СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭНЕРГООБМЕНА ПРИ СДВИГЕ
TEST BENCH FOR TESTING ENERGY EXCHANGE AT SHIFTING

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для испытания материалов, в частности горных пород, при исследовании энергообмена в массиве горных пород с целью прогноза и предотвращения опасных динамических явлений.
Известна установка для испытания образцов при плоском напряженном состоянии (авторское свидетельство SU №1603224, опубл. 30.10.1990 г.), содержащая опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, механизм взаимного поджатая образцов, связанный с захватом для образца, механизм взаимного перемещения образцов, связанный с захватом для контробразца. Сдвиг осуществим только по одной плоскости контакта между образцами.
Недостаток установки состоит в том, что она не обеспечивает выполнение исследований на сдвиг как по одной, так и по нескольким плоскостям сдвига при изменении количества и места расположения плоскостей сдвига в ходе испытаний.
Известна установка для испытания горных пород на трение (авторское свидетельство SU №1601560, опубл. 23.10.1990 г.), содержащая опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, механизм взаимного поджатия образцов, связанный с захватом для образца, механизм взаимного перемещения образцов, связанный с захватом для контробразца. Сдвиг осуществим только по одной плоскости контакта между образцами.
Недостаток установки состоит в том, что она также не обеспечивает выполнение исследований на сдвиг как по одной, так и по нескольким плоскостям сдвига при изменении количества и места расположения плоскостей сдвига в ходе испытаний.
Известна установка для испытания образцов при плоском напряженном состоянии (авторское свидетельство SU №1448239, опубл. 30.12.1988 г.), содержащая опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, механизм взаимного поджатия образцов, связанный с захватом для образца, механизм взаимного перемещения образцов, связанный с захватом для контробразца. Сдвиг осуществим только по одной плоскости контакта между образцами.
Недостаток установки также состоит в том, что она не обеспечивает выполнение исследований на сдвиг как по одной, так и по нескольким плоскостям сдвига при изменении количества и места расположения плоскостей сдвига в ходе испытаний.
Известна установка для испытания образцов горных пород (авторское свидетельство SU №1523953, опубл. 23.11.1989 г.), содержащая опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, механизм взаимного поджатия образцов, связанный с захватом для образца, механизм взаимного перемещения образцов, связанный с захватом для контробразца. Сдвиг осуществим только по одной плоскости контакта между образцами.
Недостаток установки также состоит в том, что она не обеспечивает выполнение исследований на сдвиг как по одной, так и по нескольким плоскостям сдвига при изменении количества и места расположения плоскостей сдвига в ходе испытаний.
Известен стенд для исследования энергообмена в массиве горных пород (патент RU №2364853, опубл. 20.08.2009 г.), принятый за прототип. Стенд для исследования энергообмена при сдвиге содержит опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, механизм взаимного поджатия образцов, связанный с захватом для образца, механизм взаимного перемещения образцов, связанный с захватом для контробразца.
Данный стенд также реализует сдвиг только по одной плоскости и не обеспечивает выполнение исследований на сдвиг как по одной, так и по нескольким плоскостям сдвига при изменении количества и места расположения плоскостей сдвига в ходе испытаний. Это ограничивает объем информации при исследованиях на сдвиг.
Техническим результатом изобретения является повышение объема информации путем обеспечения исследований на сдвиг как по одной, так и по нескольким плоскостям сдвига при изменении количества и места расположения плоскостей сдвига в ходе испытаний.
Технический результат достигается тем, что стенд снабжен дополнительными захватами для дополнительных контробразцов, дополнительными механизмами взаимного перемещения контробразцов, соединенными с соответствующими дополнительными захватами для дополнительных контробразцов, фиксаторами для последовательного соединения дополнительных захватов дополнительных контробразцов друг с другом и с захватом для образца, и фиксатором для соединения захвата для контробразца с основанием. Механизмы взаимного поджатия и взаимного перемещения снабжены аккумуляторами энергии.
Стенд для исследования энергообмена при сдвиге поясняется следующими фигурами:
фиг. 1 - схема стенда;
фиг. 2 - схема фиксатора (узел А), где:
1 - опорная рама;
2 - захват;
3 - образец;
4 - захват для контробразца;
5 - контробразец;
6 - механизм взаимного поджатия образцов;
7 - механизм взаимного перемещения образцов;
8 - дополнительный захват для дополнительного контробразца;
9 - дополнительный захват для дополнительного контробразца;
10 - дополнительный захват для дополнительного контробразца;
11 - дополнительный контрбразец;
12 - дополнительный контробразец;
13 - дополнительный контробразец;
14 - дополнительный механизм взаимного перемещения;
15 - дополнительный механизм взаимного перемещения;
16 - дополнительный механизм взаимного перемещения;
17 - фиксатор;
18 - фиксатор;
19 - аккумулятор энергии;
20 - источник давления;
21 - вентиль;
22 - вентиль;
23 - хвостовик;
24 - плита;
25 - плита;
26 – каретка.
Стенд для исследования энергообмена при сдвиге содержит опорную раму 1, размещенные в ней захват 2 для образца 3 и захват 4 для контробразца 5, механизм 6 взаимного поджатия образцов, связанный с захватом 2 для образца, механизм 7 взаимного перемещения образцов, связанный с захватом 4 для контробразца 5.
Стенд снабжен дополнительными захватами 8, 9, 10 для дополнительных контробразцов 11, 12, 13, дополнительными механизмами 14, 15, 16 взаимного перемещения по числу дополнительных захватов для контробразца, соединенными с соответствующими дополнительными захватами для контробразца, и фиксаторами 17 для последовательного соединения захватов 4, 8, 9, 10 для контробразца друг с другом и с захватом 2 для образца, и фиксатором 18 для соединения захвата 4 для контробразца 5 с основанием 1.
Механизмы взаимного поджатия и взаимного перемещения снабжены аккумуляторами 19 энергии.
Механизм 6 взаимного поджатия и механизмы 7, 14, 15, 16 взаимного перемещения могут быть выполнены гидравлическими, соединенными с источником 20 давления через типовые вентили 21. Вентилем 22 перекрывают механизм поджатия 6. Фиксаторы 17 (см. фиг. 2, узел А) могут быть выполнены в виде электромагнита, хвостовика 23, жестко соединенного с электромагнитом и подвижно размещенного в отверстии в плите 24, закрепленной, например, на одном из захватов 8. Такая же плита 25, предназначенная для взаимодействия с электромагнитом 17, закреплена, например, на соседнем захвате 6. Электромагниты соединены с прибором управления (не показан). Захват 4 для контробразца 5 размещен на каретке 26 и имеет фиксатор 18 для соединения с основанием 1 через каретку 26.
Стенд работает следующим образом.
Для задания исходного силового и энергетического положения эксперимента включают источник 20 и при открытом вентиле 22 через механизм 6 производят взаимное поджатие образцов 3, 5, 11, 12, 13 с заданным усилием, после чего вентиль 22 закрывают. Включают электромагниты фиксаторов 17 и соединяют дополнительные захваты 4, 8, 9, 10 для контробразцов с захватом 2 для образца 3. Фиксатор 18 при этом выключен. Источником 20 через вентили 21 создают на механизмах 7, 14, 15, 16 заданные сдвигающие нагрузки на соответствующих образцах 5, 11, 12, 13 и соответствующие запасы энергии на аккумуляторах 19. Для реализации сдвига по одной плоскости выключают один из фиксаторов 17 и обеспечивают тем самым возможность сдвига по плоскости контакта между выбранными образцами. При этом усилие сдвига и запасенная энергия определяются суммой усилий и суммой энергий на механизмах нагружения, соединенных соответствующими фиксаторами с кареткой 26. Так, если соответствующим фиксатором разъединяют захват 2 и захват 8, то плоскостью сдвига будет плоскость между образцами 3 и 13, усилие сдвига будет равно сумме усилий на механизмах 7, 14, 15, 16, а запас энергии будет равен сумме запасенных энергий на аккумуляторах 19 механизмов 7, 14, 15, 16. Если выключают, например, фиксатор, соединяющий захват 4 с захватом 10, то усилие и энергия сдвига определяются только механизмом 7, а плоскость сдвига располагается между образцами 5 и 11. Для реализации сдвига по двум плоскостям после задания исходного положения, как описано выше, включают фиксатор 18 и соединяют захват 4 для контробразца 5 с основанием 1 через каретку 26. Выключают два фиксатора 17, которые соединяют соответствующий захват контробразца с соседними захватами. Так, если выключают фиксаторы 17, соединяющие дополнительный захват 9 для контробразца 12 с захватами 8 и 10, то плоскостями сдвига будут плоскости контакта образца 12 с образцом 13 и образца 12 с образцом 11. Силовые и энергетические показатели задаются механизмом 15. Если, например, захваты 9 и 10 остаются соединенными, а разъединяют захват 8 с захватом 9 и захват 10 с захватом 4, то плоскостями сдвига становятся плоскости между образцами 12, 13 и образцами 5, 11. Для испытаний при сдвиге по нескольким плоскостям выключают все фиксаторы последовательно или одновременно. Силовые и энергетические показатели характеристики энергообмена определяются в каждый момент эксперимента отдельно в зависимости от схемы переключения фиксаторов. Выбор плоскостей сдвига, силовые энергетические параметры испытаний определяются задачами исследований.
Предлагаемый стенд обеспечивает выполнение исследований на сдвиг как по одной, так и по нескольким плоскостям сдвига при изменении количества и места расположения плоскостей сдвига в ходе испытаний, что повышает объем информации при исследованиях на сдвиг.