Pierwszenstwo— Zgloszenie ogloszono: 30.05.1973 Opis patentowy opublikowano: 20.12.1975 75591 KI. 5a,49/02 MKP E21b 49/08 Twórca wynalazku: Jan Boguslaw Gwiazda Uprawniony z patentu tymczasowego: Glówny Instytut Górnictwa, Kato¬ wice (Polska) Hydrauliczna sonda pomiarowa Przedmiotem wynalazku jest hydrauliczna sonda pomiarowa przeznaczona do pomiaru odbojnosci skal w otworach wiertniczych.Badania i obserwacje wykazuja, ze z twardo¬ scia powierzchniowa tworzyw zwiazane sa mie¬ dzy innymi pewne cechy sprezyste. Mianowicie twarda powierzchnia tworzywa posiada zdolnosc odbijania upuszczonego na nia równie twardego ciezarka, przy czym wysokosc odbicia jest tym wieksza im twardsza jest powierzchnia tworzywa i im wieksza jest twardosc ciezarka. Zachowujac stala twardosc i stala mase ciezarka na przyklad stalowej kulki, przez upuszczanie jej z ustalonej wysokosci na powierzchnie róznych tworzyw moz¬ na porównywac ich twardosci. Istote pomiarów te¬ go rodzaju jest okreslanie twardosci powierzch¬ niowej tworzywa lub elementu konstrukcji, za po¬ moca pomiaru wysokosci odbicia upuszczanego ze stalej wysokosci ciezarka. Elementem mierzonym bezposrednio w tego rodzaju pomiarach jest wiel¬ kosc odbicia w zaleznosci od jakosci powierzchni tworzywa, a wiec zdolnosc odbijania ciezarka przez badany element czyli jego odbojnosc. Dlate¬ go tez badania prowadzone ta metoda okresla sie jako badanie odbojnosci danego tworzywa lub ele¬ mentu. Poniewaz w wielu tworzywach na przy¬ klad w skalach, betonach, wzrost odbojnosci towa¬ rzyszy wzrostowi wytrzymalosci, metode powyz¬ sza wykorzystuje sie, po uprzednim opracowaniu wielu nomogramów, do pomiarów wytrzymalosci. 10 15 20 25 30 Nie zawsze jednak zachodzi koniecznosc bada¬ nia twardosci powierzchni, do których istnieje do¬ step od góry i na które mozna upuszczac cieza¬ rek mierzac jego odbicie. W wielu przypadkach zachodzi koniecznosc badania powierzchni piono¬ wych lub powierzchni, do których istnieje dostep tylko od dolu. Dlatego tez w celu mierzenia odboj¬ nosci takich powierzchni tworzyw skonstruowano specjalny przyrzad zwany mlotkiem odbojnym.Znane dotychczas mlotki odbojne dzialaja w na¬ stepujacy sposób. Trzymany reka mlotek odbojny ustawia sie prostopadle do badanej powierzchni i dociska do niej, co powoduje wsuwanie sie do wewnatrz obudowy mlotka przez przednia tuleje trzpienia uderzeniowego oraz przejscie w tylne polozenie masy uderzeniowej zaczepionej kolnie¬ rzem za zaczep spustu. Jednoczesnie ulega sciska¬ niu sprezyna dociskowa oraz naciaganiu sprezyna uderzeniowa, której przednia czesc zaczepiona jest do nieruchomej tulei przedniej. W chwili osiagnie¬ cia przez talerz wodzacy tylnego polozenia, dzwig¬ nia spustowa naciska na glówke sruby regulacyj¬ nej, sciska sprezynke odpychajaca ja od talerza wodzacego i powoduje zwolnienie masy uderzenio¬ wej. Masa ta, pod wplywem naciagnietej sprezy¬ ny uderzeniowej przechodzi gwaltownie w przed¬ nie polozenie uderzajac w tylna czesc trzpienia uderzeniowego. Energia tego udaru przenosi sie nastepnie, przez trzpien uderzeniowy na badana powierzchnie, zas energia odbicia sprezystego po- 75 59131 woduje odskok masy udeuzenioAHGj, ®* tew* tnzpaa- nia. W konsekwencji tego* ortkia wtfkaAmEL Iszta odbojnosci ulega przesunieciu, na swej prowadni¬ cy, na odleglosc równa odlegjoici. odskoku mas# uderzeniowej od trzpienia uderzeniowego, która jest wprost proporcjonalna do energi odbicia i za¬ lezna od twardosci badamej powierzchni. Itta% uderzeniowa stabilizuje sie nastepnie w pozycji wyznaczonej przez swobodna dlugosc sprezyny uderzeniowej. Odczytana na skali wskaznika licz¬ ba odbojnosci jest miernikiem twardosci, badanej powierzchni. Zwolnienie nacisku reki na tylna po¬ krywe obudowy mlotka adbojnego powoduje wy- pclttii^c tafiBHza wadzacego wraz z prowadnica masy uderzeniowej i trzpieniem uderzeniowym w przednie polozenie, wskutek rozprezania sie^ spne*- zyny dociskowej. Talerz wodzacy zaczepia jedno¬ czesnie o wskaznik liczby odboafiosci i sciaga go do pozycji zerowej, a osiagajac tylna krawedz ma¬ sy uderzeniowej powoduTe zaczepienie tej o za¬ czep spustu. W tej pozycji przyrzad jest gotowy do wykonywania nastepnego udaru.Zasadnicza wada powyzej opisanych mlotków odbojnych jest to, ze prowadzone za ich pomoca badania dostarczaja informacja tylfco* a zewnelfrznej, nie przekraczajacej kilku centymetrów grubosci warstwie badanej skaly, uniemozliwiajac okresle¬ nie wlasnosci skal glebiej zalegajacych.Cetarr zwiekszeni* zasiegu beróan prowadzonych za pomoca mlotków odbojnych skonstruowano przyrzad pozwalajacy na wprowadzenie mlotka odbojnego do otworu wywierconego w skale i przeprowadzenie badan odbojnosci w dnie tegcr- ot¬ woru. Sposób ten jlaje dobre wyniki, chociaz jest nieco pracochlonny, poniewaz po kazdym udarze urzadzenie wraz z mlotkiem trzeba wyciagac z otworu w celu odczytania na sicalf Kczby odbojno¬ sci. Poza tym, dla przeprowadzenia badan* kolej¬ nych warstw nalezy stopniowo poglebiac otwór i wygladzac jegodno. 4C Wynalazek postawil sobie za cel usuniecie tych niedogodnosci. Osiagnieto to dzieki zastosowaniu sondy hydraulicznej, która jest przectaiotem wy¬ nalazku. Sonda sklada sie z cylindra hydraulicz¬ nego napelnionego ciecza* zaopatrzonego w tloczek 45 i polaczonego przewodem hydraulicznym z tuleja, w którei umieszczono trzpien uderzeniowy7 mlot¬ ka odbojnego, zaopatrzony w uszczelke. Energia udaru w powyzszej sondzie przenosi sie od trzpie¬ nia uderzeniowego mlotka odbojnego, poprzez ciecz 50 wypelniajaca przewód i cylinder hydrauliczny, na tloczek przylegajacy do badanej powierzchni. Od^ bita energia sprezysta wraca ta sama droga na mase uderzeniowa mlotka powodujac jej odskok od trzpienia uderzeniowego na odleglosc zalezna 55 od twardosci badanej powierzchni. Dzieki zastoso¬ waniu hydraulicznej sondy pomiarowej wedlug wynalazku ulegla znacznemu zmniejszeniu praco¬ chlonnosc badan odbojnosci, gdyz odczytu licztoy odbojnosci dokonuje sie na skali mlotka odbojne- w go znajdujacego sie na zewnatrz otworu wiertni¬ czego.Odmiana hydraulicznej sondy pomiarowej za¬ opatrzonej! w tloczek boczny zezwala na prowa¬ dzenie badan odbojnosci wzdluz bocznej scianki 65 4 pracock&imgscr badani ii zwieksza ich. daktadnosc.Hydrauliczna sonda pomiarowa wedFtfg wynalaz¬ ku* jasL uwidoczniona w- przykladowym wykonaniu 5 na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia sonde do badania odbojnosci w dnie otworu , wiertnicze¬ go w przekroju wzdluznym, a figr 2 — odhiiane sondy przeznaczona dla badania od&ejao&i wzdluz scianki bocznej otworu wiertniczego;, równiez w j przekroju wzdluznym.Hydrauliczna sonda pomiarowa, wedlug wyna¬ lazku, sklada sie z hydraulicznego cylindra 1 za¬ opatrzonego w gwintowany korek 2,. ,w którym mimosrodowo osadzono, w sposób suiwiiwy* ISoczek i " 3 uszczelniony uszczelka 4. Gvwntowafi# karali. 2 iest uszczelniony wzgledem cylindrst -ll uszeaelka 5. Tloczek 3 ma kolnierz 6 oraz czop 1 ustalaja¬ cy polozenie sprezyny 8 dociskajacej kolnierz 6 w kierunku gwintowanego korka 2. Drugi koniec sprezyny 8 jest oparty o wkladke9 'zsfticrdTrwSTizf' w otwory 10. Dzialaniu sprezyny 8 przeciwdziala sprezyna 11, oparta jednym koncem o kolnierz 6, a drugim o gwintowany korek 2,. dzieki czemu tlo¬ czek 3 posiada w kazdej chwili mozliwosc dwu¬ kierunkowego przesuwu wzgledem gwintowanego korka 2 i hydraulicznego cylindra 1. Uklad taki eliminuje wplyw masy sondy na tlumienie odbi¬ tej energii udaru. Hydrauliczny cylinder 1 jest po¬ laczony za pomoca* kprka* Ifr uszczelnionego uszczek- ka 13 i hydraulicznego przewodu 14 z tuleja 15, w której jest umieszczony trzpien 16 uderzeniowy mlotka odbojnego, zaopatrzony w uszczelke 17.Tuleja 15, przewód 14 i hydrauliczny cylinder 1 wypelnione sa dokladnie czynnikiem hydraulicz¬ nym. Dla usuniecia powietrza z wnetrza cylindra 1 w gwintowanym korku 2 sa wykonane otwory 19 i 19 oraz osadzona jest uszczelka 26- i korek 21.Dla przeprowadzenia badania odtoojnosci wpro¬ wadza sie sonde do otworu wiertniczego opierajac tloczek 3 o jego; dno. Nastepnie wywiera sie na¬ cisk na obudowe mlotka odbojnego powodujac wciskanie jednego konca jego uderzeniowego trzpienia 16, zaopatrzonego w uszczelke 17, do tu- lei; 15, a drugiego konca osadzonego na- zerdzi,, do wnetrza mlotka. Pod wplywem tego nacisku; w tulei 15, przewodzie 14 i hydraulicznym, cylindrze 1 nastepuje wzrost cisnienia czynnika hydraulicz¬ nego, a tloczek 3 uzyskuje wiekszy docisk eto ba¬ danej skaly. Naciskajac w dalszym ciagu na obu¬ dowe mlotka odbojnego powoduje sie wystapie¬ nie udaru, którego energia przenosi sie poprzez trzpien 18, czynnik hydrauliczny znajdujacy sie w tulei 15, przewodzie 14 i cylindrze 1 i tloczek 3 na badana skale. Energia odbita odi skaly wraca ta: sama droga powodujac odskok masy uderzeniowej mlbtka odbojnego od uderzeniowego trzpienia: 16; i odpowiednie przesuniecie wskaznika* liczby od¬ bojnosci. Wynik pomiaru odczytuje sie bezposred¬ nio na skali mlotka odbojnego trzymanego w re¬ kach. Nastepnie zwalnia1 sie nacisk rak na mlotek. odbójny i przekreca o pewien* kat hydrauliczna; sonde, pomiarowa. Dzieki mimosrodbwemu; osadze¬ niu tloczka 3; uzyskuje sie ustawienie go w innym; miejscu badanej skaly: Z kolei wykonuje sie na¬ stepny pomiar odbojnosci. Wykonanie kilku: pomia*-"V 5 rów w jednej badanej warstwie daje wynik o sredniej wartosci, zblizonej bardziej do wartosci rzeczywistej. Po wykonaniu pomiarów badanej warstwy skaly wyciaga sie sonde z otworu, pogle¬ bia sie otwór, wygladza jego dno i realizuje sie pomiar odbojnosci nastepnej warstwy skaly.Odmiana hydraulicznej sondy pomiarowej wed¬ lug wynalazku, pokazana na fig. 2, przeznaczona jest do badania odbojnosci wzdluz bocznej scianki otworu wiertniczego i sklada sie z hydraulicznego cylindra 1, do którego bocznej, scianki jest zamo¬ cowana tuleja 2 wraz z osadzonym w niej suwli- wie tloczkiem 3 i uszczelka 4. Na jednym koncu cylindra 1 jest umieszczona wkladka 5 z uszczel¬ ka 6, zabezpieczona przed obrotem za pomoca kol¬ ka 7 i zamocowana sruba 8. We wkladce 5 jest zamocowana wkretem 9 plaska sprezyna 10, któ¬ rej drugi rozdwojony koniec zaczepiony jest za1 glówke 11 tloczka 3. Otwory 22 i 24 wykonane we wkladce 5, oraz 18 i 19 w srubie 8 sa przeznaczo¬ ne do odpowietrzania hydraulicznego cylindra 1.Uszczelka 23 uszczelnia powierzchnie styku mie¬ dzy wkladka 5 i sruba 8, a uszczelka 20 uszczel¬ nia korek 21 wzgledem sruby 8. Drugi koniec cy* lindra 1 jest zaopatrzony w korek 12 uszczelniony uszczelka 13 i polaczony za pomoca hydrauliczne¬ go przewodu 14 z tuleja 15. We wnetrzu tulei 15 jest umieszczony suwliwie uderzeniowy trzpien W mlotka odbojnego, uszczelniony uszczelka; 17- Do przewodu 14 jest przymocowana, za pomoca wkre¬ tu 25, tarcza 26 opierajaca sie a tuleje 27 zamoco¬ wana na poczatku otworu wiertniczego i zaopa¬ trzona w podzialke katowa. Wnetrze cylindra 1, przewodu 14 i tulei 15 wypelnione jest dokladnie czynnikiem hydraulicznym.Odmiana hydraulicznej sondy pomiarowej pared- stawiona na fig; 2 dziala w nastepujacy spes4bv Po wprowadzeniu sondy do otworu wiertniaze&o do jego wylotu wciska sie tuleje 27; a na hydrau¬ licznym przewodzie 14 mocuje sie za pomoca Wfede- ta 25, tarcze 26, ustalajac w ten sposób polozenie tloczka 3 wzgledem wylotu badanego otworu. Na^ stepnie wywiera sie nacisk na obudowe mfotltei odbojnego powodujac wciskanie trzpienia 16 db; tulei 15 i do wnetrza tejze obudowy. W wyniku tego nacisku rosnie cisnienie czynnika hydraulicz¬ nego znajdujacego sie wewnatrz cylindra 1 i na tloczek 3 zaczyna dzialac sila wypychajaca go* na zewnatrz az do oparcia sie o scianke badanego ot¬ woru. Wywolywanie dalszego nacisku na obudb* we mlotka odbojnego powoduje wiekszy docisk tloczka 3 do scianki otworu oraz wystapienie uda¬ ru. Energia tego udaru przenosi sie przez trzpien 16, czynnik hydrauliczny i tloczek 3 na badana scianke otworu, a energia odbita wraca ta sama droga powodujac odskok masy uderzeniowej od trzpienia 16 i przesuniecie wskaznika liczby od¬ bojnosci na skali mlotka odbojnego. Z chwila zwol- nienia nacisku rak na obudowe mlotka, maleje cisnienie czynnika hydraulicznego wewnatrz cy¬ lindra 1 i pod wplywem dzialania sprezyny 10, tloczek 3 waca do swego piewotnego polozenia. s Nastepnie, przekreca sie sonde o pewien ustalony kat, poslugujac sie podzialka katowa nacieta na tulei 27, i przystepuje sie do nastepnego pomiaru.W ten sposób w równej odleglosci od wylotu ot¬ woru wykonuje sie kilka pomiarów wzdluz jego io obwodu. Po zakonczeniu badan jednej warstwy lu- zuje sie wkret 25, przesuwa sonde wzgledem wy¬ lotu otworu i tarczy 26, po czym ponownie do¬ kreca sie wkret 25 mocujac tarcze 26 na przewo¬ dzie 14 oraz przystepuje do badania nastepnej 15 warstwy skaly w otworze wiertniczym. PL PL