знамени научно-исследовательский институт горной геомеханикн и маркшейдерского дела (72) Е. В. Лодус (53) 620.172:622.23.05 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 1037131, кл. G 01 и 3/08 1982. (51)4 G Ol N 3 08 Е 21 С 39/00 (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАЗЦОВ ПРИ ПЛОСКОМ ДЕФОРМИРОВА—

НИИ (57) Изобретение предназначено для механических испытаний горных пород, связных грунтов и друтнх твердых тел. Цель — расиньрение функциональных возможностей за счет исследования энергообьема при разрушении образцов. Установка содержит нагружающее устройство в ваде привода 7, редуктора 8 и

12?3080!

40 двух шестерен (Ш ) 9, Винтовые тяги (ВТ)

2 и 3 связаны с корпусом 1 и взаимодействуют с захватами 11 через энергонакопитель (ЭН). Каждая ВТ имеет стопор 6, посредством которого она связана с Ш 4,5, навернутыми на нее. 111 9 поочередно входят в зацеп. ление с Ш 41, создавая нагрузку на образец, которую регистрирует динамометр 20. ЭН содержит расйоложенные по окружности чере дующиеся червячные колеса 16. и винты 12 — 15, 1

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для испытания образцов горных пород, связных грунтов, строительных ,материалов и других твердых тел при плоском напряженном состоянии. Установка относится к устройствам для изучения энергообмен ных процессов при передаче энергии от нагружающей системы к испытуемому образцу.

Ilier изобретения — расширение функциональных возможностей за счет исследования энергообмена при разрушении образца.

На чертеже изображена установка лдя иссле. дования образцов при плоском деформировании.

Установка содержит корпус 1 с винтовыми тягами 2 и 3, расположенными в двух взаимно перпендикулярных направлениях. На наруж ной поверхности тяг 2 и 3 выполнена резьба, на которую навернуты шестерни 4 и 5, неподвижные в осевом направлении и связанные с тягами стопорами 6 для избирательной блокировки, выполненными, например, в виде шпонкй, размещенной в шпоночной канавке тягах 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 закрепленных так, что привод может поворачиваться относительно корпуса 1, а шестерни 9 могут вза имодействовать либо с шестернями 4, либо с шестернями 5, либо находиться в- нейтральном положении, показанном на чертеже. Тяги

2 и 3 взаимодействуют с захватами 11 через энергонакопитель, выполненный в виде четырех червячных винтов 12 — 15 и четырех червячных колес 16, одно из которых соединено со стопором 17. Червячные винты 12 — 15 соосны тягам 2 и 3 и соединены с ними вилка ми 18, обеспечивающими вращение винтов и:

1 их осевое перемещение. Одна пара соосных которые соосны ВТ 2, 3 и соединены с кими вилками 18 вращения и осевого перемещения.

Винты !2, !4 соединены с ВТ 2 через аккумуляторную пружину 19. Колесо 16 соединено со стопором 17, блокирующим все колеса от вращения и все винты от осевого перемещения. ЭН регулирует количество накопленной энергии и передает ео. образцу ло двум и более осям на любой стадии его лсформирования до его разрушения, 1 ил.

2 винтов 12 и 14 соединена с соответствующими 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 шаровыми опорами (не показаны), обеспечивающими передачу усилий на испытуемый образец при вращении и осевом перемещении винтов и регистрацию усилий на образце 21. Блокировка тяг с корпусом стопором б реализуется через крышки 22, служащие также для предотвращения осевого смещения шестерен 4 и 5.

Установка работает следующим образом.

Стопором 17 блокируют вращение колеса

16. Шестерни 9 вводят в зацепление с щестер нями 4. Стопоры 6 размещены между тягами

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 через редуктор 8, вал 10 и шестерни 9 вращают шестерни 4, перемещая тем самым тяги 2 в осевом направлении. Винты 12 и 14 при этом неподвижны, происходит: деформирование аккумуляторных пружин 19. При достижении заданных деформаций пружин 19, соответствующих требуемой запасенной энергии, шестерни 9 выводят из контакта с шестернями 4, стопоры 6 на всех тягах размещают между шестернями и и тягами, что обеспечивает совместное вращение шестерен и тяг. Дальнейший порядок работы определяется задачей испытаний или путем деформирования образца, в соответствии с которой шестерни 9 подводятся поочередно к шестерням 4 или 5 и вращают их в требуемом направлении. Вращение шестерен 4 или

5 через тяги 2 или 3 и вилки 18 передается на винты 12, !4 или 13, !5, Вращение винтов

Составитель В. Петрова

Техред Г. Гербер Корректор С. Шекмар

Редактор С. Патрушева

Подписное, Заказ )703/44 Тираж 778

ВНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r Ужгород, ул. Проектная, 4

3 1 относительно застопоренных колес 16 приводит к смешению винтов в осевом направлении и деформированию образца 21 через захваты

l1 и динамометры 20 по продольной или поперечной осям. Изменение знака деформации образца осуществляется изменением направления вращения вала 10 с помощью редуктора 8. При достижении заданных деформаций образца 21 вал 10 приводят в нейтральное положение, показанное на чертеже, и стопор

17 выводят из контакта с колесом 16, В" момент разблокирования колеса винты 12 и

14 под действием деформированных пружинаккумуляторов приходят в движение и через колеса 16 приводят в движение винты 13 и

15, что вызывает окончательное разрушение образца энергией, накопленной в энгргонакопи. теле. При разрушении образца фиксируется потребленная им энергия, пошедшая на дробление, разчет и пластическое деформирование осколков, на тепловую работу и другие виды энергии, в результате чего получают уоавнение баланса запасенной, потребленной и избыточной энергий; Затем опыты повторяют при других величинах и знаке запасенной энергии, знаках и величинах деформаций, путях нагружения„Результатом исследования является полное исследование энергопередачи от нагружаюшей системы к образцу при плоском напряженном состоянии. Возможны исследования знергопередачи как при одновременном подводе энергии по двум осям, так и при подводе энергии с запаздыванием по одному иэ направ. лений, как это бывает в реальной обстановке.

Для осуществления второго вида нагружения необходимое запаздывание по одному или нескольким направлениям деформирования создается зазорбм между динамометром 20 и г винтом, расположенным на этой оси путем обратного вращения винтов и тяг после цеформирования образца по этому направлению. 3азор создает необходимую задержку во времени с момента начала движения всех винтов до момента соприкосновения винтов на этой оси со своими динамометрами.

Если деформация образца сопоставима с .деформацией пружин при накоплении энергии, то операцию накопления энергии проводят после деформирования образца, чтобы смещение

223080 4 винтов при деформировании образца не повлияло на величину запасенной энергии. Возможен и многократный подвод энергии к одному образцу, если запас ее меньше необходимого для разрушения.

В предлагаемом варианте корпус установки имеет круглую форму и размещается на поворотной оси так, чтобы обеспечить поочередное зацепление шестерен привода с шестернями тяг. Если установка имеет несколько приво дов, каждый из которых обслуживает отдельную ось деформирования, то деформирование образца может происходить одновременно по всем осям или поочередно.

Схемы установок для более чем двухосного деформирования в одной плоскости отличается от приведенной только количеством пар колес и винтов и связанных с ними тяг.

Расширение функциональных возможностей установки особенно важно для исследования горных пород, поскольку в горной геомеханике разрушение обнажений выработок происходит в сложных условиях энергообмена при плоском деформировании обнажения.

Формула изобретвния

Установка для исследования образцов при плоском деформировании, содержа1цая корпус,,захваты для крепления образца, установленные в корпусе, нагружаюшее устройство, вы о полненное в виде привода и, связанных с ним винтовых тяг с шестернями, а захваты связаны с винтовыми тягами, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет исследо35 вания энергообмена при разрушении образца, она снабжена аккумулятором энергии, стонорами и энергонакопителем, выполненным в виде расположенных по окружности и кинематически 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 через,. аккумулятор энергии в виде силовой пруж 45 ны, при этом один из стопоров соединен с червячным колесом, а другие установлены на тягах для избирательной блокировки их с ше. стерней или с корпусом.