SU1323910A1

SU1323910A1 - Device for bending test of rock specimens

Info

Publication number: SU1323910A1
Application number: SU864012315A
Authority: SU
Inventors: Евгений Васильевич Лодус
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела
Priority date: 1986-01-20
Filing date: 1986-01-20
Publication date: 1987-07-15

Abstract

Изобретение относитс к испытательной технике и позвол ет приблизить услови испытаний к реальным путем изменени изгибающего усили и пролета изгиба. Установка содержит опорную раму, установленную на ней неподвижную траверсу (Т) с центральной опорой дл образца, подвижную Т. Нагружающий механизм устройства включает приводной винт, размещенный на Т 5, имеющий на концах противоположно направленные резьбы с установленными на них втулками. С винтом св зан привод вращени (ПВ) 13 с редуктором. Торцовые опоры дл образца выполнены в виде катков и установлены на втулках. При работе в режиме раз- гружени образца увеличением пролета изгиба включают ПВ 13. Св занна с ним Т 5 перемещаетс к Т 2. На образце 4 возникает заданна нагрузка, после чего осуществл етс вращение колеса 18 и винта 6. Втулки 9, 10 смещаютс друг от друга вместе с опорами 11 и 12. Изгибающий момент на образце 4 увеличиваетс и образец разрушаетс . Фиксируютс характеристики разрушени . При работе в режиме разрушени образца 4 редуктор 14 соедин ют с валом 15 и винтом 17. Включают ПВ 13 и смещают Т 5 и опоры 11, 12. Измен соотношение скоростей их смещени , провод т нагруже- ние различных образцов 4. Таким образом, данные режимы полностью воспроизвод т услови работы слоев массива на изгиб. 1 ил. SS (Л /Т/7/ 15 7 9 Б Т со ю со QD 13 1В 70 SThe invention relates to a test technique and allows the test conditions to be brought closer to the real by changing the bending force and the bend span. The installation includes a support frame, fixed on it a fixed yoke (T) with a central support for the sample, movable T. The loading mechanism of the device includes a drive screw placed on T 5, having oppositely directed threads with bushings on them. A rotational drive (SP) 13 is connected to the screw with a gearbox. The end supports for the sample are in the form of rollers and mounted on bushings. When operating in the mode of unloading the sample, the increase in the span of the bend includes the PV 13. The associated T 5 moves to T 2. On the sample 4, a predetermined load occurs, after which the wheel 18 and the screw 6 rotate. The sleeves 9, 10 shift each other. away from each other, along with supports 11 and 12. The bending moment on sample 4 is increased and the sample is destroyed. The destruction characteristics are recorded. When operating in the mode of destruction of sample 4, the gearbox 14 is connected to the shaft 15 and the screw 17. The PV 13 is switched on and the T 5 and the supports 11, 12 are shifted. Changing the ratio of their displacement velocities, the loading of various samples 4 is carried out. Thus, the data modes completely reproduce the conditions of the work of the layers of the array on bending. 1 il. SS (L / T / 7/15 7 9 B T with you with QD 13 1B 70 S

Description

Изобретение относитс к иснытательиой технике, в частности к установкам дл испытани на изгиб образцов горных пород и других материалов.The invention relates to engineering techniques, in particular to installations for testing bending of rock samples and other materials.

Цель изобретени - нриближение условий иснытаний к реальным путем изменени изгибающего усили и пролета изгиба.The purpose of the invention is to reduce the conditions of costs to the real by changing the bending force and the span of the bend.

На чертеже показана схема установки дл испытани на изгиб образцов горных пород.The drawing shows a setup diagram for bending a rock specimen.

Установка содержит опорную раму 1, размещенные в ней неподвижную траверсу 2 с центральной опорой 3 дл испытуемого образца 4 горной породы, подвижную траверсу 5 и нагружающий механизм, включающий приводной винт 6, имеющий на концах нротнвоположно направленные )езьбы 7 и 8 и размецхенный на подвижной траверсе 5, две втулки 9 и 10, установленные на рез1)- бах 7 и 8 винта 6, торцовые опоры 11 и 12 дл образца 4, выполненные в 5иде катков, установленных на втулках 9 и 10, и привод 13 вращени с редуктором 14, св занный посредством вала 15 с приводными 1 айкамк (не показаны) дл перемещени траверсы 5 вдоль винтовых колонн 16 рамы 1 и посредством черв чной пары (винт 17, Ko;ieco 18) с приводным винтом 6. Центральна онора 3 взаимодействует с силовой пружиной 19, поджатие которой регулируетс вннтом 20. Испытуемый образец 4 размещен между упругими обкладками 21.The installation includes a support frame 1, fixed in it a fixed yoke 2 with a central support 3 for the rock sample to be tested 4, a movable yoke 5 and a loading mechanism including a driving screw 6, having opposite ends 7 and 8 and located on the moving yoke 5, two bushings 9 and 10 mounted on rez1) —bang 7 and 8 screws 6, end supports 11 and 12 for sample 4, made in the 5ide of rollers mounted on sleeves 9 and 10, and rotational drive 13 with gear 14; entered through shaft 15 with driven 1 aikamk (not cauldrons) to move the crosshead 5 along the helical columns 16 of frame 1 and through a screw pair (screw 17, Ko; ieco 18) with a driving screw 6. The central gear 3 interacts with a power spring 19, the preload of which is adjusted by an internal 20. Test sample 4 is placed between the resilient plates 21.

Установка работает следуюп.им образом. Дл работы в режиме разгружени образца нутем увеличени пролета изгиба торцовые оноры 11 и 12 в исходном состо нии располагают вблизи черв чного колеса 18, нри этом рассто ние меж.п,у опорами 11 и 12 минимально. Устанавливают образец 4 вмес- те с обкладками 21 между центральной оно- рой 3 и торцовыми опорами 11 и 12 (как показано на чертеже). Редуктор 14 соедин ют с валом 15 вращени приводных гаек и включают привод 13, в результате чего подвижна траверса 5 перемещаетс в направлении к неподвижной траверсе 2. Цо деформации силовой пружины 19 контролируют нагрузку, возникающую на образце 4 на участке между центральной опорой 3 и торцовыми опорами 11 и 12. Величину предельной нагрузки выбирают такой, чтобы изгибающий момент, создаваемый этой нагрузкой при максимальном пролете изгиба, превышал разрущающий момент дл данного образца 4. Разрущающий момент дл данного материала определ ют при наиболь- щем удалении торцовь1х опор 11 и 12 друг от друга. После достижени заданной нагрузки на силовой пружине 19 вал 15 отклю,- чают от редуктора 14 и соедин ют с последним черв чный винт 17. Винт 17 вращает колесо 18 и приводной винт 6. При вращении винта 6 втулки 9 и 10,установленные на резьбах 7 и 8, смещаютс в противоноложных паправлени х. Вместе с втулками 9 и 10 перемендаютс опоры-катки 11 и 12, рассто ние между ними увеличиваетс , что приводит к увеличению изгибающего момента на образце 4. В процесс деформации включаютс повые участки образца 4, прогиб его увеличиваетс . При достижении разрущающего изгибающего момента происходит разруще- ние образца 4. Фиксируют характеристики разрун1ени , предельный прогиб образца 4, рассто ние меж..т.у опорами И и 12 в момент разруц ени и изгибающее усилие в момент разрущени . Следующий опыт провод т при новой начальной нагрузке на силовой пру- жипе 19. Получают разрущение при новом зпачении пролета изгиба. Сери экспериментов с различными нагрузками на силовой 1руж11не 19 позвол ет вы снить вли ние .масьчтабиого эффекта на несущую способность материала. Затем переход т к опытам по вы снению вли ни реологических свойств материа.ла на несущую способность образца. С этой целью повторные опыты провод т при неизменном значении изгибающего усили , но при измен ющихс скорост х перемен;ени опор 11 и 12, что достигаетс изменением скорости вращени приводного винта 6 с помощью привода 13 и редуктора 14. При различных скорост х роста нролета изгиба измен ютс врем пребывани различных частей образца 4 нод нагрузкой , врем релаксации напр жений в мате- )иале и величина де(|зормации ползучести. Два этих реологических процесса из.мен ют несущую способпость материала, степень изменени зависит от уровн нагрузки в материале . Дл этого опыты повтор ют при различных усили х изгиба.The installation works as follows. For work in the mode of unloading the sample, the onors 11 and 12 in the initial state are located near the worm gear 18, the distance between the points, at the supports 11 and 12 is minimal. Sample 4 is installed together with the plates 21 between the central tip 3 and the end supports 11 and 12 (as shown in the drawing). The gearbox 14 is connected to the shaft 15 of rotation of the drive nuts and turn on the actuator 13, as a result of which the mobile yoke 5 moves in the direction towards the fixed yoke 2. The deformation of the power spring 19 controls the load that occurs on the sample 4 in the area between the central support 3 and the end supports 11 and 12. The magnitude of the ultimate load is chosen such that the bending moment created by this load at the maximum span of the bend exceeds the destructive moment for this sample 4. The breaking moment for this material is determined by at the greatest distance away from the supports 11 and 12 from each other. After reaching the specified load on the power spring 19, the shaft 15 is disconnected from the gearbox 14 and the screw screw 17 is connected to the last screw. The screw 17 rotates the wheel 18 and the drive screw 6. When the screw 6 is rotated, the sleeves 9 and 10 mounted on the threads 7 and 8 are shifted in the opposing directions. Together with the sleeves 9 and 10, the support rollers 11 and 12 change, the distance between them increases, which leads to an increase in the bending moment on sample 4. In the deformation process, new parts of sample 4 are included, and the deflection increases. When a destructive bending moment is reached, sample 4 is destroyed. The destructive characteristics, the limiting deflection of sample 4, the distance between legs I and 12 at the time of failure and the bending force at the time of destruction occur. The following experiment was carried out with a new initial load on the power spring 19. Destruction is obtained with a new increase in the span of the bend. A series of experiments with various loads on a power source not on 19 allows to clarify the influence of the mass effect on the load-carrying capacity of the material. Then proceed to experiments to determine the effect of the rheological properties of the material on the sample carrying capacity. For this purpose, repeated experiments are carried out at a constant value of the bending force, but with varying rates of change; supports 11 and 12, which is achieved by changing the speed of rotation of the driving screw 6 with the help of drive 13 and gearbox 14. At various bend growth rates the residence time of various parts of the sample 4 nod load, the stress relaxation time in the material and the amount of deformation (creep) are changed. These two rheological processes change the bearing capacity of the material; Shortcuts in the material. For this, the experiments are repeated at different bending forces.

Дл работы в режиме разрушени образца 4 путем увеличени изгибаюпхего усили катки-опоры 11 и 12 в исходном состо нии раснолагают iia заданном рассто нии друг от друга в масгптабе, повтор ющем ширину пролета моделируемой выработки в щахте. Включают привод 13 и через редуктор 14 вращают вал 15 и неремен ают подвижную траверсу 5 в направлении к неподвижной траверсе 2. В результате деформации силовой пружины 19 на образце 4 по вл етс возрастающее изгибающее усилие, привод щее к росту изгибающего момента до раз- ругиающего. Определ ют параметры разрушени и следующие опыты провод т при новом рассто нии между опорами 11 и 12 дл других образцов горных выработок и нри новых скорост х перемещени подвижной траверсы 5, что отражает изменение скорости нарастани опорного давлени в выработке.For operation in the mode of destruction of sample 4 by increasing the bending forces of the rollers-supports 11 and 12 in the initial state, iia have a predetermined distance from each other in the mastscape, replicating the width of the span of the simulated working in the shaft. The drive 13 is turned on and the shaft 15 is rotated through the gearbox 14 and the movable yoke 5 is not temporarily directed towards the fixed yoke 2. As a result of the deformation of the power spring 19 on the sample 4, an increasing bending force appears leading to an increase in the bending moment to the destructive force. The destruction parameters are determined and the following experiments are carried out at a new distance between supports 11 and 12 for other samples of mine workings and at new speeds of movement of the moving beam 5, which reflects the change in the rate of increase of the reference pressure in the mine.

Дл работы в режиме разрущени об- р-азца 4 путем увеличени пролета изгиба и изгибаюп1его усили детали установки в исFor operation in the mode of destruction of the 4-raztsa 4 by increasing the span of the bend and the bending force of the installation part in

ходном состо нии располагают как показано на чертеже. Редуктор 14 соедин ют одновременно с винтом 17 и валом 15. Величину начального опорного давлени задают предварительной деформацией пружины 19, враща дл этого регулировочный винт 20. Включают привод 13 и одновременно смещают траверсу 5 и опоры 11 и 12. Происходит одновременное увеличение изгибающего усили за счет сближени траверс 5 и 2 и увеличение пролета изгиба за счет увеличени рассто ни между катка.ми-опора- ми 11 и 12. Составл ющие изгибающего момента увеличиваютс пропорционально жесткости нружины 19 в соответствии со скорост ми перемещени траверсы 5 и тор- цовых опор 11 и 12. При повыщении жесткости нружины 19 (при прочих равных услови х ) скорость нарастани изгибающего усили новыщаетс . Измен соотношени скоростей движени траверсы 5 и опор 11 и 12, жесткость пружины 19 и ее начальное поджатие, провод т нагружение различных образцов 4, что соответствует услови м на- гружени слоев массива в кровле или почве выработки при ведении добычных работ при неустойчивой основной кровле.The driving state is arranged as shown in the drawing. The reducer 14 is connected simultaneously with the screw 17 and the shaft 15. The initial reference pressure is predetermined by the deformation of the spring 19, rotating the adjustment screw 20 for this. The actuator 13 is turned on and the yoke 5 and the supports 11 and 12 are simultaneously shifted the convergence of the cross-arms 5 and 2 and the increase in the span of the bend due to the increase in the distance between the roller-supports 11 and 12. The components of the bending moment increase in proportion to the rigidity of the spring 19 in accordance with the speeds of the beams scheni crosshead 5 manager and sales tsovyh bearings 11 and 12 on elevated stiffness nruzhiny 19 (under otherwise equal conditions) slew rate novyschaets bending force. Changing the ratio of the speeds of the traverse 5 and the supports 11 and 12, the stiffness of the spring 19 and its initial preload, the loading of various samples 4 is carried out, which corresponds to the conditions of loading the massif layers in the roof or the soil of the mining during the unstable main roof.

Таким образом, три режима работы установки полностью воспроизвод т услови работы слоев горного массива на изгиб но способам нарастани изгибающего .момента . Полный объем исследований дает представление о несущей способности гор- ных пород в различных горно-технических ситуаци х.Thus, the three modes of operation of the installation completely reproduce the conditions of the operation of the layers of the rock mass in a bend, but in ways of increasing the bending moment. The full scope of research gives an idea of the bearing capacity of rocks in various mining and technical situations.

Обкладки 21 примен ют в случае, когда затруднено перемещение катков-опор 11 и 12 по поверхности образца 4 или когда требуетс воспроизвести услови работы на контакThe plates 21 are used when it is difficult to move the rollers-supports 11 and 12 along the surface of the sample 4 or when it is necessary to reproduce the conditions of work on the contact surface.

00

Q Q

00

5five

те слоев массива. В последнем случае жесткость обкладок 21 и обработка и.х поверхностей , обращенны.х к образцу 4, выбираютс в соответствии с жесткостью вмеп1ающих слоев пород и контактны.ми слови .ми между ними.those layers of the array. In the latter case, the stiffness of the plates 21 and the treatment of the i.x surfaces facing sample 4 are selected in accordance with the stiffness of the interfering layers of rocks and the contact words between them.

Предлагае.ма установка воспроизводит режи.м испытани , состо щий в нагружении образца по трехточечной схеме с увеличением изгибающего усили , и обеспечивает режим испытаний на изгиб, состо щий в увеличении пролета изгиба образца. Последний более точно воспроизводит услови работы горных пород в натуре в зоне ведени добычных работ и характеризуетс постепенным вовлечением в дефор.мацию новых об ь- емов материала.The proposed installation reproduces the test mode, consisting in loading the sample according to the three-point scheme with increasing bending force, and provides a test mode for bending, which consists in increasing the span of the sample bend. The latter more accurately reproduces the conditions of operation of rocks in nature in the mining area and is characterized by the gradual involvement of new material volumes in the deformation.

Claims

Invention Formula

A unit for testing specimens in bending, containing a support frame, a fixed traverse mounted on it with a central support for the specimen, a movable traverse, end supports for the specimen and a loading mechanism, including a drive screw having opposite ends of threads, two bushings installed at the threaded ends of the screw, and the rotational drive with the gearbox, associated with the driving screw, therefore. that, in order to approximate the test conditions to real by changing the bending force and the bend span, the end supports for the sample are made in the form of rollers mounted on the hub of the drive screw, the drive screw is placed on the movable cross member, and the movable cross member is connected to the drive of the rotary screw.