Стенд для исследования энергообмена в массиве горных пород


 


Владельцы патента RU 2510002:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" (RU)

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для испытания материалов, в частности горных пород, при исследовании энергообмена в массиве горных пород с целью прогноза и предотвращения опасных динамических явлений. Стенд содержит опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, гидравлический механизм взаимного поджатия образцов, связанный с захватом для образца, гидравлический механизм взаимного смещения образцов, связанный с захватом для контробразца, аккумулятор энергии, связанный с гидравлическими механизмами и выполненный в виде гидроцилиндра, поршня, размещенного в гидроцилиндре, фиксатора положения поршня в гидроцилиндре, и гидравлический источник давления рабочей среды, соединенный с подпоршневой полостью аккумулятора. Стенд снабжен двумя пневматическими источниками давления рабочей среды, дополнительным аккумулятором энергии, выполненным в виде гидроцилиндра, поршня, размещенного в гидроцилиндре, и фиксатора положения поршня в гидроцилиндре, и дополнительным гидравлическим источником давления рабочей среды, при этом гидравлические источники давления рабочей среды соединены с подпоршневыми полостями соответствующих аккумуляторов, пневматические источники давления рабочей среды соединены с надпоршневыми полостями соответствующих аккумуляторов и каждый аккумулятор соединен с соответствующим гидравлическим механизмом. Технический результат: увеличение объема информации путем обеспечения испытаний при более широких возможностях изменения в ходе опыта объемов энергии и жесткости нагружающих механизмов поджатия и сдвига образцов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для испытания материалов, в частности горных пород, при исследовании энергообмена в массиве горных пород с целью прогноза и предотвращения опасных динамических явлений.

Известен стенд для исследования энергообмена в массиве горных пород (патент РФ №1448239, кл. G01N 3/10 // E21C 39/00, 1988), содержащий опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, гидравлический механизм взаимного поджатия образцов, связанный с захватом для образца, гидравлический механизм взаимного смещения образцов, связанный с захватом для контробразца, и гидравлический источник давления рабочей среды, связанный с механизмами поджатия и перемещения.

Недостаток стенда состоит в том, что на нем неосуществимо регулирование энергозапаса на механизмах нагружения.

Известен стенд для исследования энергообмена в массиве горных пород (патент РФ №2364853, кл. G01N 3/10, 2009), принимаемый за прототип. Стенд содержит опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, гидравлический механизм взаимного поджатия образцов, связанный с захватом для образца, гидравлический механизм взаимного смещения образцов, связанный с захватом для контробразца, аккумулятор энергии, связанный с гидравлическими механизмами и выполненный в виде гидроцилиндра, поршня, размещенного в гидроцилиндре, фиксатора положения поршня в гидроцилиндре, и гидравлический источник давления рабочей среды, соединенный с подпоршневой полостью аккумулятора. Стенд позволяет регулировать энергозапас на механизмах нагружения.

Недостаток стенда состоит в том, что стенд не имеет широких возможностей изменения объемов энергии и жесткости нагружающих механизмов поджатия и сдвига образцов в ходе испытаний. Объемы энергии и жесткости нагружения регулируются объемом запасаемой жидкости, а поскольку сжимаемость жидкости мала, то и получаемый объем информации при испытаниях ограничен. Используемые на этом стенде механические пружинные аккумуляторы не регулируются в ходе опыта, а только между испытаниями.

Техническим результатом изобретения является увеличение объема информации путем обеспечения испытаний при более широких возможностях изменения в ходе опыта объемов энергии и жесткости нагружающих механизмов поджатия и сдвига образцов.

Технический результат достигается тем, что стенд для исследования энергообмена в массиве горных пород, содержащий опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, гидравлический механизм взаимного поджатия образцов, связанный с захватом для образца, гидравлический механизм взаимного смещения образцов, связанный с захватом для контробразца, аккумулятор энергии, связанный с гидравлическими механизмами и выполненный в виде гидроцилиндра, поршня, размещенного в гидроцилиндре, фиксатора положения поршня в гидроцилиндре, и гидравлический источник давления рабочей среды, соединенный с подпоршневой полостью аккумулятора, согласно изобретению он снабжен двумя пневматическими источниками давления рабочей среды, дополнительным аккумулятором энергии, выполненным в виде гидроцилиндра, поршня, размещенного в гидроцилиндре, и фиксатора положения поршня в гидроцилиндре, и дополнительным гидравлическим источником давления рабочей среды, при этом гидравлические источники давления рабочей среды соединены с подпоршневыми полостями соответствующих аккумуляторов, пневматические источники давления рабочей среды соединены с надпоршневыми полостями соответствующих аккумуляторов и каждый аккумулятор соединен с соответствующим гидравлическим механизмом.

Технический результат достигается также тем, что подпоршневые и надпоршневая полости аккумуляторов соединены соответственно попарно между собой через вентили.

На рис.1 представлена схема стенда.

Стенд для исследования энергообмена в массиве горных пород содержит опорную раму 1, размещенные в ней захват 2 для образца 3 и захват 4 для контробразца 5, гидравлический механизм 6 взаимного поджатия образцов, связанный с захватом 2 для образца, гидравлический механизм 7 взаимного смещения образцов, связанный с захватом 4 для контробразца, аккумулятор 8 энергии, связанный с гидравлическими механизмами и выполненный в виде гидроцилиндра, поршня 9, размещенного в гидроцилиндре, фиксатора 10 положения поршня 9 в гидроцилиндре, и гидравлический источник 11 давления рабочей среды, соединенный с подпоршневой полостью 12 аккумулятора 8.

Стенд снабжен двумя пневматическими источниками 13, 14 давления рабочей среды, дополнительным аккумулятором 15 энергии, выполненным в виде гидроцилиндра, поршня 16, размещенного в гидроцилиндре, и фиксатора 17 положения поршня 16 в гидроцилиндре, и дополнительным гидравлическим источником 18 давления рабочей среды. Гидравлические источники 11, 18 давления рабочей среды соединены с подпоршневыми полостями 12, 19 соответствующих аккумуляторов 8, 15. Пневматические источники 13, 14 давления рабочей среды соединены с надпоршневыми полостями 20, 21 соответствующих аккумуляторов 8, 15. Каждый аккумулятор 8 и 15 соединен с соответствующим гидравлическим механизмом 6 и 7.

Подпоршневые полости 12, 19 и надпоршневая полости 20, 21 аккумуляторов 8, 15 соединены соответственно попарно между собой через вентили 22, 23.

Стенд работает следующим образом.

Включают фиксаторы 10, 17 и закрывают вентили 22, 23. Включают гидравлический источник 11 и через гидравлический механизм 6 создают заданную поджимающую нагрузку образца 3 и контробразца 5. Включают гидравлический источник 18 и через гидравлический механизм 7 создают сдвиговую нагрузку контробразца 5 относительно образца 3. Постепенно повышают сдвиговую нагрузку и вызывают взаимную подвижку контробразца 5 относительно образца 3. Параметры подвижки (величина и динамика сдвига) определяются запасом энергии на аккумуляторах 8, 15, которая зависит от объема полостей 12, 19 при заданных положениях поршней 9, 16 и давлениях жидкости в этих полостях. Для повышения запаса энергии выключают фиксаторы 10 и 17, включают пневматические источники 13, 14 давления и создают поджимающую и сдвигающую нагрузки давлением газа в полостях 20, 21. Запас энергии в момент подвижки определяется суммой энергии от сжатой жидкости в подпоршневых полостях и сжатого газа в надпоршневых полостях, объемами этих полостей и давлением в соответствующих аккумуляторах. Жесткость нагружения тем меньше и запас энергии тем больше, чем меньший объем составляет подпоршневая полость, заполненная жидкостью. Соотношение объемов полостей регулируют перемещением поршня 9 или 16 при выключенном фиксаторе 10 или 17, используя соответствующие гидравлические и пневматические источники давления рабочей среды. Для динамического увеличения нагрузки поджатия или сдвига при включенных фиксаторах 10, 17 создают источниками 11, 18 начальные нагрузки поджатия и сдвига, затем источниками 13, 14 создают давления газа в полостях 20, 21, превышающие давления жидкости в полостях 12, 19. В заданные моменты выключают фиксаторы 10 и 17, отчего энергия газа создает прирост нагрузок поджатия или сдвига. Величина приращения нагрузок и энергии регулируется объемом полостей 20, 21 и величинами давлений газа. Для динамического снижения нагрузки поджатия или сдвига поступают так же, как описано выше для динамического повышения, только давление газа делают меньшим, чем давление жидкости. При выключении фиксатора 10 или 17 соответствующий поршень перемещается в сторону газовой полости до момента равенства давлений жидкости и газа. Для обмена энергиями между нагружающими системами поджатия и сдвига используют вентили 22 и 23. Если испытания проводят при использовании только гидравлических источников 11, 18 при включенных фиксаторах 10, 17, в заданный момент выключают вентиль 22. При использовании также и пневматических источников при выключенных фиксаторах 10, 17 применяют вентиль 23, как описано выше. В обоих случаях запасы энергии и нагрузки на гидравлических механизмах 6 и 7 становятся равными. Это значит, что на одном механизме нагрузка и энергия возрастают, на другом снижаются, и если усилие поджатия и энергия на этой системе падают, а на сдвиге возрастают, то это может вызвать подвижки образцов.

Запас энергии и жесткость нагружающих систем поджатия и сдвига при всех режимах испытаний регулируется в предлагаемом стенде в более широких пределах благодаря участию газовой составляющей и возможности широкого регулирования соотношения объемов жидкости и газа в аккумуляторах. Жесткость изменяется от показателя жесткости в чисто гидравлических системах нагружения до показателя жесткости в чисто пневматических системах нагружения. Эти показатели регулируются в ходе испытания одних и тех же образцов.

Таким образом, стенд имеет более широкие возможности изменения в ходе испытаний объемов энергии и жесткости нагружающих механизмов поджатия и сдвига образцов, что повышает объем информации при исследовании энергообмена при подвижках.

1. Стенд для исследования энергообмена в массиве горных пород, содержащий опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, гидравлический механизм взаимного поджатия образцов, связанный с захватом для образца, гидравлический механизм взаимного смещения образцов, связанный с захватом для контробразца, аккумулятор энергии, связанный с гидравлическими механизмами и выполненный в виде гидроцилиндра, поршня, размещенного в гидроцилиндре, фиксатора положения поршня в гидроцилиндре, и гидравлический источник давления рабочей среды, соединенный с подпоршневой полостью аккумулятора, отличающийся тем, что он снабжен двумя пневматическими источниками давления рабочей среды, дополнительным аккумулятором энергии, выполненным в виде гидроцилиндра, поршня, размещенного в гидроцилиндре, и фиксатора положения поршня в гидроцилиндре, и дополнительным гидравлическим источником давления рабочей среды, при этом гидравлические источники давления рабочей среды соединены с подпоршневыми полостями соответствующих аккумуляторов, пневматические источники давления рабочей среды соединены с надпоршневыми полостями соответствующих аккумуляторов и каждый аккумулятор соединен с соответствующим гидравлическим механизмом.

2. Стенд по п . 1, отличающийся тем, что подпоршневые и надпоршневая полости аккумуляторов соединены соответственно попарно между собой через вентили.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к испытаниям на прочность при сложнонапряженном деформированном состоянии тонкостенных трубчатых образцов, в том числе отрезков труб постоянного сечения.

Изобретение относится к испытательной технике для проведения прочностных испытаний с грузозахватными средствами. .

Изобретение относится к испытательной технике. .

Изобретение относится к испытательной технике. .

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. .

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для испытания материалов, в частности горных пород, при исследовании энергообмена в массиве горных пород с целью прогноза и предотвращения опасных динамических явлений.

Изобретение относится к способам определения упругих характеристик свай-стоек и висячих забивных свай различного типа и вмещающего грунта в процессе строительства или реконструкции зданий и сооружений.

Изобретение относится к приборостроению. .

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к созданию или модернизации гидравлических прессов для испытания труб различного назначения. .

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для исследования энергообмена при деформировании и разрушении блочного горного массива. Стенд для исследования энергообмена в блочном массиве горных пород содержит опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, гидравлический механизм взаимного поджатия образцов, связанный с захватом для образца, гидравлический механизм взаимного перемещения образцов, связанный с захватом для контробразца, гидравлические аккумуляторы энергии, связанные с механизмами поджатия и перемещения, и источники давления, связанные с аккумуляторами. Стенд снабжен пульсаторами давления, соединенными с соответствующими аккумуляторами. Каждый из пульсаторов выполнен в виде гидроцилиндра со штоком, подпоршневая полость которого соединена с соответствующим аккумулятором, эксцентрика в форме конуса, кинематически связанного со штоком гидроцилиндра, вала вращения эксцентрика, установленного с возможностью осевого перемещения, привода вращения вала и привода осевого перемещения вала. Привод осевого перемещения вала выполнен циклическим. Технический результат - обеспечение проведения исследований энергообмена при деформировании и разрушении блочного горного массива в новых условиях: при плавных и при циклических изменениях поджимающей и сдвигающей нагрузок в одноцикловом и двухцикловом режимах. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для исследования поведения модели пористого вещества в условиях плоского напряженно-деформированного состояния. Устройство содержит пуансон, рабочую камеру в виде полого параллелепипеда с прозрачными стенками, образующими пространство, поперечное сечение которого соответствует размерам поперечного сечения модели. Перед рабочей камерой установлена видеокамера, а за рабочей камерой - источник света. Технический результат: повышение точности измерения параметров, характеризующих процесс плоской деформации модели пористого тела (площадь отверстия, расстояние между отверстиями). 1 ил.

Изобретение относится к горному делу и может использоваться для исследования электромагнитного излучения (ЭМИ) горных пород при их разрушении. Стенд содержит электромагнитный экран, систему регистрации, нагрузочное устройство, выполненное в виде трубки с внутренней резьбой и вкрученным в нее винтом с головкой под ключ, заполненной пластичным веществом. На трубку навит рукав из проницаемого для жидкости материала, заполненный веществом, которое при взаимодействии с жидкостью отвердевает и расширяется. Электромагнитный экран выполнен в виде параболической тарелки, в фокусе которой установлен конвертер, подключенный к системе регистрации. Нагрузочное устройство пропущено через отверстие, выполненное в параболической тарелке со смещением относительно ее центра. Технический результат: расширение возможностей стенда на исследования ЭМИ от разрушения блоков горной породы, находящихся в условиях их естественного залегания. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технике контроля качества материалов и исследования их деформативных свойств. Установка содержит закрепленные на штангах верхнюю и нижнюю траверсы, а также установленную между ними промежуточную траверсу с опорным шаром, имеющую возможность перемещения, гайки, расположенные на штангах, нагружающую систему, включающую источник давления среды, поршень для нагружения образцов, расположенный в цилиндрической полости нижней траверсы, герметичную камеру, установленную под поршнем и сообщенную с источником давления, ограничительное кольцо для поршня, закрепленное на нижней траверсе. Установка дополнительно снабжена упорными подшипниками, расположенными на штангах между верхней траверсой и гайками, а герметичная камера выполнена в виде металлического сильфона. Технический результат: повышение надежности эксплуатации установки при различных схемах нагружения образцов, снижение погрешности при испытаниях, а также снижение стоимости обслуживания самой установки для испытаний. 2 ил.

Изобретение относится к технике контроля качества материалов и исследования их деформативных свойств. Сущность: один образец устанавливают между нижней и промежуточной траверсой с опорным шаром, имеющим возможность перемещения, другой - между промежуточной и верхней траверсой. Траверсы закрепляют на штангах при помощи гаек. Производят нагружение образцов посредством герметичной камеры, расположенной под поршнем в цилиндрической полости нижней траверсы и сообщенной с источником давления. Перед началом испытаний на штангах между верхней траверсой и гайками устанавливают упорные подшипники, а нагружение образцов производят посредством герметичной камеры в виде металлического сильфона. Технический результат: повышение достоверности результатов испытаний. 2 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для испытания материалов, в частности горных пород, при исследовании энергообмена в массиве горных пород с целью прогноза и предотвращения опасных динамических явлений. Стенд для исследования энергообмена при разрушении горных пород содержит опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, домкрат для взаимного поджатия образцов, шток которого связан с захватом для образца, домкрат для взаимного перемещения образцов, шток которого связан с захватом для контробразца. Стенд снабжен двумя толкателями для размещения между соответствующими штоком и захватом вдоль оси штока, рычагом, размещенным между торцами толкателей, и возбудителем нагрузки, связанным с рычагом. При этом стенд также снабжен сменными прокладками для размещения между рычагом и толкателями, отличающимися жесткостью и/или величиной их размера вдоль оси рычага. Технический результат − проведение исследований энергообмена при разрушении горных пород в новых условиях - как при плавном изменении, так и при ударном или циклическом возбуждении поджимающей и сдвигающей пригрузок при изменении жесткости и пределов изменения возбуждаемых пригрузок, что расширяет функциональные возможности стенда. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для испытания материалов, в частности горных пород, при исследовании процесса энергообмена в образцах горных пород с целью прогноза и предотвращения опасных динамических явлений. Стенд содержит опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, гидравлический механизм взаимного поджатия образцов, связанный с захватом для образца, гидравлический механизм взаимного перемещения образцов, связанный с захватом для контробразца, источники давления, связанные с механизмами поджатия и сдвига, и механический аккумулятор энергии с пружиной, установленный между механизмом перемещения и захватом для контробразца. Механический аккумулятор энергии выполнен в виде направляющей, соединенной с захватом для контробразца, толкателя в виде полого цилиндра, размещенного на направляющей и соединенного с механизмом перемещения, при этом пружина размещена на направляющей между захватом для контробразца и толкателем и выполнена тарельчатой, тарелки уложены в группы, в каждой группе тарелки обращены друг к другу вогнутыми поверхностями. При этом количество тарелок с каждой стороны в каждой группе одинаковое, а в разных группах подобрано в соответствии с задаваемой характеристикой жесткости аккумулятора. Технический результат: увеличение объема информации при изучении процесса энергообмена в образцах горных пород за счет обеспечения исследований процесса энергообмена как при постоянной, так и при переменной характеристике жесткости аккумулятора энергии. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к строительству, в частности к технике испытания преимущественно крупнообломочных грунтов на трехосное сжатие, и может быть использовано при инженерно-строительных исследованиях. Устройство содержит цилиндрическую упругую обойму, круглый штамп, основание, цилиндрический жесткий корпус и измерители деформаций и напряжений. Упругая обойма выполнена с антикоррозионным покрытием на внутренней поверхности, заключена в цилиндрическую жесткую обечайку, внутренний диаметр которой равен внешнему диаметру обоймы. Обечайка разрезана по образующей цилиндра на осесимметричные части, прикрепленные к внешней поверхности обоймы и к радиальным пластинам ребер жесткости, установленным с возможностью радиального перемещения в направляющих вертикальных пазах, выполненных в стенках корпуса, внутренний радиус которого превышает внешний радиус обечайки на величину максимальной боковой деформации образца грунта при испытании его на сжатие. К наружным граням ребер жестко прикреплены горизонтальные штоки динамометров, установленные в каналах стенок корпуса с возможностью радиального перемещения. Корпуса динамометров жестко прикреплены к наружной поверхности корпуса устройства. Свободные концы штоков динамометров выполнены с резьбой и снабжены гайками, фиксирующими натяжение пружин динамометров, и соединены с индикаторами деформаций, закрепленными на стойках, установленных на плите основания устройства. Технический результат: увеличение точности результатов испытаний. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для исследования деформационно-прочностных характеристик грунтов в условиях трехосного сжатия. Стабилометр включает рабочую камеру с прозрачными боковыми стенками, верхний и нижний штампы и нагрузочное устройство. Боковые стенки камеры образованы плоско-вогнутыми линзами двойной кривизны, а с внешней стороны рабочей камеры по центру каждой из линз размещены синхронно работающие фотокамеры. Фотокамеры фиксируют искажение разметки на поверхности оболочки. Технический результат - повышение точности определения деформационных свойств грунта. 2 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для испытания образцов горных пород при моделировании энергообмена в массиве горных пород с целью прогноза и предотвращения опасных динамических явлений. Стенд содержит опорную раму, размещенные в ней захват для контробразца, гидравлический механизм для взаимного поджатия образцов, соединенный с захватом для контробразца, каретку, гидравлический механизм для взаимного перемещения образцов, соединенный с кареткой, и захват для образца, установленный на каретке. Стенд дополнительно снабжен механизмом ударного нагружения, установленным на каретке с возможностью взаимодействия с захватом для образца и с кареткой, при этом механизм ударного нагружения выполнен в виде ударника в форме стержня, электромагнитного якоря в форме кольца, закрепленного на каретке, и двух электромагнитных катушек для независимого взаимодействия с якорем, причем ударник подвижно размещен в отверстии якоря, а катушки закреплены на ударнике с противоположных сторон относительно якоря. Технический результат: расширение функциональных возможностей стенда, увеличение объема получаемой информации при изучении энергообмена на образцах горных пород за счет обеспечения исследований энергообмена при регулируемом возбуждении в образце разнонаправленных ударных волн в процессе формирования подвижек. 1 ил.
Наверх