Способ разрушения образцов горных пород и углей при импульсном растяжении и устройство для его осуществления

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сотов Советских

Социалистических

Реснубпик

«щ 994?26 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (И)М. Кл. (22) Заявлено 22. 06. Bl (21) 3305971/22-03

Б 21 С 39/00 с присоединением заявки ЭЙ (23) Приоритет

Гас) а@рствеикых severer СССР ае лавам изебрвтенкк и аткрытий

Опубликовано 07. 02.83. Бюллетеиь .1тЪ 5 (©)ИЖ622.235 (088..8) Дата опубликования описания 10.02.83

М.П. Иохначев, Н.А. Хабаров и B.Â. Присташ1

1 --.Ордена Октябрьскои Революции и ордена Тру ового

Красного Знамени институт горного дела им. А.А. Скочинского (72) Авторы изобретения (7! ) Заявитель (g4) СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД

И УГЛЕЙ ПРИ ИИПУЛЬСНОИ РАСТЯЖЕНИИ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.1

Изобретение относится к горному делу, а более конкретно,- к области лабораторного исследования разрушения горных пород и углей при импульс" ном растяжении, а также может быть использовано в машиностроении и

5 строительстве для исследования свойств, твердых материалов при импульсном растяжении.

Известен способ разрушения горных пород при импульсном одноосном растяжении, использующий явление, заключающееся в преобразовании импульса сжатия, отраженного от сво" бодного торца длинного образца правильной геометрической формы, в импульс растяжения, вызывающий разрушение типа откола (1 1.

Однако йри зтои способе продоль" ное нагружение импульсом сжатия длин- 2о ного образца используют для получения импульсов одноосного растяжения,, вследствие чего становятся существенными потери энергии, возникающие

2 в материале стержня при прохождении волны сжатия, что является недостатком способа. Кроме того, учет сложения и преобразования волн усложняет и углубляет расчеты характеристик исследуемых пород при импульсом растяжении.

Известны устройства, в которых используется явление откола для разрушения испытуемых материалов при импульсном растяжении. В этих устройствах для разрушения образцов используется удар бойка по торцу образца, взрыв ВВ или фольк на его торце (взрыв фольги осуществляется пропусканием через нее импульса тока3 313

Недостатками этих устройств являются косвенное возбуждение импульса растяжения и низкая точность из" мерений вследствие сложения волн сжатия и растяжения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, заключающийся в про"

3 994726 пускании импульсных токов по двум параллельным, последовательно соединенным,удаленным друг от друга проводникам, воздействующим через два плоских волновода на испытуемый образец f2).

Наиболее близким устройством для осуществления предлагаемого способа является устройство, включаюЩее "кор-; пус, образец, генератор импульсных 16 токов, два ленточных гибких проводника, расположенные параллельно друг другу и электрически соединенные с генератором последовательно, два плоских волновода, установленных меж- 1s ду одним из проводников и образцом испытуемого материала (2 ).

Недостатками этого способа и устройства для его осуществления являются наличие двух дополнительных плос- ?в ких волноводов, предназначенных для преобразования импульсных усилий, отталкивающих ленточные проводники друг от друга, в импульсные усилия, растягивающие образец, так как эти 2$ волноводы наруыают плоскостность фронта волны растяжения, а также наличие больших потерь энергии в результате отражения волн напряжений в узлах крепления волноводов и ус- 3О датчики деформаций, а каждый из об корения их масс достигающих 10 1О м.с . ваяя регистрации деформации разрушаемых (нагружаемых) образцов и величины импульсов растяжения или сжатия на поверхности образцов установлены раэцов жестко соединен с корпусом устройства через динамометрические стержни-волноводы.

На фиг. 1-5 изображены возможные устройства для осуществления предла35 гаемого способа.

На фиг, 1 изображено устройство для разрушения одного образца, где образец 1 разрушаемой горной породы или угля, подвергаемый импульсно"

40 му растяжению, одним иэ торцов жестко прикреплен к ленточному гибкому проводнику 2, другим - к корпусу устройства 3, другой гибкий проводник

4 также жестко прикреплен к корпусу устройства 3 так что между лен точными гибкими проводниками 2 и 4

° образовывается зазор д, величина которого во много раз меньше ширины этих проводников.

На фиг. 2 изображено устройство для одновременного разрушения двух образцов, где каждый из образцов горной породы 1, подвергаемых им-. пульсному растяжению, одним торцем жестко прикреплен к одному из ленточных гибких проводников 2 и 4, а другим - к корпусу 3 устройства. В этом случае зазор между ленточными гибкиЦель изобретения - уменьшение:. потерь энергии.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу разрушения oGpassos горных пород и углей при импульсном растяжении, включающему пропускание импульсных токов по двум параллельным удаленным один от другого проводникам, оказывающим силовое воздействие на испытуемый образец, электрические токи в проводниках пропускают в одном направлении.

Кроме того, в устройстве для разрушения образцов горных пород и углей при импульсном растяжении, включающем корпус с параллельными стенками, размещенный между ними и жестко прикрепленный к одной иэ них образец горной породы, два гибких ленточных проводника, расположенных параллельно один другому, один из которых жестко прикреплен к корпусу, и генератор импульсных токов, оДин из проводников жестко связан со свободным торцем образца, а другой,: жестко прикрепленный к корпу4 су, установлен на стороне, противоположной образцу, при этом проводники электрически соединены с генератором параллельно.

При этом образцы прикрепляют соосно к противоположным стенкам корпуса, а проводники прикреплены, к свободным торцам образцов., На поверхности образцов устанавливают датчики деформации, а образцы прикреплены к корпусу посредством динамометрических стержней волноводов.

Для создания идентичных условий разрушения двух или нескольких об-. разцов и сокращения времени испытаний путем одновременного разрушения двух или нескольких образцов одним импульсом электрического тока один или несколько ленточных гибких проводников жестко прикреплены к корпусу устройства, а каждый из разрушаемых образцов укрепляется аналогичным образом.

- 994726 ми проводниками должен быть в два

- раза больше, чем на фиг. 1.

На фиг. 3 изображено устройство

-для одновременного разрушения двух

: или нескольких образцов, где все 3 образцы 1 горной породы одним тор- цем жестко прикрепленй к одному ленточному гибкому проводнику 2, а другим - к корпусу 3 устройства, а лен"

-точный гибкий проводник 4, как и на фиг. 1, жестко прикреплен к карпу+ су устройства. Длина ленточных .гибких проводников в этом случае должна быть увеличена соответственно-количеству разрушаемых образцов.

На фиг. 4 изображено устройство — для одновременного разрушения нескольких образцов, где каждый разрушаемый образец 1 -горной породы од ним торцем жестка прикреплен к одно- 20 му из двух ленточных гибких проводников 2 и 4 в любом порядке в соответствии фяг. 1 и 2, а противоположным - к корпусу 3 устройства. 8 этом случае зазор и между проводни-, 25 ками должен быть в два раза- больше; чем на фиг. 1, а длина ленточных гибких проводников соответственно должна быть увеличена.

-36

На фиг. 5 повторено устройство,-показанное на фиг. 1,,-с регистра" цией деформаций разрушаемых образцов и величины импульсов растяжения или сжатия и с генератором импульсов тока. На поверхности. разрушаемых образцов 1 укреплены датчики 5 деформаций. Разрушаемые образцы 1 жестка соединены с корпусом 3 устройства через динамометрические стержни- 4в волноводы 6. Ленточные гибкие проводники 2 и 4 подключены к генератору .импульсного тока, выполненного, например в виде накопительной конденсаторной батареи 7 высокого напряже" ния .с разрядникам 8 (органом управ" ления). Для регистрации деформаций разрушаемых образцов 1 при импульсном растяжении на их поверхности крепятся датчики 5 деформации, а. . каждый из образцов 1 жестко соединен с корпусом устройства 3 через динамометрические стержни-волноводы 6-.

На фиг. 5 изображено. соединениеленточных гибких проводников 2 и 4.—

Проводники могут быть подключены к—

Я генератору импульсного электрического тока и иначе, лишь бы по ним импульсные токи протекали в одном

4 направлении (например последовательное соединение проводников 2 и 4 через виток .связи и т.д.).

Устройство работает следующим образом.

При срабатывании разрядника 8 накопительная конденсаторная батарея 7 разряжается на ленточные проводники.2 и 4, вызывая в них имйульсные электрические токи, протекающие в одном направлении. Возникающие.импульсы (пондеромоторные силы) согласна законам электродинамики притягивают ленточные гибкие проводники 2 и 4, друг к другу. Так как образцы 1 одними торцами жестко прикреплены к ленточным гибким проводникам 2 и

4, а другими через длинные динамо" метрические стержни-волноводы 6к неподвижному корпусу 3 установки, то разрушаемые образцы 1 горной по= роды или угля подвергаются импульсу напряжения прямого растяжения (без преобразования волны сжатия в волну растяжения).

Регистрация деформаций, возникающих в разрушаемых образцах 1, осуществляется датчикаии 5, закрепленными на поверхности образцов 1, а величина импульса растяжения фикси" руется с помощью динамометрических стержней-волновадов 6.

Устройство возбуждает s разрушае мых образцах горных пород импульсы напряжения прямого растяжения с плоским фронтом, что значительно упрощает определение их прочностных и деформационных свойств, а.одновременное разрушение ряда образцов одним импульсом электрического тока создает .идентичность условий .разрушения об-. разцов.

Кроме того, поскольку разрушение .образцов происходит в результате прямого растяжения, то его длина мо" жет быть значительно .(в 3-4 раза) меньше, чем при испытании с использованием явления откола, поэтому уменьшаются диссипативные потери и расход энергии на разрушение каждого образца, что снижает стоимость установки и ее габариты, а также трудо.". затраты на изготовление образцов.

Воэможность одновременного испытания нескольких образцов способствует сни. жению трудозатрат экспериментов. формула изобретения, 1. Способ разрушения образцов го . ных пород и углей при импульсном - 994726

7 растяжении, включающий пропускание импульсных токов по двум параллельным удаленным один от другого проводникам, оказывающим силовое воздействие на испытуемый образец, о т л и ч а ю- s шийся тем, что, с целью уменьшения потерь энергии, электрические токи в проводниках пропускают в одном направлении. ю

2. Устройство для разрушения о6разцов горных пород и углей.при импульсном растяжении, включающее корпус с параллельными стенками, размещенный между Ними и жестко прикреп- 15 ленный к одной из них образец горной породы, два гибких ленточных проводника, расположенных параллельно один другому, один из которых жестко прикреплен к корпусу, и генератор им-. 2o пульсных токов, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что один из проводников жестко связан .со свободным торцем образца, а другой, жестко прикрепленный к корпусу, установлен на сторо- 25 не, противоположной образцу, при этом проводники электрически соединены с генератором параллельно.

3. Устройство по и. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью . создания идентичных условий разрушения двух образцов, образцы прикрепляют соосно к противоположным стенкам корпуса, а проводники прикреплены к свободным торцам образцов.

4. Устройство по пп. 2 и 3, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью регистрации деформации разрушаемых образцов и величины импульсов растяжения, на поверхности образцов устанавливают датчики деформаций, а образцы прикреплены к корпусу посредством динамометрических стержней волноводов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Финкель В.М., Головкин Ю.Н., Хмрихин В.М. и Слетков А.А. Особенности разрушения стержней продольными волнами напряжений. - "Проблемы прочности". 1977, и 4, с. 79-83.

2. Головин Ю.Н., Бруснецов Ю.А. и финкель .В.M. Установка для получения волн напряжений с плоским фронтом.

"Заводская лаборатория", 1974, Р 8, с. 1031-1032 (прототип).