Файл: Карташов Ю.М. Оборудование для исследования физико-механических свойств горных пород (патентный обзор) [сотрудникам НИИ, проектно-конструкторских и проектных институтов].pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 25.07.2024

Просмотров: 85

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

чатель 10 в гидроцилиндр 3, из которого она поступает в силовой цилиндр, нагружающий образец, например, растяги­ вающий нагрузкой. Таким образом, устройство обеспечива­ ет создание давлений в силовозбудителях машины. Коэф­ фициент устанавливается перед нагружением за счет изме­ нения соотношения плеч h1 и fiz гидроцилиндров. Для осуществления разгрузки образца необходимо замкнуть цепь источника питания переключателей 9 и 10,При срабатывании

кранов перекрываются линии А и открываются линии Б, по

которым жидкость подводится к клапанам

7 и 8 разгрузки.

В начале разгрузки клапан 7 открыт. Затем

при падении

давления в гидроцилиндре 3 усилием штока рычаг 4 отжи­

мает с седла шарик клапана 6, одновременно

уменьшая

проходное сечение клапана 7, жидкость перетекает

из по­

лостей силового цилиндра и образца в бак через

дроссель

13.

Подавая электрические импульсы на переключатели 9 и

10,

устройство многократно автоматически создает

пропор­

циональные давления в силовозбудителях машины. Отдельные предложения при совершенствовании испыта­

тельного оборудования направлены на расширение возмож­ ных режимов нагружения образцов. Установка для испыта­ ния плоских образцов [76] позволяет проводить испытания при знакопеременном и постоянном изгибах и кручении. Об­ разец 1 (рис. 11, в) закрепляется в захватах 2 и 3. Настра­ ивается необходимая величина эксцентриситета механизма 4

и* за дается необходимая величина постоянной нагрузки

воз­

будителем. В процессе испытания образец нагружается

за ­

тягивающей нагрузкой от гидроцилиндров б и 6,

от

экс­

центрикового механизма знакопеременной изгибающей

на­

грузкой, а от взаимодействия ролика 7 с опорой

8 проис­

ходит закручивание образца на определенный угол.

 

В

испытательной усталостной машине [7б] образец

мо­

жет

испытываться при асимметричных циклах сжатия

при

повышенных уровнях напряжений. Для этого в машине, со­ держащей магнитострикционный вибратор и устройство для статического нагружения образца, имеется второй вибратор, взаимодействующий со вторым концом образца, включенный параллельно и установленный соосно с первым.

Для уменьшения осевых усилий в образце при испытании на устзлостность знакопеременным чистым изгибом приме­ няется способ [77], при котором серповидные захваты ис-

40


питательной машины располагаются так, чтобы ось каждо­ го захвата соответственно была удалена от соответствую­

щего конца образца на расстояние, равное одной

шестой

его длины* При этом осуществляется значительное

умень­

шение осевых усилий.

 

Серийно выпускаемые машины рассчитаны, как

правило,

на испытание только одного образца. Это является

их су­

щественным недостатком, так как длительность испытаний одного образца может быть довольно большой: от несколь­ ких часов до нескольких суток. Поэтому с целью одновре­ менного испытания нескольких образцов разработаны маши­

ны для испытания материалов на усталостность

[78, 79] •

В числе предложений по усовершенствованию

методики

и аппаратуры проведения усталостных испытаний различных материалов, можно отметить способ испытаний материала на усталостность с применением тензодатчиков сопротивле­ ния, наклеиваемых на образец [80]. Изменение свойств ма­ териала при усталостных испытаниях определяется по из­ менению сопротивления тензодатчика и "температурного* ко­ эффициента материала. Можно отметить также предложен­ ные гидравлический вибратор колебаний для испытательных

машин [81] и ультразвуковой прибор для испытаний

мате­

риалов на устало'стность [82], осуществляющий

высокочас­

тотные колебания (до 20 кгц) и позволяющий

значительно

сократить время испытаний с определением

предельного

числа циклов нагрузки, уровня нагружения, момента

появ­

ления трещин в материале, скорости их роста,

деформации

материала и других параметров. Испытания проводятся при частоте, равной собственной частоте колебаний образца. Са­

мопишущие

устройства позволяют выявить различный

ха­

рактер поведения материалов при испытании.

при

Машина

для испытания образцов на усталостность

круговом изгибе [83] содержит захваты для крепления об­ разца и электромагнитный возбудитель колебаний с враща­ ющимсяи магнитным полем, который связан с одним из за ­ хватов. Для расширения диапазона частот испытания и возможности программирования частоты имеется регулируе­ мый по скорости привод вращения, связанный с другим за ­ хватом. Предложены также устройства для динамических

испытаний датчиков давления [84] и для

испытаний

труб­

чатых образцов, в которых для создания

в образце

пере­

41


менных напряжений с различными коэффициентами асимме­

трии цикла, имеются вибратор направленного действия

и

поршень, воздействующий на рабочую среду.

 

 

Автоматический режим нагружения образца

позволяет

уменьшить трудоемкость и повысить точность

испытаний,

В некоторых случаях (испытания образцов пород при слож­ ном напряженном состоянии с различным режимом нагру­

жения по разным осям образца)

практически

невозможно

осуществить ручное управление

нагрузками.

 

РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ НАГРУЖЕНИЯ ИЛИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ОБРАЗЦОВ

И СТАБИЛИЗАЦИЯ НАГРУЗКИ

Большое распространение в практике механических

ис­

пытаний получили следящие системы,

обеспечивающие

на­

гружение и деформирование образцов

по различным

зако­

нам и позволяющие сохранять постоянную скорость нагру­ жения в течение всего цикла испытаний, плавно изменять в случае необходимости скорость нагружения в широких пре­

делах, увеличивать точность и надежность задания

нагру­

зки.

 

 

 

Разработано устройство [8б] для исследования

прочно­

стных свойств образцов различных материалов

при

растя­

жении, позволяющее осуществлять плавное и

равномерное

приложение нагрузок к образцу с заданной скоростью

на­

гружения. Для создания растягивающего усилия в

устрой­

стве применяется груз переменной массы, выполненный

в

виде сменной гири и уравновешивающего ее сосуда

 

с

жидкостью. К сосуду прикреплен выливной изогнутый

шланг,

конец которого закреплен неподвижно и имеет вставку

с

калиброванным отверстием. К вставке присоединен

клапан,

управляемый по заданной программе.

 

 

 

Наиболее сложно обеспечить автоматическое и програм­

мное нагружение образцов при их испытании

в условиях

объемного сжатия.

 

 

 

Предложена установка для испытания образцов при сло­ жном напряженном состоянии [86] с устройством для авто­

матического и программного управления задаваемыми

на­

грузками. Установка содержит захваты 1 и 2 (рис. 12,

а)

42


для крепления трубчатого образца

3, гидравлические уст­

ройства 4, 5 и 6 для нагружения

образца

соответственно

осевой силой, крутящим моментом и внутренним давлением и устройства для автоматического и программного управле­ ния нагрузками. Устройство 5 выполнено в виде двух само-

центрирующихся гидроцилиндров 7 и 8, плунжеры

9

и

10

которых через призмовые соединения 11

связаны

с

захва­

том и размещенным на нем гидрощупом

12, контактирую­

щим с упором 13, Полости гидрощупа соединены

с

полос­

тями гидроцилиндров 14 и 15 поворота захвата

1, При

сло­

жном нагружении гидромеханический регулятор

16 соотно­

шения давлений и напорный золотник 17

отключаются

 

от

гидросистемы, и давление в устройстве 5 устанавливается редукционным 18, а в устройстве 4 - переливными клапа­ нами, При простом нагружении давление в цепи устройства

43

5 является командным и устанавливается с помощью кла­ пана 18. Командное давление воздействует через плунжер цилиндра 19 и рычаг 20 на сервозолотник 21. При увеличе­

нии командного

давления последний изменяет давление

в

магистрали, соединяющей его с напорным золотником

17,

вследствие чего

в нагнетательной линии насоса 22 устанав­

ливается давление, пропорциональное командному. При на­ гружении образца внутренним давлением командным явля­ ется давление, действующее на плунжер командного гидро­ цилиндра 23.

Разработана блок-схема многоканального нагружающего

устройства [87] ,

позволяющего проводить испытание образ­

цов (конструкций)

на прочность в условиях быстрого

при­

ложения нагрузок несколькими силовозбудителями

по

про­

извольным программам с обеспечением автономности

каж­

дого канала нагружения. Устройство содержит

програм­

мный задатчик 1

(рис. 12, б) ,

гидравлический силовозбуди-

тель 2, динамометр 3, блок 4

сравнения сигналов

 

прог­

раммного задатчика и динамометра, электрогидравлический многокаскадный усилитель 5 сигнала рассогласования, дат­ чик 6 перемещения рабочего органа силовозбудител я, блок 7 сравнения сигнала динамометра с сигналом датчика пере­

мещения рабочего органа силовозбудителя, блок

динами­

ческой коррекции 8, датчик 9 перемещения золотника

пос­

леднего каскада

электрогидравлического усилителя

и

блок

10 стабилизации.

На рисунке условно показана конструкция

(образец) 11, обладающая жесткостью

С и массой М. Сиг­

нал с задатчика

в блоке сравнивается

с сигналом

динамо­

метра. Полученный сигнал рассогласования усиливается и

преобразуется в усилителе, который управляет

количеством

рабочей жидкости, поступающей в силовозбудитель

или

сливающейся из него.

Выходной сигнал динамометра 8 про­

порционален сумме всех сил. Сигнал датчика

6 перемеще­

ния рабочего органа силовозбудителя пропорционален упру­

гой силе, а разность

сигналов динамометра

и

датчика

(выходной сигнал блока сравнения 7) пропорциональна сум­

ме сил влияния на этот канал нагружения остальных

кана­

лов, инерционным силам и другим

возможным возмущени­

ям. Датчик 9 и блок стабилизации

10 позволяют

получить

требуемые динамические характеристики устройства

и

уп­

ростить передаточную функцию блока динамической

коррек­

ции 8.

 

 

 

44

 

 

 


Предложенный прибор [88] позволяет проводить испы­ тание грунта в условиях трехосного сжатия с заданным в различным соотношениями деформаций по трем ортогональ­ ным направлениям с различной скоростью изменения дефор­ маций по каждому из этих направлений.Предварительно ус­ танавливается объем рабочей камеры 1 (рис. 12, в) для ис­ пытываемого образца отведением подвижных жестких пер­

форированных штампов 2 и откачиванием из бачка 3

не­

большого разрежения при открытых 4 и 5 и закрытых

6 и

7 кранах. Эластичная оболочка 8 прогибается внутри камер

давления 9 и плотно прилегает к штампам, что

создает

строгую геометрическую форму рабочей камеры.

Штампы

позволяют формовать непосредственно в приборе

образец

из грунта нарушенной структуры заданной плотности вибри­

рованием и трамбованием. Образны связных грунтов

 

при­

родной структуры предварительно вырезаются в форме

ку­

ба. Зазоры, образующиеся между образцом

и

эластичной

оболочкой, плотно заполняются мелким песком.

 

Верхняя

стенка камеры прибора устанавливается в рабочее положе­

ние. Закрываются краны 5, и нагрузочное устройство

под­

готавливается к опыту. Промежуточная плита 10

поднима­

ется в крайнее верхнее положение, при этом

штоки верхних

силовых цилиндров 11 выводятся из зацепления

с

упорной

плитой 12. В бачке 3 создается давление, краны 6

откры­

ваются, и штоки силовых цилиндров 13 поднимаются до со­ прикосновения с промежуточной плитой 10. Испытание об­ разца начинается со всестороннего равномерного гидроста­ тического сжатия. Для этого открываются краны J5 и 6, включается электромотор привода 14, и вертикальная тяга 15 опускается с постоянной скоростью. Промежуточная пли­

та 10, соединенная с тягой , перемещает штоки

силовых

цилиндров 7. Рабочая жидкость через краны б и 6,

трубки

гидросистемы и каналы в штоках 16 поступает в

камеры

давления 9, сжимая через эластичные оболочки

образец

грунта. Возникающие при этом напряжения

определяются

по показаниям манометров 17, а деформация рассчитывает­

ся по индикатору часового типа 18 и по известным

разме­

рам штоков цилиндров 13. Прибор позволяет

определять

прочность и деформируемость грунтов в условиях

трехос­

ного деформирования с различной скоростью,

определяемой

передаточным числом коробки скоростей привода и диамет­

ром поршней в цилиндрах.

46