СТАБИЛОМЕТР

Полезная модель относится к физико-механическим испытаниям материалов, в том числе горных пород, на прочность, а именно к лабораторным установкам для испытаний с имитацией глубины залегания.
Известен стабилометр для испытания горных пород (авторское свидетельство СССР №1048116, МПК Е21С 39/00, опубл. 15.20.83, бюл №38), содержащий корпус, камеру с рабочей полостью, в которую помещен образец, цилиндр, телескопические плунжеры с уплотнениями, дополнительную цилиндрическую полость, поршень и стопорную гайку. В заплечике плунжера закреплены направляющие стержни, расположенные в плане через 120 град. Рабочая полость и дополнительная цилиндрическая полость соединены трубопроводом с вентилем и манометром. К образцу через поршень и плунжер приложена от нагружающего устройства (пресса) сила.
Недостатками известного стабилометра являются ограниченная величина диаметра образца, а также сложность его конструкции и трудоемкость проведения исследований, обусловленная тем, что для изменения соотношений осевого и бокового давлений при испытаниях необходимо иметь дополнительные плунжеры с регулирующей гайкой. Кроме того, необходимость использования пресса исключает возможность работы стабилометра в полевых условиях.
Известен стабилометр для испытания образцов в полевых условиях (Исследование прочностных характеристик горных пород: Учебное пособие / С.Г. Костюк, Н.Т. Бедарев. - Прокопьевск, 2015. - С. 36-38.), содержащий рабочий цилиндр с поршнем и рабочую камеру, фиксируемую съемным кольцом крышку рабочей камеры с перекрываемым отверстием, насос с манометром для создания и контроля давления в осевом направлении, насос с манометром для подачи и контроля бокового давления, манометр для контроля бокового давления в рабочей камере, находящийся под воздействием встречных инденторов испытываемый образец, покрытый гидроизолирующим материалом, устройство для контроля величин деформаций образца, ведерко для установки образца и сбора продуктов его разрушения. Недостатком данного стабилометра является невозможность проведения испытаний образцов на разрыв, вследствие того что:
1) высота стандартных образцов, испытываемых на разрыв, должна быть меньше, чем высота стандартных образцов, испытываемых на сжатие, при этом ход поршня цилиндра стабилометра при испытании образцов на сжатие ограничен;
2) характер нагружения при испытании на разрыв не идентичен характеру нагружения при испытании на сжатие, т.к. возрастает вероятность влияния задаваемого бокового давления (для имитации глубины залегания) на показания устройства для контроля величин деформаций вследствие специфики размеров и формы образцов.
Технический результат - расширение области применения стабилометра за счет обеспечения возможности испытания образцов на разрыв при задании бокового давления.
Указанный технический результат достигается тем, что в стабилометре, содержащем рабочий цилиндр с поршнем и рабочую камеру, фиксируемую съемным кольцом крышку рабочей камеры с перекрываемым отверстием, насос с манометром для создания и контроля давления в осевом направлении, насос с манометром для подачи и контроля бокового давления, манометр для контроля бокового давления в рабочей камере, находящийся под воздействием встречных инденторов испытываемый образец, покрытый гидроизолирующим материалом, устройство для контроля величин деформаций образца, ведерко для установки образца и сбора продуктов его разрушения, согласно заявляемому техническому решению, при подготовке к испытаниям на разрыв образец перед установкой в ведерко удержан встречными инденторами в отверстиях дополнительных несущих опор при помощи откидных площадок на направляющих штангах, пропущенных с возможностью осевого перемещения сквозь проушины на дополнительных несущих опорах и зафиксированных на торцах гайками.
Указанный технический результат достигается также тем, что поверхность инденторов на контакте с образцом покрыта клеем.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено сечение стабилометра с установленным для испытаний образцом, на фиг. 2 - сборка подготавливаемого к испытаниям на разрыв образца перед установкой в ведерко стабилометра.
Стабилометр (фиг. 1) содержит рабочий цилиндр 1 с поршнем 2 и рабочую камеру 3, фиксируемую съемным кольцом 4 крышку 5 рабочей камеры 3 с перекрываемым отверстием 6, насос 7 с манометром 8 для создания и контроля давления в осевом направлении, насос 9 с манометром 10 для подачи и контроля бокового давления, манометр 11 для контроля бокового давления в рабочей камере 3, находящийся под воздействием встречных инденторов 12 испытываемый образец 13, покрытый гидроизолирующим материалом 14, устройство для контроля величин деформаций образца (на иллюстрациях не показано), ведерко 15 для установки образца 13 и сбора продуктов его разрушения.
При подготовке к испытаниям на разрыв (фиг. 2) образец 13 перед установкой в ведерко 15 удержан встречными инденторами 12 в отверстиях дополнительных несущих опор 16 при помощи откидных площадок 17 на направляющих штангах 18, пропущенных с возможностью осевого перемещения сквозь проушины 19 на дополнительных несущих опорах 16 и зафиксированных на торцах гайками 20.
Поверхность инденторов 12 на контакте с образцом 13 покрыта клеем 21.
Предлагаемое техническое решение работает следующим образом.
Образцы горных пород, предполагаемые для испытаний, выбурены или извлечены другим образом непосредственно в забоях. Следовательно, в самом общем случае форма образца 13 - произвольная. Необходимой операцией подготовки образца 13 к испытанию является покрытие его гидроизолирующим материалом 14 (например, резиновой пленкой), предохраняющим от проникновения масла в поры образца 13.
В случае испытаний на разрыв перед установкой в ведерко (фиг. 2) 15 образец 13 предварительно подготовлен таким образом, что оказывается удержанным встречными инденторами 12 в отверстиях дополнительных несущих опор 16, суммарная высота которых позволяет добрать высоту образца 13, испытываемого на разрыв, до высоты стандартных образцов, испытываемых на сжатие. Гарантированное удержание образца 13 произвольной формы в сборке осуществлено при помощи откидных площадок 17, размещенных на направляющих штангах 18. Направляющие штанги 18 пропущены с возможностью осевого перемещения сквозь проушины 19 на дополнительных несущих опорах 16. Фиксированием направляющих штанг 18 на торцах гайками 20, разновидностью крепежных деталей резьбового соединения, обеспечена целостность сборки образца с сопряженными деталями, сопутствуемая при необходимости возможностями быстрой временной разборки и регулирования.
При установке вышеописанным образом подготовленного образца 13 в ведерке 15 площадки 17 откидываются и впоследствии не препятствуют испытаниям. В то же время направляющие штанги 18 остаются в сборке (фиг. 1).
Далее рабочая камера 3 накрывается крышкой 5 и фиксируется съемным кольцом 4. Масло медленно нагнетается под поршень 2 рабочего цилиндра 1 насосом 7 под давлением, контролируемым манометром 8, до соприкосновения дополнительных несущих опор 16 с крышкой 5 при неперекрытом отверстии 6. После этого крышка 5 окончательно фиксируется в рабочее положение.
Далее при неперекрытом отверстии 6 рабочую камеру 3 насосом 9 под давлением, контролируемым манометром 10, нагнетается масло, мосле чего отверстие 6 перекрывается.
Образец 13 нагружается боковым давлением до заданной величины (под контролем манометра 11). Затем осуществляется нагружение образца 13 осевым давлением до разрушения. При этом обеспечивается выпуск из рабочей камеры 3 масла, вытесняемого поднимающимся поршнем 2 рабочего цилиндра 1 для поддержания постоянной величины бокового давления.
Для предотвращения при испытании на разрыв повреждения гидроизолирующего материала 14, покрывающего образец 13, поверхность инденторов 12 на контакте с образцом 13 покрыта клеем 21.
Давление масла в рабочем цилиндре по манометру 8 при упоре несущей опоры 16 в крышку 5 возрастает, что свидетельствует об осевом нагружении образца 13. Проводимым испытаниям на разрыв способствует тот факт, что дополнительные несущие опоры 16 с встречными инденторами 12 сближаются, воздействуя на образец 13, исключительно вдоль направляющих штанг 18, пропущенных с возможностью осевого перемещения сквозь проушины 19, без отрицательного влияния задаваемого бокового давления.
Резкое уменьшение показаний манометра 8 свидетельствует о разрушении образца 13. При этом происходит скачок показаний устройства для контроля величин деформаций образца (на иллюстрациях не показано).
Таким образом, заявляемый технический результат обеспечивается за счет того, что:
1) при подготовке к испытаниям на разрыв образец перед установкой в ведерко удержан встречными инденторами в отверстиях дополнительных несущих опор. Наличие в размерной цепи суммарной высоты дополнительных несущих опор позволяет добрать высоту образца, испытываемого на разрыв, до высоты стандартных образцов, испытываемых на сжатие. При этом ограниченный ход поршня цилиндра стабилометра становится вполне достаточным для испытаний на разрыв;
2) при подготовке к испытаниям на разрыв образец перед установкой в ведерко удержан при помощи откидных площадок. Использование откидных площадок для обеспечения сборки образца произвольных размеров и формы с сопряженными деталями с последующим их откидыванием во время установки образца в ведерко стабилометра обеспечивает характер нагружения при испытании на разрыв;
3) направляющие штанги в предлагаемом техническом решении пропущены с возможностью осевого перемещения сквозь проушины на дополнительных несущих опорах и зафиксированы на торцах гайками. Направляющие штанги являются основой сборки подготавливаемого к испытаниям на разрыв образца перед установкой в ведерко стабилометра. Фиксированием направляющих штанг на торцах гайками, крепежными деталями резьбового соединения, обеспечивается целостность сборки образца и сопряженных деталей с возможностью при необходимости быстрой временной разборки и регулирования. Во время испытаний на разрыв несущие опоры с встречными инденторами сближаются, воздействуя на образец, исключительно вдоль направляющих штанг без отрицательного влияния задаваемого бокового давления;
4) поверхность инденторов на контакте с образцом покрыта клеем. Тем самым при испытаниях на разрыв обеспечивается дополнительная защита от проникновения масла в поры образца.