устройство для полевых испытаний горных пород

Формула изобретения

1. Устройство для полевых испытаний горных пород, содержащее цилиндрический корпус, установленную на продольной оси корпуса штангу, пуансоны, установленные перпендикулярно оси и кинематически связанные с одним концом штанги, груз, кинематически связанный с другим концом штанги, отличающееся тем, что на торце штанги закреплен кулачок с возможностью взаимодействия с пуансонами, при этом кулачок и пуансоны размещены в оправке, оправка имеет направляющую для перемещения вдоль оси и поворотов вокруг оси штанги, фиксатор поворотов и осевых перемещений и фиксатор для соединения с кулачком, груз шарнирно подвешен на конце штанги на маятнике с возможностью колебаний в плоскости расположения оси штанги и в плоскости, перпендикулярной оси штанги, а маятник имеет съемный шарнирный упор, соединенный с корпусом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что штанга соединена с маятником с возможностью осевого поворота.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям горных пород в полевых условиях.

Известно устройство для полевых испытаний горных пород (Патент РФ № 1465569, кл. Е21С 39/00, 1987), содержащее цилиндрический корпус, установленную на продольной оси корпуса штангу, пуансоны, установленные перпендикулярно оси штанги и кинематически связанные с одним концом штанги, подпружиненный груз, установленный на другом конце штанги.

Недостаток устройства состоит в отсутствии возможности проводить испытания при перемещениях пуансонов по поверхности стенки скважины. Испытания проходят при точечных приложениях затухающих колебаний нагрузки к стенке скважины.

Известно устройство для полевых испытаний горных пород (Патент РФ № 1700235, кл. Е21С 39/00, 1991), содержащее цилиндрический корпус, установленную на продольной оси корпуса штангу, пуансоны, установленные перпендикулярно оси штанги и кинематически связанные с одним концом штанги, груз, кинематически связанный с другим концом штанги.

Недостаток устройства также состоит в отсутствии возможности проводить испытания при перемещениях пуансонов по поверхности стенок скважины. Испытания проходят только при точечных нагружениях стенки скважины затухающими колебаниями нагрузки.

Известно устройство для полевых испытаний горных пород (Патент РФ № 1778239, кл. Е21С 39/00, 1992), принимаемое за прототип. Устройство содержит цилиндрический корпус, установленную на продольной оси корпуса штангу, пуансоны, установленные перпендикулярно оси штанги и кинематически связанные с одним концом штанги, груз, кинематически связанный с другим концом штанги. Устройство проводит испытания как при точечных нагружениях стенки скважины затухающими колебаниями нагрузки, так и при затухающих перемещениях точек приложения нагрузки перпендикулярно оси скважины.

Недостаток устройства состоит в отсутствии возможности проводить испытания при затухающих перемещениях точек приложения вдоль оси скважины. Тем более невозможны испытания при изменении положения продольных линий затухающих перемещений точек приложения по периметру сечения скважины. Для оценки степени анизотропии прочностных и энергопоглощающих свойств необходимо сравнить истираемость и поглощение энергии при трении или срезе пуансонами поверхности стенки скважины по двум разным направлениям, оптимально, вдоль и поперек оси скважины. Такие исследования невозможны, и это ограничивает объем информации, получаемой при натурных испытаниях горных пород.

Техническим результатом изобретения является увеличение объема информации путем нагружения стенки скважины точечными затухающими колебаниями нагрузки, затухающими перемещениями точек приложения нагрузки перпендикулярно и вдоль оси скважины, а также при изменении положения линий затухающих перемещений нагрузки вдоль оси скважины.

Технический результат достигается тем, что устройство для полевых испытаний горных пород содержит цилиндрический корпус, установленную на продольной оси корпуса штангу, пуансоны, установленные перпендикулярно оси и кинематически связанные с одним концом штанги, груз, кинематически связанный с другим концом штанги, согласно изобретению на торце штанги закреплен кулачок для взаимодействия с пуансонами, кулачок и пуансоны размещены в оправке, оправка имеет направляющую для перемещения вдоль оси и поворотов вокруг оси штанги, фиксатор поворотов и осевых перемещений и фиксатор для соединения с кулачком, груз шарнирно подвешен на конце штанги на маятнике с возможностью колебаний в плоскости расположения оси штанги и в плоскости, перпендикулярной оси штанги, при этом маятник имеет съемный шарнирный упор, соединенный с корпусом.

Технический результат достигается также тем, что штанга соединена с маятником с возможностью осевого поворота.

В предлагаемой конструкции штанга, благодаря соединению ее с грузом через маятник, может совершать возвратно-поступательные или возвратно-вращательные движения. В присутствии оправки с кулачком пуансоны воспроизводят эти движения на стенке скважины, что и создает испытания при затухающих перемещениях точек нагружения вдоль или перпендикулярно оси скважины. При определенных положениях фиксаторов кулачок преобразует возвратно-вращательные движения штанги в нагружения стенки скважины точечными затухающими колебаниями нагрузки. Осевой поворот штанги относительно маятника позволяет поворачивать штангу с оправкой и пуансонами вокруг оси штанги и задавать новые положения линий затухающих перемещений нагрузки вдоль оси скважины. В целом это приводит к достижению технического результата.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство для полевых испытаний горных пород содержит цилиндрический корпус 1 для размещения в скважине 2, установленную на продольной оси корпуса штангу 3, пуансоны 4, 5, установленные перпендикулярно оси и кинематически связанные с одним концом штанги 3, груз 6, кинематически связанный с другим концом штанги 3. На торце штанги 3 закреплен кулачок 7 с возможностью взаимодействия с пуансонами 4, 5. Кулачок 7 и пуансоны 4, 5 размещены в оправке 8. Оправка 8 имеет направляющую 9, 10 для перемещения вдоль оси и поворотов вокруг оси штанги 3, фиксатор 11 поворотов и осевых перемещений и фиксатор 12 для соединения с кулачком 7, груз 6 шарнирно подвешен на конце штанги 3 на маятнике 13 с возможностью колебаний в плоскости расположения оси штанги и в плоскости, перпендикулярной оси штанги 3. Маятник 13 имеет съемный шарнирный упор 14, соединенный с корпусом 1.

Штанга 3 соединена с маятником 13 с возможностью осевого поворота.

Осевой поворот штанги 3 относительно маятника 13 обеспечивается поворотным соединением 15 с фиксатором 16 и съемным рычагом 17. Корпус 1 распирается в скважине 1 упорами 18 с винтами 19 каждый. Пуансоны 4, 5 подпружинены в направлении кулачка 8 пружинами 20. Деталь 9 направляющей жестко соединена с корпусом 1, деталь 10 жестко соединена с оправкой 8. В зависимости от задачи испытаний на торцах пуансонов 4, 5 закрепляют резцы (не показаны) или образцы горных пород (не показаны).

Устройство работает следующим образом.

Устанавливают корпус 1 в скважину 2 и винтами 19 через упоры 18 фиксируют его в скважине. Включают фиксатор 11 и блокируют повороты и осевые перемещения оправки 8. При выключенном фиксаторе 16 и выключенном фиксаторе 12 поворачивают рычагом 17 штангу 3 с кулачком 7 вокруг оси штанги. Кулачок 7 перемещают пуансоны 4, 5 в осевом направлении и нагружают стенку скважины 2 начальной точечной нагрузкой.

Для испытаний при затухающих перемещениях точек нагружения вдоль оси скважины включают фиксаторы 12 и 16, выключают фиксатор 11, удаляют рычаг 17. Отводят маятник 13 с грузом 6 из положения равновесия и отпускают груз. Затухающие колебания груза через маятник 13 передаются на штангу 3, оправку 8 и пуансоны 4, 5. Пуансоны 4, 5 совершают затухающие возвратно-поступательные перемещения вдоль оси корпуса 1 и нагружают стенку скважины 2.

Для изменения положения линии перемещения пуансонов по стенке скважины выключают фиксатор 16, рычагом 17 поворачивают штангу 3 с оправкой 8 и пуансонами 4, 5 в новое положение, включают фиксатор 16 и повторяют испытания.

Для испытаний при затухающих перемещениях точек нагружения перпендикулярно оси скважины удаляют шарнирный упор 14 и при включенных фиксаторах 12, 16 и выключенном фиксаторе 11 смещают маятник 13 с грузом 6 в плоскости, перпендикулярной оси скважины, и отпускают груз. Возвратные затухающие повороты груза создают возвратно-вращательные затухающие повороты штанги 3 с оправкой 8 и пуансонами 4, 5.

Для нагружения стенки скважины точечными затухающими колебаниями нагрузки включают фиксаторы 11 и 16 и выключают фиксатор 12. При возвратно-вращательных поворотах штанги 3 под действием груза 6 кулачок 7 перемещает пуансоны 4, 5 возвратно-поступательно в затухающем режиме.

Изобретение существенно повышает объем информации путем нагружения стенки скважины точечными затухающими колебаниями нагрузки, затухающими перемещениями точек приложения нагрузки перпендикулярно и вдоль оси скважины, а также при изменении положения линий затухающих перемещений нагрузки вдоль оси скважины.