Устройство для измерения прочности и липкости горных пород

Полезная модель относится к горному делу и предназначена для измерения прочности и липкости глиносодержащих грунтов, как разновидности горных пород, экспресс-методом непосредственно в месте их залегания и разработки.
Известен прибор-липкометр для лабораторного определения липкости (ГОСТ 34259-2017. Грунты. Метод лабораторного определения липкости Издание официальное. - Москва: Стандартинформ, 2017), включающий основание, стойку, форму для грунта, полозья для формы, блок, воронку, ведерко для груза, штамп с противовесом для уравновешивания формы для грунта и ведерка и площадкой для груза, струну. Имеющий стандартную площадь поверхности штамп и ведерко, подвешенные на струне через блок, предварительно уравновешены.
Форма с подготовленным образцом грунта и зафиксированным к нему штампом установлена на основании прибора, к штампу присоединена струна прибора с подвешенным через блок ведерком для груза. Необходимо через воронку мелкими порциями подсыпать дробь в ведерко, наблюдая за положением штампа, как только штамп оторвется от грунта, подачу дроби прекратить, взвесить груз в ведерке.
Недостатком описанного устройства является невозможность определения липкости непосредственно в месте залегания грунта, что связано с предварительным отбором его проб для проведения исследований в лабораторных условиях с обязательной герметичной упаковкой (для сохранения естественной влажности), транспортированием и хранением.
Известен прибор для определения липкости грунтов в стационарных условиях (Рекомендации по определению липкости грунтов в стационарных лабораториях и полевых условиях ПНИИИС Госстроя СССР. - Москва: Стройиздат, 1983, 32 с.), включающий стол с дугообразной стойкой, на которой закреплен электромагнит-соленоид со свободно ходящим сердечником, штамповую группу со штампом, грунтовую камеру с грунтовым стаканом, рычажный пресс, устройства для создания усилия противодействия, тарировочное устройство. Фиксирование момента отрыва штампа от грунта и контролирование силы тока в электрической цепи, сопоставляемой в дальнейшем с отрывающим усилием и соответствующей липкостью, ведется по амперметру. Момент отрыва фиксируется автоматически.
Недостатком описанного устройства, помимо отмеченного для предыдущего аналога, является сложность конструкции и значительные массогабаритные параметры.
Известен портативный прибор для определения липкости грунтов в полевых условиях (Рекомендации по определению липкости грунтов в стационарных лабораториях и полевых условиях ПНИИИС Госстроя СССР. - Москва: Стройиздат, 1983, 32 с.), включающий полуразрезанный корпус в виде полой трубки, один из концов которой помещен в направляющую пяту с зацепами. На второй конец навинчена гайка подвижной трубки с направляющими шайбами.
Передача прижимающей нагрузки и отрывающего усилия производится с помощью рычагов-грузов, что позволяет получить стабильные результаты. Каждому отклонению рычагов-грузов соответствует определенная прижимающая нагрузка. Возникающий при передаче отрывающего усилия крутящий момент позволяет вычислить (а в дальнейшем определять по шкале) усилие, вызванное прилипанием грунта к штампу, по углам отклонения рычагов-грузов.
Недостатком описанного устройства является ограниченность его применения в местах непосредственного залегания грунтов из-за конструктивных особенностей и сложности его обслуживания при проведении замеров липкости. При этом липкость может быть определена только на почве выработки (котлована), между тем, как возникает необходимость в определении липкости под разными углами наклона к горизонту исследуемой поверхности разработки забоя, для дальнейшего осуществления проходки.
Известно устройство для определения липкости материалов (авторское свидетельство СССР № 1411647, авторы Голов В.П., Патрин В.Г., Ольховик О.П., Куприк Б.К., Балин А.В., МПК G01N 19/04), содержащее физический маятник со сменным грузом, держатель подложки испытуемого образца и измеритель параметров колебаний маятника. Физический маятник выполнен в виде полуцилиндра с хвостовиком в центре на плоской поверхности и с грузом, размещенном на хвостовике, держатель выполнен в виде коромысла, одно плечо которого связано с измерителем, а на другом установлен противовес.
Недостатком описанного устройства является его конструктивная сложность и невозможность использования в полевых условиях при значительных массогабаритных параметрах.
Известно устройство для измерения прочности горных пород (патент РФ на полезную модель № 202674, авторы Маметьев Л.Е., Бедарев Н.Т., Пудов Е.Ю., Кузнецов А.В., Любимов О.В., МПК E21C 39/00), содержащее корпус с рукояткой, динамометрическую пружину, центратор динамометрической пружины, шток с индентором, привертную крышку с передней направляющей втулкой для сборки динамометрической пружины, центратора и штока с индентором в корпусе, измерительное устройство с элементом контроля величины перемещения штока, а также сменные индентор, динамометрическую пружину и центратор, размещенные в полой рукоятке корпуса.
Недостатком описанного устройства является ограниченная область применения из-за отсутствия элементов встроенной конструктивной адаптации для измерения липкости глиносодержащих грунтов непосредственно в месте их залегания независимо от угла наклона к горизонту исследуемой поверхности разработки забоя.
Технический результат - расширение области применения устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения прочности и липкости горных пород, содержащем корпус с рукояткой, динамометрическую пружину, центратор динамометрической пружины, индентор, собранный заодно со штоком, привертную крышку с передней направляющей втулкой, в которой, собранной с корпусом, размещены динамометрическая пружина и индентор со штоком, измерительное устройство с элементом контроля величины перемещения штока, а также сменный индентор, сменную динамометрическую пружину и сменный центратор, размещенные в полой рукоятке корпуса, согласно заявляемому техническому решению сменный индентор выполнен с наконечником в виде штампа для измерения липкости и с возможностью размещения и сопряжения с полой рукояткой корпуса заодно, шток выполнен в виде ступенчатой цилиндрической поверхности двустороннего рабочего действия с возможностью переворота на 180° и возвратно-поступательного перемещения в передней и задней антифрикционных направляющих втулках при сопряжении ступенью с используемыми в данный момент для измерения прочности или липкости индентором, динамометрической пружиной и центратором, при этом задняя антифрикционная направляющая втулка расположена внутри корпуса, а измерительное устройство выполнено с возможностью тарировочной осевой подвижности элемента контроля направления перемещения штока.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом, где
на фиг. 1 изображен общий вид устройства в режиме измерения прочности для определения параметров проходки методом прокола, совмещенный с сечением,
на фиг. 2 - общий вид устройства в режиме измерения липкости при использовании сменного индентора с наконечником в виде штампа для измерения липкости, также совмещенный с сечением,
на фиг. 3 - выносные элементы I и II с фиг. 1 и 2, на которых представлено, каким образом индентор 5 собран заодно со штоком 6, например, с помощью резьбового соединения.
Устройство содержит (фиг. 1) корпус 1 с рукояткой 2, динамометрическую пружину 3, центратор 4 динамометрической пружины 3, индентор 5, собранный заодно со штоком 6, привертную крышку 7 с передней направляющей втулкой 8, в которой, собранной с корпусом 1, размещены динамометрическая пружина 3, центратор 4 и индентор 5 со штоком 6, измерительное устройство 9 с элементом 10 контроля величины перемещения штока 6, а также сменный индентор 11, сменную динамометрическую пружину 12 и сменный центратор 13, размещенные в полой рукоятке 2 корпуса 1.
Сменный индентор 11 выполнен с наконечником в виде штампа 14 для измерения липкости и с возможностью размещения и сопряжения с полой рукояткой 2 корпуса 1 заодно (фиг. 2). Шток 6 выполнен в виде ступенчатой цилиндрической поверхности двустороннего рабочего действия с возможностью переворота на 180°
и возвратно-поступательного перемещения в передней 8 и задней 15 антифрикционных направляющих втулках при сопряжении ступенью с используемыми в данный момент для измерения прочности или липкости индентором 6 или 11, динамометрической пружиной 3 или 12 и центратором 4 или 13, при этом задняя антифрикционная направляющая втулка 15 расположена внутри корпуса 1, а измерительное устройство 9 выполнено с возможностью тарировочной осевой подвижности элемента 10 контроля направления перемещения штока, например, с помощью резьбовой втулки 16 (фиг. 1 и 2).
Предлагаемое техническое решение работает следующим образом.
Устройство может работать в режиме измерения прочности для определения параметров проходки методом прокола и в режиме измерения липкости. Предполагаемое направление проходки - вдоль оси x, направленной на фиг. 1 и 2 влево.
заб
д.пр.,
Для измерения прочностных характеристик глинистых грунтов в местах их залегания и разработки, необходимых для определения параметров проходки методом прокола (фиг. 1), индентор 5 собран заодно со штоком 6, например, с помощью резьбового соединения (фиг. 3), для того чтобы обеспечивалось их однозначное взаимное положение. При подаче устройства для проведения измерения на забой он реагирует на воздействие индентора 5 силой F. Работающие как единое целое, внутри собранных между собой корпуса 1 и привертной крышки 7, индентор 5 и шток 6 совместно с центратором 4, обеспечивающим предварительную деформацию динамометрической пружины 3, обладающей требуемой жесткостью и создающей силу Fнагружающую шток 6 с индентором 5 для замеров прочностных характеристик, обеспечивают наиболее полное использование рабочего диапазона измерительного устройства 9 в виде, например, индикатора часового типа, с элементом 10 контроля величины, а в предлагаемом техническом решении - дополнительно и направления -Δχ перемещения штока 6 и соответствующей оценки величины пропорциональной этому перемещению нагрузки. Шкала устройства 9 может быть разградуирована соответствующим образом.
Наиболее полному использованию рабочего диапазона измерительного устройства 9, повышению точности измерений, расширению области применения, а, следовательно, достижению заявляемого технического результата способствует установка штока 6 для возвратно-поступательного перемещения в передней 8 и задней 15, расположенной внутри корпуса 1, антифрикционных направляющих втулках, при этом антифрикционный материал направляющих втулок 8 и 15 способствует снижению потерь на трение.
тар.,
Достижению заявляемого технического результата способствует также выполнение измерительного устройства 9 с возможностью тарировочной осевой подвижности его элемента 10 контроля величины и дополнительно направления перемещения штока 5 в корпусе 1. При этом с помощью резьбовой втулки 16 установлена малая сила Fчто способствует выборке мертвого хода и, следовательно, также повышению точности измерений.
Сменный индентор 11 выполнен с наконечником в виде штампа 14 для измерения липкости, размещен вместе со сменными динамометрической пружиной 12 и центратором 13 и с возможностью размещения и сопряжения с полой рукояткой 2 корпуса 1 заодно, например, с помощью резьбового соединения (фиг. 3), что способствует также достижению заявляемого технического результата.
д.пр.,
заб
Для измерения липкости (фиг. 2) индентор 5 должен быть заменен в сборе со штоком 6 сменным индентором 11, выполненным с наконечником в виде штампа 14 для измерения липкости. Шток 6, выполненный в виде ступенчатой цилиндрической поверхности двустороннего рабочего действия, предварительно переворачивается на 180° для возвратно-поступательного перемещения в передней 8 и задней 15, расположенной внутри корпуса 1, антифрикционных направляющих втулках при сопряжении со сменным индентором 11 таким образом, чтобы во время использования со сменным динамометрической пружиной 12, создающей силу F и сменным центратором 13, сопрягаемым теперь со ступенью штока 6, при движении для измерений устройства от забоя, реагирующего на воздействие силой F, штамп 14 работал на отрыв от исследуемого грунтового массива независимо от угла наклона к горизонту исследуемой поверхности разработки забоя, что обеспечивает заявляемый технический результат.
д.пр.,
тар.,
Предварительное уравновешивание штампа осуществляется за счет подбора жесткости сменной динамометрической пружины 12, создающей силу Fи ее предварительной деформации для этого подбором толщины сменного центратора 13, а также за счет возможности тарирующей осевой подвижности входящего в измерительное устройство 9 элемента 10 контроля величины и дополнительно направления +Δχ перемещения штока 5 в корпусе 1. При этом с помощью резьбовой втулки 16 установлена малая сила Fчто способствует наиболее полному использованию рабочего диапазона измерительного устройства 9, повышению точности измерений независимо от угла наклона к горизонту исследуемой поверхности разработки забоя, а, следовательно, достижению заявляемого технического результата.