Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Карташов Ю.М. Оборудование для исследования физико-механических свойств горных пород (патентный обзор) [сотрудникам НИИ, проектно-конструкторских и проектных институтов]

.pdf
Скачиваний:
3
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
4.78 Mб
Скачать

ланса 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

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ