СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЭНЕРГООБМЕНА В ОБРАЗЦАХ ГОРНЫХ ПОРОД
BENCH FOR ANALYSIS OF ENERGY EXCHANGE IN SPECIMENS OF ROCKS

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для испытания материалов, в частности горных пород, при исследовании процесса энергообмена в образцах горных пород с целью прогноза и предотвращения опасных динамических явлений.
Известен стенд для исследования процесса энергообмена в образцах горных пород (патент РФ №1448239, кл. G01N 3/10, Е21С 39/00, 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 источник давления, связанный с механизмами поджатия и перемещения.
Недостаток стенда состоит в том, что на нем неосуществимы исследования процесса энергообмена при переменной характеристике жесткости аккумулятора энергии, представленной на рис.3.
Известен стенд для исследования процесса энергообмена в образцах горных пород (патент РФ №2364853, кл. G01N 3/10, 2009), 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, источники давления, связанные с механизмами поджатия и сдвига, и механический аккумулятор энергии с пружиной, установленный между механизмом перемещения и захватом для контробразца.
Недостаток стенда также состоит в том, что на нем неосуществимы исследования процесса энергообмена при переменной характеристике жесткости аккумулятора энергии. Испытания проводятся только при постоянной характеристике жесткости аккумулятора энергии, что ограничивает объем информации при изучении процесса энергообмена в образцах горных пород.
Технический результат заключается в увеличении объема информации при изучении процесса энергообмена в образцах горных пород за счет обеспечения исследований процесса энергообмена как при постоянной, так и при переменной характеристике жесткости аккумулятора энергии. Технический результат достигается тем, что стенд для исследования процесса энергообмена в образцах 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, источники давления, связанные с механизмами поджатия и сдвига, и механический аккумулятор энергии с пружиной, установленный между механизмом перемещения и захватом для контробразца, согласно изобретению, механический аккумулятор энергии выполнен в виде направляющей, соединенной с захватом для контробразца, толкателя в виде полого цилиндра, размещенного на направляющей и соединенного с механизмом перемещения, при этом пружина размещена на направляющей между захватом для контробразца и толкателем и выполнена тарельчатой, тарелки уложены в группы, в каждой группе тарелки обращены друг к другу вогнутыми поверхностями, при этом количество тарелок с каждой стороны в каждой группе одинаковое, а в разных группах подобрано в соответствии с задаваемой характеристикой жесткости аккумулятора.
Технический результат достигается также тем, что механический аккумулятор энергии снабжен ограничителями деформации тарельчатых пружин, выполненными в виде колец, размещенных на направляющей между вогнутыми поверхностями пружин в группах, при этом высота колец подобрана в соответствии с задаваемой характеристикой жесткости аккумулятора.
На рисунках представлены общий вид схемы стенда (фиг.1), схема механического аккумулятора энергии (фиг.2) и диаграмма зависимости значений деформации осевого сжатия (К) от величины нагрузки на образец (Р) (фиг.3).
Стенд для исследования процесса энергообмена в образцах 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, источники давления 9, 10, связанные с механизмами поджатия 6 и сдвига 7, и механический аккумулятор энергии 11 с пружиной 12, установленный между механизмом перемещения 7 и захватом 4 для контробразца.
оабв
Механический аккумулятор энергии выполнен в виде направляющей 11, соединенной с захватом 4 для контробразца, толкателя 13 в виде полого цилиндра, размещенного на направляющей 11 и соединенного с механизмом 7 перемещения. Пружина 12 размещена на направляющей 11 между захватом 4 для контробразца и толкателем 13 и выполнена тарельчатой. Тарелки 14 уложены в группы А, Б, В. В каждой группе тарелки 14 обращены друг к другу вогнутыми поверхностями. Количество тарелок с каждой стороны в каждой группе одинаковое, например в группе А по одной тарелке с каждой стороны, в группе Б по две тарелки с каждой стороны, в группе В по три тарелки с каждой стороны. В разных группах количество тарелок - по одной, по две или по три штуки - подобрано в соответствии с задаваемой характеристикой жесткости  аккумулятора (фиг.2).
оабв
Механический аккумулятор энергии снабжен ограничителями деформации тарельчатых пружин, выполненными в виде колец 14, размещенных на направляющей 11 между вогнутыми поверхностями пружин в группах, при этом высота Г колец подобрана в соответствии с задаваемой характеристикой жесткости  аккумулятора.
Стенд работает следующим образом.
оабв
о
в
оабв
оаб
оабв
оаб
оаб
оабв
оабв
оа
аб
бв
оа
аб
бв
оабв
оа
аб
бв
оабв
Включают источник давления 9 и с помощью механизма поджатия 6 поджимают образец 3 к контробразцу 5 с заданным усилием. Включают источник давления 10 и с помощью механизма сдвига 7 через толкатель 13 деформируют пружину 12, создавая тем самым нарастающую сдвигающую нагрузку на захвате 4 и контробразце 5 относительно образца 3. Сдвигающая нагрузка (фиг.3) нарастает по характеристике жесткости  аккумулятора от точки  к точке . При этом на аккумуляторе энергии 11 создается запас энергии, определяемый как площадь под характеристикой жесткости . Например, для точки Е, соответствующей нагрузке сдвига С и деформации Д пружины, запас энергии будет равен площади фигуры ЕД. В момент возникновения сдвига контробразца 5 относительно образца 3 (точка Е на диаграмме ) запасенная энергия ЕД реализуется в перемещение захвата 4 и контробразца 5 по диаграмме Ев и определяет характер процесса энергообмена при сдвиге. Повторные испытания проводят при изменении параметров характеристики жесткости аккумулятора энергии . Характеристика жесткости аккумулятора энергии  регулируется количеством тарелок пружин в группах, а именно чем больше тарелок в группе, тем выше жесткость группы. Так, группа А имеет характеристику , группа Б - характеристику , группа В - характеристику . Длина участков , ,  на характеристике жесткости  аккумулятора регулируется подбором высоты Г соответствующих колец в группах АБВ тарелок: чем больше высота Г кольца соответствующей группы, тем меньше длина участков , , или  на характеристике жесткости  аккумулятора. Для испытаний при энергоподводе при постоянной жесткости аккумулятора энергии применяют пружины с одинаковым количеством тарелок в группах.
Стенд обеспечивает исследование процесса энергообмена как при постоянной, так и при переменной характеристике жесткости аккумулятора энергии, что увеличивает объем информации при изучении процесса энергообмена в образцах горных пород.