СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭНЕРГООБМЕНА В БЛОЧНОМ МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД
BENCH FOR ENERGY EXCHANGE INVESTIGATION IN BLOCK ROCK MASSIF

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для исследования энергообмена при деформировании и разрушении блочного горного массива.
Известен стенд для исследования энергообмена в блочном массиве горных пород (патент РФ №1448239, кл. G01N 3/10, 1988), содержащий опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, гидравлический механизм взаимного поджатия образцов, связанный с захватом для образца, гидравлический механизм взаимного перемещения образцов, связанный с захватом для контробразца, и источники давления, связанные с механизмами поджатия и перемещения.
Недостаток стенда состоит в отсутствии возможности исследовать энергообмен при циклических изменениях нагрузок поджатия и перемещения.
Известен стенд для исследования энергообмена в блочном массиве горных пород, принимаемый за прототип (патент РФ №2364853, кл. G01N 3/10, 2009). Стенд содержит опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, гидравлический механизм взаимного поджатия образцов, связанный с захватом для образца, гидравлический механизм взаимного перемещения образцов, связанный с захватом для контробразца, гидравлические аккумуляторы энергии, связанные с механизмами поджатия и перемещения, и источники давления, связанные с аккумуляторами.
Недостаток стенда также состоит в отсутствии возможности исследовать энергообмен при циклических изменениях нагрузок поджатия и перемещения. Испытания проводятся только при плавных изменениях поджимающего и перемещающего усилий. Это ограничивает функциональные возможности стендов.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения испытаний как при плавных, так и при циклических изменениях усилий поджатия и перемещения в одноцикловом и двухцикловом режимах.
Технический результат достигается тем, что стенд для исследования энергообмена в блочном массиве горных пород, содержащий опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, гидравлический механизм взаимного поджатия образцов, связанный с захватом для образца, гидравлический механизм взаимного перемещения образцов, связанный с захватом для контробразца, гидравлические аккумуляторы энергии, связанные с механизмами поджатия и перемещения, и источники давления, связанные с аккумуляторами, согласно изобретению  снабжен пульсаторами давления, соединенными с соответствующими аккумуляторами, при этом каждый из пульсаторов выполнен в виде гидроцилиндра со штоком, подпоршневая полость которого соединена с соответствующим аккумулятором, эксцентрика в форме конуса, кинематически связанного со штоком гидроцилиндра, вала вращения эксцентрика, установленного с возможностью осевого перемещения, привода вращения вала и привода осевого перемещения вала.
Технический результат достигается также тем, что привод осевого перемещения вала выполнен циклическим.
На рис.1 представлена схема стенда.
Стенд для исследования энергообмена в массиве горных пород содержит опорную раму 1, размещенные в ней захват 2 для образца 3 и захват 4 для контробразца 5, гидравлический механизм 6 взаимного поджатия образцов, связанный с захватом 2 для образца, гидравлический механизм 7 взаимного перемещения образцов, связанный с захватом 4 для контробразца, гидравлические аккумуляторы 8, 9 энергии, связанные с механизмами поджатия и перемещения, и источники 10, 11 давления, связанные с аккумуляторами.
Стенд снабжен пульсаторами 12 давления (на рис.1 представлен один из двух аналогичных пульсаторов), соединенными с соответствующими аккумуляторами 8, 9. Каждый из пульсаторов выполнен в виде гидроцилиндра 13 со штоком 14, подпоршневая полость которого соединена с соответствующим аккумулятором 8, 9, эксцентрика 15 в форме конуса, кинематически связанного со штоком 14 гидроцилиндра, вала 16 вращения эксцентрика, установленного с возможностью осевого перемещения, привода 17 вращения вала и привода 18 осевого перемещения вала.
Привод 18 осевого перемещения вала выполнен циклическим.
Для осевого перемещения вала 16 и штока 14 на корпусе пульсатора 12 выполнены направляющие 19 и установлена платформа, соединенная с циклическим приводом 18. Привод 18 выполнен, например, в виде эксцентричного ролика с рамкой 21 и двигателем 22. На валу 16 выполнен прилив 23, обеспечивающий синхронное движение вала и платформы 20. Между источниками давления 10 и 11 и аккумуляторами 8, 9 установлены вентили 24.
Стенд работает следующим образом.
При открытых вентилях включают источники давления 10 и 11 и создают начальную поджимающую нагрузку на захвате 2 и сдвигающую нагрузку на захвате 4 с заданным запасом энергии на гидравлических аккумуляторах 8, 9. Закрывают вентили 24. Включают привод 17 соответствующих пульсаторов и вращают эксцентрик 15, в результате чего шток 14 совершает возвратно-поступательные перемещения и циклически изменяет давление в соответствующих аккумуляторах и поджимающую и сдвигающую нагрузку. Амплитуда колебаний нагрузок регулируется в ходе эксперимента путем перемещения вала 16 с конусом 15 вместе с приводом 17 и платформой 20. Для двухцикловой пульсации давления включают двигатель 22 циклического механизма 18 и перемещают возвратно-поступательно платформу 20 с соединенными с ней приводом 17, валом 16 и конусом 15. По мере накопления циклической усталости образец 3 и контробразец 5 теряют несущую способность, что приводит к нарушению силового равновесия и к взаимной подвижке образцов. Характер энергообмена и динамические характеристики подвижки зависят от свойств материалов образцов, запасов энергии в аккумуляторах и характеристик пульсаций нагрузок. Если вентили 24 открыты, а пульсаторы 12 не используются, то испытания проходят при плавных изменениях поджимающего и перемещающего усилий, как на прототипе.
Стенд обеспечивает проведение исследований энергообмена в новых условиях - при плавных и при циклических изменениях поджимающей и сдвигающей нагрузок в одноцикловом и двухцикловом режимах. Это существенно расширяет функциональные возможности стендов для исследования энергообмена при деформировании и разрушении блочного горного массива.