СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭНЕРГООБМЕНА В БЛОЧНОМ МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД
TEST BENCH OF ENERGY INTERCHANGE IN BLOCK ROCK MASS

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 отсутствие возможности исследовать энергообмен при циклических изменениях нагрузок поджатия и перемещения.
Известен стенд для исследования энергообмена в блочном массиве горных пород (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 отсутствие возможности исследовать энергообмен при циклических изменениях нагрузок поджатия и перемещения.
Известен стенд для исследования энергообмена в блочном массиве горных пород (патент РФ №2510003, кл. G01N 3/10, 2014), принимаемый за прототип. 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, источники давления, связанные с соответствующими аккумуляторами, пульсаторы давления, соединенные с соответствующими аккумуляторами и выполненные в виде гидроцилиндров со штоками, подпоршневая полость которых соединена с соответствующими аккумуляторами, эксцентриков, кинематически связанных со штоками гидроцилиндров, валов вращения эксцентриков, и приводов вращения валов. Стенд обеспечивает испытания на энергообмен при циклических независимых пульсациях нагрузок поджатия и перемещения.
Недостаток стенда состоит в отсутствие возможности исследовать энергообмен при синхронных пульсациях с плавным и ступенчатым изменением частоты пульсаций с возможностью регулирования смещения циклов пульсаций в ходе испытаний. Это ограничивает объем информации при исследовании энергообмена.
Техническим результатом изобретения является расширение объема информации при исследовании энергообмена путем обеспечения испытаний как при независимой пульсации поджимающей и перемещающей нагрузок, так и при синхронной пульсации с плавным и ступенчатым изменением частоты пульсаций с возможностью регулирования смещения циклов пульсаций в ходе испытаний.
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, источники давления, связанные с соответствующими аккумуляторами, пульсаторы давления, соединенные с соответствующими аккумуляторами и выполненные в виде гидроцилиндров со штоками, подпоршневая полость которых соединена с соответствующими аккумуляторами, эксцентриков, кинематически связанных со штоками гидроцилиндров, валов вращения эксцентриков и приводов вращения валов, согласно изобретению валы пульсаторов установлены соосно, а стенд снабжен электромагнитными муфтами для соединения валов с соответствующими приводами и электромагнитной муфтой для соединения валов между собой.
На рис. 1 представлена схема стенда.
Стенд для исследования энергообмена в блочном 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 3, гидравлический механизм 7 взаимного перемещения образцов, связанный с захватом 4 для контробразца 5, гидравлические аккумуляторы 8, 9 энергии, связанные с механизмами поджатия 6 и перемещения 7, источники 10, 11 давления, связанные с соответствующими аккумуляторами 8, 9, пульсаторы 12, 13 давления, соединенные с соответствующими аккумуляторами 8, 9 и выполненные в виде гидроцилиндров 12, 13 со штоками 14, 15, подпоршневая полость которых соединена с соответствующими аккумуляторами 8, 9, эксцентриков 16, 17, кинематически связанных со штоками 14, 15 гидроцилиндров 12, 13, валов 18, 19 вращения эксцентриков 16, 17 и приводов 20, 21 вращения валов 18, 19.
Валы 18, 19 пульсаторов установлены соосно. Стенд снабжен электромагнитными муфтами 22, 23 для соединения валов 18, 19 с соответствующими приводами 20, 21 и электромагнитной муфтой 24 для соединения валов 18, 19 между собой. Рабочей средой может служить жидкость, газ или их смесь.
Между источниками давления 10 и 11 и аккумуляторами 8, 9 установлены вентили 25, 26.
Стенд работает следующим образом.
При открытом вентиле 25 источником 10 создают давление рабочей среды в аккумуляторе 8 энергии и в гидравлическом механизме 6. Происходит взаимное поджатие образца 2 и контробразца 5. Закрывают вентиль 25 и открывают вентиль 26 и, действуя аналогичным образом, используя источник 11, аккумулятор 9 и гидравлический механизм 7, создают заданное усилие перемещения контробразца 5 относительно образца 2. Вентиль 26 закрывают. Для независимой пульсации поджимающей и перемещающей нагрузок включают приводы 20, 21 и муфты 22, 23. Валы 18, 19 вращают эксцентрики 16, 17, которые циклически перемещают штоки 14, 15, чем циклически изменяют давление в аккумуляторах 8, 9 и нагрузки поджатия и перемещения. Скорости пульсаций регулируют независимо скоростями вращения валов 18, 19. Для синхронной пульсации нагрузок одновременно включают муфту 24 и выключают одну из муфт 22 или 23. В результате оба эксцентрика 16 и 17 начинают вращаться одним из приводов 20 или 21 с одинаковой скоростью. Например, при выключении муфты 22 и включении муфты 24 оба эксцентрика вращаются синхронно приводом 21. Для ступенчатого изменения частоты синхронных пульсаций включают привод 20, отсоединенный от вала 18 и не участвующий во вращении эксцентриков, разгоняют этот привод до заданной скорости вращения и одновременно включают муфту 22 и выключают муфту 23. В результате вращение эксцентриков осуществляется приводом 20, а частота вращения изменяется в соответствии с разностью скоростей вращения приводов 20 и 21. Для ступенчатого сдвига циклов пульсаций выключают муфту 24 и вновь включают в момент, когда валы 18, 19 и эксцентрики 16, 17 сместились по углу поворота на заданную величину.
Таким образом, предлагаемый стенд обеспечивают испытания как при независимой пульсации поджимающей и перемещающей нагрузок, так и при синхронной пульсации с плавным и ступенчатым изменением частоты пульсаций с возможностью регулирования смещения циклов пульсаций в ходе испытаний.