книги из ГПНТБ / Карташов Ю.М. Оборудование для исследования физико-механических свойств горных пород (патентный обзор) [сотрудникам НИИ, проектно-конструкторских и проектных институтов]
.pdfланса усилие, передаваемое через динамометр 11 на нагру жаемый образец. Изменение усилия регистрируется записы вающим прибором 12 и происходит до тех пор, пока дефор
мация образца не достигнет "заданного уровня. |
При |
этом |
||
величины сигналов потенциометрических датчиков |
и |
стано |
||
вятся одинаковыми, с выхода сравнивающего |
устройства |
|||
на усилитель |
10 |
перестает поступать сигнал разбаланса, и |
||
электропривод |
6 |
останавливается. |
|
|
ПРЕДОХРА НИТЕЛЬНЫЕ И СИГНАЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
При разрушении в процессе испытаний на гидравличес”
ких прессах образцов хрупких материалов, в том |
числе гор |
|
ных пород, возможны нежелательные динамические |
пере |
|
грузки отдельных частей пресса, что отражается |
на |
точ |
ности измерений и может в отдельных случаях привести к поломке оборудования. Одним из направлений в разработке
различных предохранителей'к прессам является |
применение |
||
демпфирующих устройств, гасящих гидравлический |
удар в |
||
системе пресса при разрушении образцов. |
|
|
|
Упрощена конструкция пресса и обеспечена его |
безава |
||
рийная работа при разрушении образца в следующем |
уст |
||
ройстве [95]. При подаче рабочей жидкости в полость |
1 |
||
(рис. 14, а) поршень 2 перемещается в цилиндре |
3 |
до |
упо |
ра в уступ 4, а затем через шток 5 сообщает |
ускоренный |
||
ход поршню 6 рабочего цилиндра и штанге 7 с |
инструмен |
том 8, который перемещается до упора в образец 9 .Разру шение образца происходит под действием поршня „при до
стижении определенного давления в полости 10. |
В момент |
||
ломки давление мгновенно сбрасывается, и поршень |
резко |
||
перемещается вперед, увлекая за собой шток, |
между |
ним |
|
и поршнем имеется компенсирующий зазор а. |
В |
штоковой |
|
полости 11 возвратного цилиндра не происходит |
подпора |
||
давления, так как перемещение штока на расстояние |
а не |
вызывает перемещения поршня 2. Обратное движение штан ги с инструментом совершается при подаче рабочей жидко
сти в полость 11 возвратного цилиндра. Пресс |
отличается |
тем, что шток его возвратного цилиндра может |
переме |
щаться относительно, своего поршня на величину, компенси рующую гидравлический удар при разрушении образца.
50
Конструкция предохранителя р£Г) обеспечивает его быст родействие, полное поглощение накопленной движущимися массами энергии без существенного увеличения развиваю щегося в прессе усилия. В ползуне пресса 1(рис.14,б) рас положен пустотелый плунжер 2, служащий опорой винтового шпинделя гидровинтового пресса-молота 3. В нижней час ти плунжера имеется подвижное кольцо 4, верхняя скошен ная кромка 5 которого является седлом клапана 6, жестко
Рис. 14
связанного с ползуном. Кольцо имеет уплотнение 7. Стер жень клапана 8 выполнен с переменным оечением. Под да влением жидкости, находящейся в полости 9, седло при жимается к клапану, а плунжер - к гайке 10, которая ре
51
гулирует величину зазора S между кольцом |
и уступом 11 |
|
плунжера. Полость 12 внутри плунжера соединена |
с атмо |
|
сферой отверстием 13. Вентиль 14 служит |
для |
удаления |
жидкости из полости. Через обратный клапан 15 подводит ся жидкость под постоянным давлением, что необходимо для зарядки предохранителя и компенсации утечек. В кор пусе ползуна имеется уплотнение 16. Пластинчатая пружи на 17 предназначается для поджатия кольца к клапану в начальный момент зарядки предохранителя. В исходном по ложении плунжер 2 прижат к гайке 10, а кольцо 4 - к кла пану 6 за счет предварительного давления жидкости в по лости 9. При этом полость высокого давления (под плун жером) отделена от полости 12, соединенной с атмосфе рой. Пока усилие на ползуне не превышает усилия от пред
варительного давления жидкости плунжер и ползун |
рабо |
||
тают как единое целое; при возрастании усилия |
плунжер |
||
начинает внедряться в ползун за счет |
сжатия |
жидкости в |
|
полости 9; давление жидкости повышается. Когда |
весь |
||
осевой зазор выбран S (величина |
которого |
определяет |
усилие срабатывания предохранителя), кольцо 4 отрывается
от клапана уступом |
плунжера 11, жидкость из полости |
9 |
вытекает в полость |
12, происходит разгрузка. Ползун |
ос |
танавливается, а плунжер продолжает опускаться. При этом в результате дросселирования жидкости в кольцевом зазо ре между внутренней поверхностью кольца 4 и стержнем 8 переменного сечения происходит увеличение давления в по лости 9, создающее силу сопротивления перемещению плун
жера, за счет чего поглощается вся энергия, |
накопленная |
||
движущимися массами пресса. При обратном ходе |
винто |
||
вой шпиндель сначала увлекает за собой плунжер' |
с |
под |
|
вижным кольцом, а затем и ползун с клапаном 6 после |
то |
||
го, как плунжер упрется своим буртом в гайку 10. |
|
При |
|
этом подвижное кольцо пластинчатой пружиной |
17 |
поджи |
мается к клапану и разобщает полости 9 и 12. В полости 9 снова устанавливается предварительное давление .Жидкость, попавшая в полость 12, в результате срабатывания предо хранителя удаляется при помощи вентиля 14.
Гидравлический предохранитель [97] , предназначенный для гашения инерционных сил, выполнен в виде корпуса с дном и крышкой, внутри которого расположен клапан. На наружной поверхности клапана сделана кольцевая проточка,
52
а на внутренней поверхности корпуса - кольцевой поясок, образующие при совмещении кольцевую полость, дно корпу са выполнено в виде плавающего поршня.
Устройства для защиты манометрических приборов, при меняемых в гидравлических прессах, обычно представляют собой демпфирующие системы, основными элементами ко торых являются штуцера и демпферные винты tc дроссели рующими отверстиями. Такие системы не позволяют доста точно полно осуществлять защиту манометров от гидрав лических ударов.
К предохранительным элементам можно отнести также различного рода защитные системы, обеспечивающие нор мальную работу прессового оборудования при внезапных пе регрузках, вызванных критическим повышением давления в гидросистеме или ее повреждением и пр.
Разгрузочный клапан [98] , предназначенный для сброса избыточного давления в гидросистеме, состоит из двух ос
новных элементов: разгрузочного и вспомогательного кла |
|
панов. Необходимая разность давления для |
управления |
вспомогательным .клапаном достигается изменением площа дей, на которые действует давление жидкости в разгру зочном клапане..Вспомогательный клапан поэтому открыва
ется при высоком давлении, а слив происходит |
при |
|
более |
|
низком. |
|
|
|
|
Большое распространение в практике лабораторных |
ис |
|||
пытаний горных пород и других материалов получили |
|
раз |
||
личного типа сигнальные элементы, оповещающие |
испыта |
|||
телей об окончании определенного периода испытаний, |
вы |
|||
ключающие в необходимый момент аппаратуру, |
регистриру |
|||
ющие момент разрушения образцов и т .д . |
|
|
|
|
Для дистанционного оповещения испытателей |
|
о |
макси |
|
мально допустимой нагрузке может применяться |
устройст |
|||
во [99] , сконструированное на типовом динамометре |
и |
сос |
тоящее из рабочей и сигнальной стрелок, ручки настройки с винтом, поворотной втулки, пружины электроконтактов, ис точников питания и сигналами затора (сигнальная лампа с сиреной). Отличием предложенного устройства является то,
что в нем сигнальная стрелка свободно посажена |
на свою |
|
ось, установленную на поворотной втулке. Внутри |
послед |
|
ней подвешена цилиндрическая пружина, |
прижимающая |
|
стрелку к упорам втулки и рабочей стрелки. |
Сигнальная |
53
стрелка устанавливается на заданную нагрузку. |
При рабо |
те динамометра с увеличением нагрузки рабочая |
стрелка, |
двигаясь по часовой стрелке, по достижении установленной
максимальной нагрузки своим упором замыкает |
контакты |
сигнальной стрелки, включая . сигнализацию. Так |
как наг |
рузка некоторое время нарастает, рабочая стрелка увлекает за собой сигнальную. При снятии нагрузки с динамометра сигнальная стрелка под действием пружины возвращается в первоначальное положение. Такое конструктивное исполне
ние обеспечивает надежность срабатывания при |
перегруз |
|
ках. |
|
|
Простой и эффективный прибор для фиксации |
|
момента |
разрушения образца при длительных испытаниях |
на |
растя |
жение [lOO] состоит из герметичного кожуха, |
внутри ко |
|
торого установлен захват для крепления консольного |
образца |
с грузом, и основания, на котором установлен кожух. Над нак лонной плоскостью внутри кожуха располагается груз образца, а наружная поверхность для кожуха составлена из двух расположенных под углом плоскостей, соотношение площа дей которых и угол между ними выбирается из условия нарушения равновесия устройства при падении груза на дно.
Для отключения привода усталостной машины |
при раз |
|
рушении образца предложено |
устройство [lOl] , |
содержа |
щее электрические контакты |
1 и 2 (рис.14, в ), |
источник |
питания 3 электрическим током и исполнительные |
органы, |
образующие электрическую цепь. Контакт 1 размешен |
на |
пассивном захвате 4 машины, а контакт 2 - на штоке |
5, |
подпружиненном в направлении его оси, размещенном |
в |
корпусе 6. Последний укреплен на станине 7. Частота |
коле |
баний штока 5 ниже частоты изменения переменной нагруз ки. Контакт 2 подсоединен к релейному элементу 8. Когда образец 9 не испытывается, контакты замкнуты между со
бой. Для включения машины контакты размыкаются. |
При |
|
испытании образца контакт 1 получает колебания |
с той же |
|
частотой, с которой изменяется нагрузка на образец. |
Эти |
|
колебания через контакт 2 передаются штоку 5, |
который |
начинает осциллировать с более низкой частотой.При такой
частоте релейный элемент не успевает |
срабатывать для от |
||
ключения привода 10. При разрушении |
образца |
контакты |
|
замыкаются, и релейный элемент выключает привод |
маши4- |
||
ны. Конструктивное исполнение устройства позволяет |
по |
54
высить надежность срабатывания в широком диапазоне на грузок.
ЦЕНТРИРОВАНИЕ ОБРАЗЦОВ И ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИХ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ
Большое влияние на показатели прочности материалов оказывает экспентренность приложения нагрузки. Некачест
венная центровка образцов пород |
вызывает изгиб |
образца |
при испытаниях, неравномерность |
деформирования |
образцов |
и т .д . Часто возникает необходимость в испытании на сжа тие и растяжение без переналадки прессового оборудования и захватов образца. Изменение знака нагрузки без перемещения образца значительно повышает точность результатов и про-
изводительность |
испытаний. |
[l02j |
позволяет исключить из |
||
Оригинальное |
устройство |
||||
гиб при нагружении |
образца |
1 (рис. 15, а) , который |
кре |
||
пится к захватам |
2, |
соединенным |
с опорными плитами |
3 |
через нагрузочный элемент 4. Концевые элементы (адапте ры 5) присоединяются к захватам испытательной машины. Устройство отличается наличием цилиндрического элемента 6, прикрепленного к опорным плитам. Толщина стенок эле мента - 0,06". Датчики напряжений 7, наклеенные на эле мент, фиксируют при испытаниях степень центровки. При
различных показаниях датчиков корректируется |
приложение |
нагрузки. |
|
Сохранение надежного центрирования образца |
при пере |
ходе от растяжения к сжатию реализовано в |
устройстве |
[ЮЗ] , имеющем упругий шарнир, выполненный в виде двух
повернутых один относительно другого на 90° жестко |
‘свя |
занных двутавров 1 и 2 (рис. 15, б). М ежду полками |
дву |
тавров установлены фиксаторы в виде клиновых вкладышей 3. Внутренние поверхности полок профилированы соответст венно сопрягаемым поверхностям вкладышей, образуя кли новидные пазы 4. Каждая пара вкладышей шарнирно ус тановлена на цилиндрическом стержне 5, который сбоку при жимается пружиной 6, размещенной между защитным ци
линдром 7 и вкладышами. С противоположной |
стороны |
||
стержень |
ограничен винтом 8. Упругий шарнир |
соединен |
с |
активным |
захватом испытательной машины и с зажимом |
9 |
55
для крепления образца 10. Перед установкой образца кли новые вкладыши отжимаются винтами и пружинами и ос вобождают упругий шарнир, а после закрепления - отвора чиваются винты, отпуская стержни б, и каждая пара вкла дышей под действием пружины входит в клиновидные па зы* При растяжении образца упругий шарнир,деформируась,
а
Рис. 15
56
обеспечивает соосность установки образна по отношению к направлению приложения усилия. При этом зазоры, образо
вавшиеся в результате растяжения и изгиба упругих |
эле |
ментов шарнира, выбираются клиновыми вкладышами, |
вхо |
дящими в клиновидные пазы в полках двутавров, и повора чиваются на цилиндрических стержнях до плотного сопря жения плоскостей вкладыша и паза. При переходе от рас тяжения к сжатию это положение центрирования образца по
отношению к прилагаемому усилию фиксируется |
вкладыша |
|
ми со стержнями. |
|
|
При испытании образцов пород на усталостность |
пра |
|
вильное центрирование и надежное закрепление образцов в |
||
захватах приобретает особое значение в связи |
с |
быстрой |
сменой знака напряжений. |
к |
устрой |
Наибольшее количество разработок относится |
||
ствам для закрепления и центрирования образцов |
на |
растя |
жение.
Устройство, позволяющее повысить точность центрирова
ния испытываемого |
образца [Ю4], содержит тягу |
1 |
(рис. |
15, в), в отверстии |
которой расположен шарнир, |
выполнен |
|
ный в виде цилиндрических сегментов 2, обращенных |
друг |
к другу плоскими поверхностями, а к внутренним поверхно
стям - цилиндрическими. Цилиндр 3 расположен |
|
в отверс |
тии головки 4 образца и в радиальных отверстиях |
цилин |
|
дрических сегментов. Шарнир фиксируется в тяге |
стопор |
|
ным кольцом 5, а тяга дополнительно снабжена |
|
предохра |
нительной втулкой. Для зажима образцов необходимо ис |
||
пользовать два устройства. Образец головками |
насажива |
|
ется на цилиндры, длина которых на величину |
d. |
больше |
толщины головок образца, а на концы цилиндров надевают
ся цилиндрические сегменты с гарантированным |
расчетом |
зазором. В собранном виде шарниры размещаются в тягах |
|
и фиксируются от больших осевых перемещений |
стопорны |
ми кольцами. Оси цилиндрических сегментов и |
цилиндра |
взаимно перпендикулярны и пересекаются в центре шарнира. Для уменьшения концентрации напряжений вызванной неточным центрированием образца, а также самоцентриро вания верхнего и нижнего захватов разработано захватное
приспособление [lQ5], в котором каждый из |
захватов име |
|
ет траверсные плиты с обхватными пластинами. |
По центру |
|
плит расположены шарниры карданного типа |
на |
игольчатых |
57
•р»
Рис. 16
58
подшипниках, В центре траверсной плиты верхнего захвата установлен центрирующий узел с расположенными один над другим поворотными эксцентриками.
Для предотвращения выскальзывания образца из захва
тов разработано зажимное устройство [Юб] , которое |
снаб |
|
жено дополнительным зажимом с механизмом |
для |
созда |
ния натяжения на участке образца между основным |
и до |
|
полнительным зажимами. |
|
|
Специальный профиль зажимного устройства |
[Ю7] |
име |
ет центральное круглое сечение и удлиненный хвостовик, а
концевая час1*ь образца |
- поперечное сечение, |
В |
машине* |
|
для испытания образцов |
на разрыв |
[108] губки, захватыва |
||
ющие концевую часть образца, закрываются |
специальным |
|||
нажимным устройством, |
управляемым особым пультом. Это |
|||
обеспечивает надежное |
закрепление |
испытываемых |
образ |
|
цов. |
|
|
|
|
Применение трубчатых образцов |
создает в |
них |
объем |
ное напряженное состояние.
Устройство, центрирующее образец к машйне, для испы тания на растяжение [109] содержит тягу 1 (рис. 16, а ), укрепленную в траверсе машины. В нижней части траверсы выполнены направляющие, по которым перемещается карет ка-держатель 2 образца. Тяга и каретка взаимодействуют при помощи шарика 3, расположенного между подпятником 4 и шаровой опорой 5, которая скреплена с тягой штифта ми 6. Нагрузка через шарик и подпятник передается от тя ги к каретке, а от нее - к испытываемому образцу 7. Для перемещения каретки в одном из направлений в плоскости перпендикулярно линии действия нагружающего усилия слу
жат регулировочные винты 8, а для передачи |
крутящего |
||||
момента каретки - винты 9. Для дополнительного |
переме |
||||
щения каретки применены винты 10, позволяющие |
переме |
||||
щать каретку в направлении, перпендикулярном |
первона |
||||
чальному ее перемещению. Конструкция устройства |
позво |
||||
ляет производить испытания совместно на растяжение |
и |
||||
кручение, а при необходимости и с наложением |
внутренне |
||||
го давления. |
|
|
|
|
|
Устройство для испытания материалов на сжатие-растя |
|||||
жение |
[ПО] выполнено в виде приставки к |
универсальным |
|||
испытательным прессам и позволяет испытывать |
трубчатые |
||||
образцы |
как на сжатие, так и на растяжение |
с |
внутренним |
59