РЫЧАЖНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАЛОВ В УСЛОВИЯХ ОДНООСНОГО СЖАТИЯ
LEVER UNIT FOR STATIC AND DYNAMIC TESTING OF MATERIALS UNDER CONDITIONS OF UNIAXIAL COMPRESSION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для бесшумных испытаний образцов горных пород на сжатие в лабораторных условиях как в состоянии ползучести, так и с контролируемой скоростью нагружения.
Уровень техники
В исследованиях образцов материалов в условиях одноосного сжатия с регистрацией акустоэмиссионного излучения возникают сложности с выполнением силовой части пресса таким образом, чтобы объем регистрируемых технологических акустических колебаний (не имеющих отношения к трещинообразованию образца) при изменении нагрузки был минимален.
Известна установка длительных испытаний образцов горных пород на сжатие УДИ [1], позволяющая развивать максимальное усилие 100 т. Постоянство задаваемой нагрузки обеспечивается упругой энергией пакета сжатых тарельчатых пружин. Образец (или камера высокого давления с образцом) устанавливается на столе, расположенном на передвижной траверсе. Усилие создается с помощью гидродомкрата и передается через винт на пакет тарельчатых пружин и далее через траверсу - на образец. Величина нагрузки контролируется с помощью постоянно установленного индикаторного устройства, измеряющего стрелу прогиба пакета пружин как в процессе нагружения, так и в процессе ползучести. После того как нагрузка достигла своего назначенного уровня, гайка на винте доводится до упора в траверсу. В этом случае домкрат отключается, и нагрузка замыкается колоннами между верхней и нижней траверсами. Максимальная величина стрелы прогиба пакета пружин составляет 100 мм. Существенным недостатком данной установки является падение уровня нагружающего усилия при испытаниях образцов с большой продольной деформацией, что происходит из-за частичной разгрузки пружины. В этом случае условия испытаний лишь частично можно считать близкими к состоянию ползучести. Других же условий нагружения установка не предусматривает. Также недостатком является и создание шума в металлических конструкциях при работе ручным домкратом и затяжке фиксирующей гайкой. Установки для динамических испытаний с задаваемыми параметрами по изменению силы или деформации [2] комплектуются сервоуправлемыми гидравлическими системами нагружения [3] и также создают дополнительный акустический шум и, частично, вибрации, что в экспериментах "бесшумных" является существенным недостатком. Наиболее близким аналогом (прототипом) все же можно считать пружинную установку для сжатия УДИ [1], так как она по сравнению с другими машинами обеспечивает минимальный уровень шума.
Цель изобретения - создание установки для длительных (ползучесть) и динамических (контролируемая скорость увеличения нагрузки) испытаний образцов горных пород, обеспечивающей бесшумные эксперименты на механическое одноосное сжатие.
Поставленная цель достигается тем, что в качестве силовой части установки используется рычажная система из трех рычагов, которая передает усилие от точечной массы (груза), приложенной к последнему рычагу (за счет сил гравитации) на первый рычаг (коэффициент передачи зависит от размеров рычагов). Использование трех рычагов вместо одного значительно увеличивает передаточное усилие, которое равно 30 тонн. Для изменения уровня нагрузки, передаваемой на образец, к концу третьего рычага присоединен груз, выполненный в виде резервуара для жидкости (воды), в который она поступает через систему контроля скорости натекания. Технический результат достигается тем, что, изменение нагрузки может происходить с любой скоростью и максимально бесшумно. Технический результат достигается тем, что при деформации образца и уменьшении рабочего пространства в направлении сжатия нижняя давильная пята подается вслед за образцом под действием гравитационной силы, давящей на рычажную систему. Это позволяет проводить эксперименты на образцах в состоянии ползучести, сохраняя усилие на образце с высокой точностью.
На фиг. 1 изображен вид сбоку части рычажной установки для статических и динамических испытаний материалов в условиях одноосного сжатия, на фиг. 2 - вертикальный разрез части рычажной установки, где показано соединение рычага и силового штока, на фиг. 3 - фронтальная проекция установки.
Рычажная установка для статических и динамических испытаний материалов в условиях одноосного сжатия содержит: силовую раму 14; установленную на силовой раме рычажную систему из трех рычагов 12, 18; узлы креплений рычагов 17; систему контроля скорости натекания жидкости 20 и груз 19 (см. фиг. 1); верхнюю 2 и нижнюю 9 траверсы, опорные стойки 1, а также 10 фиксирующих гаек для изменения рабочего объема рычажной установки; динамометр, состоящий из мембраны 4 и индукционного датчика линейных перемещений 5, которые встроены в давильную пяту на сферическом шарнире 6, 7; силовые штоки 8, 11 для передачи усилия от рычага на образец и ограничители хода 10 (согласно фиг. 2, 3).
Установка работает следующим образом. Образец для испытаний 3 устанавливается между верхней траверсой 2 и давильной пятой 6. После настройки скорости подачи воды, проверки фильтра и т.д. в системе контроля скорости натекания жидкости 20 и включения подачи жидкость начинает поступать в резервуар 19, тем самым изменяя массу на конце последнего рычага 18. Опускаясь вниз, он передает усилие на рычаг 12, который поднимается вверх и давит на образец через силовые штоки 8 и 11. При этом ограничители хода 10 устанавливаются с зазором 1-2 мм для предотвращения удара после разрушения образца. Уровень сжимающей нагрузки передается с встроенного в давильную пяту 6, 7 динамометра, который работает по принципу измерения прогиба мембраны 4 датчиком линейного перемещения 5. Система имеет обратную связь, так что при незначительных деформациях образца 3 в осевом направлении силовой шток 8, 11 поднимается, и за ним следует рычаг 12, после чего начинают работать и остальные рычаги. Таким образом, нагрузка сохраняет текущее значение.
Источники литературы
1. А.Н. Ставрогин, Б.Г. Тарасов. Экспериментальная физика и механика горных пород. СПб.: Наука. 2001. 343 с., (прототип).
2. Авторское свидетельство СССР №911208, кл. G01N 3/08, 1982.
3. Авторское свидетельство СССР №1651144, кл. G01N 3/10, 1991.