УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГОЕМКОСТИ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для исследования механических свойств различных по крепости горных пород, и может быть также использовано для определения энергоемкости их разрушения.
Известны различные устройства для определения энергоемкости разрушения горных пород, одним из которых является (SU 415371, кл. Е21С 39/00, 24.06.1974), представляющее собой вертикальный копер, в котором на горную породу сбрасывается груз известной массы с известной высоты, а энергоемкость определяется как отношение энергии, затраченной на разрушение, к объему разрушенной породы.
Недостатком устройства (SU 415371, кл. Е21С 39/00, 24.06.1974) является сложность определения объема разрушенной горной породы, а также низкая точность при определении энергии, затраченной на разрушение.
Наиболее близким к заявляемому является устройство (RU 157386 U1, кл. Е21С 39/00, 27.11.2015), которое состоит из станины, закрепленного на ней перфорированного стакана, нажимного и упорного пуансонов, нагрузочного винта с установленными на нем резьбовыми гайками, подшипников, рельсов, редуктора, соединительной муфты и приводного двигателя.
Недостатком устройства (RU 157386 U1, кл. Е21С 39/00, 27.11.2015), является появление эффекта самоторможения гаек на пуансонах при достижении определенных значений шага резьбы нагрузочного винта. В результате этого происходит заклинивание устройства.
Задачей предлагаемой полезной модели является устранение возможности заклинивания устройства посредством недопущения возникновения эффекта самоторможения гаек, взаимодействующих с пуансонами.
Решение указанной задачи достигается использованием нагрузочного винта с двумя участками разного диаметра, на которых нарезана резьба одного направления и разного шага.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в устранении возможности заклинивания устройства посредством недопущения возникновения эффекта самоторможения гаек, взаимодействующих с пуансонами.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для определения энергоемкости разрушения горных пород, включающем станину, перфорированный стакан, нажимной и упорный пуансоны и нагрузочный винт с двумя участками, на которых нарезана резьба одинакового направления и разного шага и на каждом участке винта установлена резьбовая гайка, согласно заявляемой полезной модели, участки нагрузочного винта выполнены разного диаметра, при этом диаметр участка винта, взаимодействующего с резьбовой гайкой нажимного пуансона, больше диаметра участка нагрузочного винта, взаимодействующего с резьбовой гайкой упорного пуансона.
Предлагаемое устройство для определения энергоемкости разрушения горных пород изображено на чертеже.
Заявляемое устройство состоит из станины 1, закрепленного на ней перфорированного стакана 2, в котором располагаются испытуемые образцы горной породы 3, нажимного пуансона 4, упорного пуансона 5, нагрузочного винта 6 с установленными на нем резьбовыми гайками 7 и 8, подшипников 9 и 10, рельсов 11, редуктора 12, соединительной муфты 13 и приводного двигателя 14.
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
Нагрузочный винт 6 выполнен с двумя участками разного диаметра d и d, на которых нарезана резьба одинакового направления и разного шага h и h. Диаметр d участка нагрузочного винта 6, взаимодействующего с резьбовой гайкой 7 нажимного пуансона 4 больше диаметра d участка нагрузочного винта 6 взаимодействующего резьбовой гайкой 8 упорного пуансона 5: d>d. При этом шаг резьбы h участка нагрузочного винта 6, взаимодействующего с резьбовой гайкой 7 нажимного пуансона 4 больше шага резьбы h участка нагрузочного винта 6 взаимодействующего резьбовой гайкой 8 упорного пуансона 5: h>h,
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Испытуемые образцы горной породы 3 помещаются в перфорированный стакан 2. При помощи приводного двигателя 14 через соединительную муфту 13 и редуктор 12 осуществляется вращение нагрузочного винта 6, что вызывает перемещение нажимного 4 и упорного 5 пуансонов за счет резьбовых гаек 7 и 8 соответственно по рельсам 11 в одном направлении, но с разным смещением в единицу времени.
1
2
1
2
В связи с тем, что h>h и d>d, нажимной пуансон 4 за один оборот нагрузочного винта 6 будет осуществлять большее перемещение, чем упорный пуансон 5, что приведет к деформации и разрушению испытуемых образцов горной породы 3.
Перемещение упорного пуансона 5 одновременно с нажимным пуансоном 4 за счет вращения нагрузочного винта 6 позволяет уменьшить величину хода нажимного пуансона 4 относительно испытуемых образцов горной породы 3, что в свою очередь способствует достижению плавного приложения разрушающей нагрузки к испытуемым образцам горной породы 3.
Известно, что угол наклона резьбы определяется по формуле:
где λ - угол наклона резьбы;
h - шаг резьбы;
d - диаметр винта;
π - математическая константа.
При повороте нагрузочного винта 6 на любой угол ϕ резьбовые гайки 7 и 8 осуществят поступательное перемещение совместно с нажимным 4 и упорным 5 пуансонами на величины  и  (вращению резьбовых гаек 7 и 8 относительно оси нагрузочного винта 6 будут препятствовать рельсы 11, взаимодействующие с нажимным 4 и упорным 5 пуансонами). Значения величин  и  могут быть определены по следующему выражению:
где  - перемещение соответствующей резьбовой гайки;
ϕ - угол поворота нагрузочного винта;
d - диаметр участка нагрузочного винта, взаимодействующего с соответствующей резьбовой гайкой;
λ - угол наклона резьбы на соответствующей резьбовой гайке.
1
2
1
2
Так как диаметры d и d участков нагрузочного винта 6, взаимодействующих с резьбовыми гайками 7 и 8, принимаются разными, а также разными принимаются шаги резьбы h и h на этих участках, то смещение нажимного 4 и упорного 5 пуансонов относительно друг друга  определится разницей  или, с учетом формулы (2)
На размещенную в перфорированном стакане 2 испытуемую горную породу 3 будет воздействовать сила Р, которая может быть определена из равенства работы этой силы Р на расстоянии , (т.е. ) и работы приложенного к нагрузочному винту 6 момента М от приводного двигателя (т.е. М-ϕ)
откуда с учетом (3) получим
1
1
2
2
1
2
1
2
Зависимость (5) особенна тем, что в знаменателе дроби заключено выражение (d⋅tgλ-d⋅tgλ), что позволяет достигать весьма малых значений знаменателя посредством изменения не только величин углов наклона резьбы λ и λ, но и диаметров d и d участков нагрузочного винта 6, что в свою очередь приведет к многократному увеличению силы Р.
Известно, что эффект самоторможения гаек обусловлен определенной величиной угла наклона резьбы на них. В предлагаемом устройстве исключается возникновение этого эффекта, так как требуемое значение усилия воздействия на испытуемую горную породу становится возможным достигнуть также за счет изменения диаметров участка нагрузочного винта, исключая, таким образом, возможность попадания углов наклона резьбы в диапазон их значений, приводящий к эффекту самоторможения гаек. В результате этого устраняется возможности заклинивания устройства.