SU1375995A1 - Method and apparatus for determining rock hardness - Google Patents
Method and apparatus for determining rock hardness Download PDFInfo
- Publication number
- SU1375995A1 SU1375995A1 SU843688924A SU3688924A SU1375995A1 SU 1375995 A1 SU1375995 A1 SU 1375995A1 SU 843688924 A SU843688924 A SU 843688924A SU 3688924 A SU3688924 A SU 3688924A SU 1375995 A1 SU1375995 A1 SU 1375995A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- sample
- hardness
- cutter
- disk
- rock
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к технике измерений механических свойств материалов . Цель изобретени - повышение точности определени твердости и информативности . Дл этого воздействуют на поверхность образца горной да 5%5 породы резцом из материала с большей твердостью, чем твердость поверхности образца. Образец вращают с посто нной скоростью вокруг оси, перпендикул рной его гладкой поверхности. Измер ют амплитудные и частотные параметры колебаний резца, взаимодействующего с образцом по линии окружности , с заданным радиусом в режиме повтор ющегос поверхностного микроразрушени . По- полученным параметрам суд т о твердости горных пород. Устр- во дл осуществлени данного способа содержит основание 1, на котором установлен массивный диск 3 с электроприводом вращени 5. На диске 3 размещено приспособление 7 дл закреплени образца горной породы, закрепленной на основании телескопической стойки 14 со, шкалой 33 угловых величин . Со стойкой 14 посредством шарнира 13 св зан держатель 12 резца 10. . Дл исключени биений при вращений образца устр-во имеет механизм нивелировани . Дл прив зки положени раз- 28 2J 12 .16 «о (Л оо ел со о елThe invention relates to a technique for measuring the mechanical properties of materials. The purpose of the invention is to improve the accuracy of determining the hardness and informativeness. For this, the surface of the rock sample and 5% 5 rock is affected with a cutter of a material with a greater hardness than the surface hardness of the sample. The sample is rotated at a constant speed around an axis perpendicular to its smooth surface. The amplitude and frequency parameters of oscillations of the cutter interacting with the sample along the circumference line are measured with a given radius in the mode of repeated surface microfracture. The parameters obtained judge the hardness of the rocks. A device for carrying out this method comprises a base 1 on which a massive disk 3 with rotational drive 5 is mounted. On disk 3 there is a device 7 for securing a rock sample fixed on the base of the telescopic rack 14 with a scale of 33 angular values. With the rack 14 by means of a hinge 13 is connected holder 12 of the cutter 10.. To eliminate beatings during sample rotations, the device has a leveling mechanism. For anchoring the position of the section 28 2J 12 .16 "o (L oo ate with
Description
ных по твердости участков поверхности образца с носителем информации устройства на основании 1 установлены фоторезистор 24 и осветитель 25, раз1375995on the basis of 1, a photoresistor 24 and an illuminator 25 are installed, times 1375995
мещенный в затемненной камере 26 и отделенный от фоторезистора кольцевым выступом диска 3 с радиальным ок-- - ном 27. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.placed in a darkened chamber 26 and separated from the photoresistor by an annular protrusion of a disk 3 with a radial window 27. 27 s. and 2 z. p. f-ly, 4 ill.
1one
Изобретение относитс к технике измерений механических свойств материалов , а именно к определению твердости горных пород, параметры по твердости используют дл выбора оптимальных режимов бурени скважин при проектировании способов их проходки, а также к определению твердости материалов , примен емьк в машиностроении и приборостроении.The invention relates to a technique for measuring the mechanical properties of materials, namely, to determine the hardness of rocks, hardness parameters are used to select the optimal modes of drilling wells in designing methods of their penetration, as well as to determine the hardness of materials used in engineering and instrument making.
Цель изобретени - повышение точности определени твердости и информативности , а также исключение биений при вращении образца.The purpose of the invention is to improve the accuracy of determining the hardness and informativity, as well as the exclusion of beats during the rotation of the sample.
На фиг. 1 изображено устройство дл осуществлени способа, вид сбоку с частичным разрезом; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - график усредн-енных амплитудных характеристик вибросигналов, записанных с образцов горных пород разной твердости; на фиг, 4 - амплитудна характеристика вибросигналов, совмещенна с разверткой следа взаимодействи резца за один оборот образца.FIG. 1 shows a device for carrying out the method, a side view with a partial cut; in fig. 2 - the same, top view; in fig. 3 is a graph of averaged amplitude characteristics of vibration signals recorded from rock samples of different hardness; Fig. 4 shows the amplitude characteristic of the vibrosignals combined with the scanning of the trace of the interaction of the cutter in one turn of the sample.
Устройство состоит из основани 1, на котором в опоре 2 установлен массивный кольцевой диск 3, вращаемый через фрикционную передачу 4 электродвигателем 5. С диском 3 с помощью шаровых шарниров 6 св зано приспособление 7 дл закреплени испытуемьк образцов 8 горной породы.The device consists of a base 1, on which support 2 has a massive annular disk 3 rotated through friction gear 4 by an electric motor 5. A disk 7 is connected with a ball joint 6 by means of a fixture 7 for securing test specimens 8 of rock.
С гладкой поверхностью 9 образца 8 взаимодействуетрезец 10 из материала с большей твердостью, твердость поверхности образца, жестко св занный с пьезоэлементом 11, преоб- разующим механические колебани в электрические сигналы (вибросигналы) Резец 10 И пьезоэлемент 11 закреплены на держателе 12, которьй с помощью шарнира 13 соединен с телескопической стойкой 14. Положение держател в вертикальной плоскости регулируетс The cutter 10 of a material with greater hardness, the hardness of the sample surface, rigidly connected with the piezoelectric element 11, which converts mechanical vibrations into electrical signals (vibrations), and the piezoelectric element 11 are fixed to the holder 12, which is hinged 13 is connected to the telescopic stand 14. The position of the holder in the vertical plane is adjustable
и фиксируетс винтом 15. Требуемое усилие на резец 10 достигаетс перемещением на держателе 12 противовеса 16.and is fixed with a screw 15. The required force on the cutter 10 is achieved by moving the holder 12 of the counterweight 16.
Дл исключени биений поверхности 9 образца 8 при его вращении устройство снабжено механизмом нивелировани , который состоит из трех винтов 17 и гаек 18, размещенных соответственно в отверсти х 19 и углублени х 20 корпуса приспособлени 7,.а также уровн 21, жестко св занного с держателем 12. Винты 17 имеют продольные пазы 22, фиксированные штифтами 23. Синхронизаци вращени образца с носителем информации (не показан) осуществл етс с помощью фоторезистора 24 и осветител 25, размещённого в затемненной камере 26, разделенных кольцевым выступом диска 3 с радиальным окном 27.To eliminate the beating of the surface 9 of the sample 8 as it rotates, the device is equipped with a leveling mechanism, which consists of three screws 17 and nuts 18 placed respectively in the holes 19 and the recesses 20 of the housing 7, as well as level 21, rigidly connected to the holder 12. Screws 17 have longitudinal grooves 22 fixed by pins 23. Sample rotation is synchronized with a data carrier (not shown) using a photoresistor 24 and an illuminator 25 placed in a darkened chamber 26, separated by an annular protrusion disk a 3 with a radial window 27.
-Положение резца 10 на. держателе 12 фиксируетс винтом 28. Испытуемый образец 8 закрепл етс в приспособлении 7 зажимами 29, радиальное перемещение которых осуществл етс винтами 30. I-The position of the cutter 10 on. the holder 12 is fixed by a screw 28. The test sample 8 is fixed in the fixture 7 by clamps 29, the radial movement of which is carried out by screws 30. I
Угол поворота р держател 12Angle of rotation p holder 12
(фиг. 2) относительно центра 31 вращени образца 8 контролирует-с стрелкой 32 на градусной шкале 33 угловых перемещений. Величина угла jB определ етс требуемой скоростью взаимодействи образца 8 с резцом 10. .(Fig. 2) relative to the center of rotation 31 of the sample 8 is controlled by an arrow 32 on a degree scale of 33 angular displacements. The angle jB is determined by the required speed of interaction of the sample 8 with the cutter 10..
С целью прив зки положени разных по твердости участков поверхности образца с носителем информации устройство снабжено фоторезистором и осветителем, разделенными кольцевым выступом диска с радиальным окном, причем осветитель размещен в кольцевой затемненной камере, а фоторезистор электрически св зан с преобразователем меток регистрирующего прибора .For the purpose of binding the positions of differently hard areas of the sample surface with the information carrier, the device is equipped with a photoresistor and illuminator, separated by an annular protrusion of a disk with a radial window, the illuminator being placed in an annular darkened chamber, and the photoresistor is electrically connected with the transducer of the recorder tags.
Способ осуществл ют следующим образом .The method is carried out as follows.
После закреплени образца 8 в приспособлении 7 поверхность 9 совмещают с плоскостью горизонта. Дл этой цели поворотом гаек 18 добиваютс горизонтального положени держател 12 в точках 34 - 36, расположенных под углом 120° на окружности выбран- ного радиуса 37. Затем устройство клеммами 38 электродвигател 5 подсоедин ют к электросети (выключателем 39 замыкают электродвигатель 5), образец вращают с посто нной ског- ростью вокруг оси, перпендикул рной его гладкой поверхности, измер ют амплитудные и(или) частотные параметры колебаний резца, взаимодействующего с образцом 8 по линии окружности с заданным радиусом в режиме повтор р ющегос поверхностного микроразрушени . В процессе взаимодействи с образцом 8 при его вращении резец 10 совершает преимущественно нормальные колебани , которые после преобразовани пьезоэлементом 11 в электрические сигналы подаютс через клеммы 40 на предварительньш усилитель 41 и далее через анализатор спектра (или полосовой фильтр) 42 на вход регистрирующего прибора 43. С предварительного усилител 41 вибросигналы подаютс также на частотомер 44. Фоторезисторы 24 через клеммы 45 соедин ют с преобразователем меток регист- рирующего прибора 43.After securing sample 8 in tool 7, surface 9 is aligned with the plane of the horizon. For this purpose, by turning the nuts 18, the holder 12 is horizontally positioned at points 34-36 at an angle of 120 ° on the circumference of a selected radius 37. Then the device is connected to the power grid by means of the terminals 38 of the electric motor 5 and the sample is rotated with constant scattering around an axis perpendicular to its smooth surface, the amplitude and (or) frequency parameters of oscillations of the tool interacting with sample 8 along a circumference line with a given radius in the repetition mode are measured. superficially microfracture. In the process of interaction with the sample 8 during its rotation, the cutter 10 performs predominantly normal vibrations, which, after being converted by the piezoelectric element 11 into electrical signals, are fed through terminals 40 to a preamplifier 41 and then through a spectrum analyzer (or band pass filter) 42 to the input of a recording device 43. The preamplifier 41 vibration signals are also fed to the frequency meter 44. The photoresistors 24 are connected via terminals 45 to the marker converter of the recording device 43.
.Пример. Определ ют твердость образцов горных пород и металлических дисков на устройстве габаритами 0,41х хО,33x0,36 м и массой 15 кг..Example. The hardness of samples of rocks and metal disks on the device with dimensions of 0.41 x X0, 33x0.36 m and a mass of 15 kg is determined.
Испытани провод т при следующих параметрах и режимах:The tests are carried out with the following parameters and modes:
Диаметр испытуемыхThe diameter of the subjects
образцов, м О,022...0,1 Диапазон определени твердости. Па(70-550)х10samples, m O, 022 ... 0.1 Range of hardness determination. Pa (70-550) x10
Статическое уси-Static
лие на резец, кгс О,06...О,250 Скорость вращени образца, об/мин (рад/с)3,5...40line per cutter, kgf O, 06 ... O, 250 Sample rotation speed, rpm (rad / s) 3.5 ... 40
(О,36...4,18) Скорость перемещени образца относительно резца, м/сО,004...О,18(O, 36 ... 4.18) Sample movement speed relative to the cutter, m / sO, 004 ... O, 18
Q 5 0 5 Q Q 5 0 5 Q
00
Радиус взаимодействи резца с об-, разцом, м 0,015...0,045 Посто нна времени измерени 0,3...3,0 Получают (фиг. 3) усредненные амплитудные параметры вибросигналов дл известн ка 46, гранита 47 и железистого кварцита 48. Аналогичные характеристики получены дл металлов разной твердости.Radius of interaction of a cutter with a sample, sample, m 0.015 ... 0.045 Measuring time constant 0.3 ... 3.0 Get (Fig. 3) averaged amplitude parameters of vibration signals for limestone 46, granite 47 and ferruginous quartzite 48. Similar characteristics are obtained for metals of different hardness.
Анализ приведенного графита показывает , что уже при времени взаимодействи не более 20...40 с наступает стабилизаци измер емых значений вибросигналов , которые существенно отличаютс по уровню дл горных пород разной твердости.The analysis of graphite shows that already with an interaction time of no more than 20 ... 40 s, stabilization of measured values of vibration signals occurs, which significantly differ in the level of rocks of different hardness.
Дл определени твердости в единицах приложенного усили на заданную площадь штампа используют график или уравнение коррел ционной св зи между амплитудой и(или) частотой колебаний резца 10 с твердостью исследуемого материала.To determine the hardness in terms of the force applied to a given die area, a graph or correlation equation is used between the amplitude and (or) oscillation frequency of the cutter 10 with the hardness of the material under study.
При количественной оценке распределени твердых и м гких включений в горной породе на единицу пути взаимодействи резца с образцом, уменьшают скорость его вращени и посто нную времени измерени , а также повышают чувствительность регистрации амплитуды вибросигнала. Дл этого положение радиального окна 27 (фиг.2) совмещают с характерной точкой а, обусловленной неоднородностью горной породы по твердости, с помощью винта 30 ослабл ют зажим образца 8 и поворачивают его до тех пор, пока точка а будет находитьс на одной пр мой , соедин ющей центр 31 вращени с радиальным окном 27.When quantifying the distribution of hard and soft inclusions in the rock per unit path of interaction between the cutter and the sample, its rotational speed and measurement time constant are reduced, as well as the sensitivity of vibration amplitude detection is increased. For this, the position of the radial window 27 (Fig. 2) is aligned with the characteristic point a, due to the hardness of the rock in terms of hardness, using screw 30 to loosen the clamp of sample 8 and rotate it until point a is on the same straight line connecting the center of rotation 31 with a radial window 27.
Амплитудна характеристика 49 виб- росигналов (фиг. 4) совмещена с раз- ; верткой длины окружности следа взаимодействи резца 10 радиусом 37 за один оборот образца 8.The amplitude characteristic 49 of the vibration signals (FIG. 4) is combined with a different; twisting the circumference of the track of the interaction of the cutter 10 with a radius of 37 for one revolution of the sample 8.
II
Анализ распределени амплитуды вибросигналов показывает, что кварц твердостью 200x10 Па (204 кг/ммО составл ет 0,3 длины окружности следа взаимодействи и 0,7 сланец твердостью 38x10 Па (39 кгс/мм). Измер амплитуду вибросигнала на разных радиусах взаимодействи , получают параметры«распределени твердых и м гких включений по всей поверхности исследуемого образца горной породы.An analysis of the amplitude distribution of vibration signals shows that quartz with a hardness of 200x10 Pa (204 kg / mmO is 0.3 times the circumference of the interaction trace and 0.7 shale with a hardness of 38x10 Pa (39 kgf / mm). The measured amplitude of the vibrosignal at different interaction radii, parameters are obtained “The distribution of hard and soft inclusions over the entire surface of the rock sample under investigation.
Использование способа и устройства дл его осуществлени , кроме по- вьшени точности и разрешающей способности определени твердости горных пород, позвол ет увеличивать в 5...to раз объем получаемой информации единичного измерени (за один оборот образца) относительно статического метода вдавливани штампа; сокращать затраты времени и расход режущего инструмента на подготовку образцов к испытани м примерно в два раза (за с чет возможности определени твердости на образцах с одной гладкой поверхностью); определ ть твердость слоистых пород на образцах кернов малого диаметра 0,022. . .0,05 м без их разрушени , оценивать степень неоднородности горных пород, т.е. относительное количество твердых и м гких включений, а также определ ть твердость в динамическом режиме, что в отличие от статического метода вдавливани штампа в большей степени отражает реальный процесс бурени скважины..The use of the method and device for its implementation, in addition to increasing the accuracy and resolution of determining the hardness of rocks, allows increasing by 5 ... to times the amount of information obtained by a single measurement (per sample turn) relative to the static punching method; reduce the time and expense of cutting tools for the preparation of samples for testing by about two times (due to the possibility of determining the hardness on samples with one smooth surface); Determine the hardness of layered rocks on small diameter core samples of 0.022. . .0.05 m without their destruction, assess the degree of heterogeneity of rocks, i.e. the relative amount of hard and soft inclusions, as well as the determination of hardness in a dynamic mode, which, in contrast to the static method of indentation of a punch, largely reflects the actual process of drilling a well.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU843688924A SU1375995A1 (en) | 1984-01-04 | 1984-01-04 | Method and apparatus for determining rock hardness |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU843688924A SU1375995A1 (en) | 1984-01-04 | 1984-01-04 | Method and apparatus for determining rock hardness |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1375995A1 true SU1375995A1 (en) | 1988-02-23 |
Family
ID=21099130
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU843688924A SU1375995A1 (en) | 1984-01-04 | 1984-01-04 | Method and apparatus for determining rock hardness |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1375995A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2679929C1 (en) * | 2018-01-19 | 2019-02-14 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Materials sclerometric research method for the micro-structure parameters changing and device for its implementation |
-
1984
- 1984-01-04 SU SU843688924A patent/SU1375995A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР № 503173, кл. G 01 N 29/00, 1974. Авторское свидетельство СССР № 513308, кл. G 01 N 29/00, 1975. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2679929C1 (en) * | 2018-01-19 | 2019-02-14 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Materials sclerometric research method for the micro-structure parameters changing and device for its implementation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0545728B1 (en) | Dynamic shear rheometer and method for its use | |
US6041656A (en) | Transducer for measuring acoustic emission events | |
JP3494992B2 (en) | Measurement of sound velocity of gas | |
US6173613B1 (en) | Measuring crack growth by acoustic emission | |
US5719337A (en) | In-plane ultrasonic velocity measurement of longitudinal and shear waves in the machine direction with transducers in rotating wheels | |
EP0334793A2 (en) | Transducer assemblage for hand-held vibration meters | |
Transchel et al. | Effective dynamometer for measuring high dynamic process force signals in micro machining operations | |
NO850877L (en) | PROCEDURE AND DEVICE FOR TESTING EARTH | |
US4233849A (en) | Method for measuring the fatigue of a test-piece subjected to mechanical stress | |
CA1249664A (en) | Apparatus and method for testing wooden poles | |
SU1375995A1 (en) | Method and apparatus for determining rock hardness | |
RU2147737C1 (en) | Gear for test of materials | |
Whaley et al. | Continuous measurement of material damping during fatigue tests | |
Tiwari et al. | Experimental study of a rotor supported by deep groove ball bearing | |
Gautschi | Cutting forces in machining and their routine measurement with multi-component piezo-electric force transducers | |
JPS6336131A (en) | Method and instrument for measuring s wave speed using large-sized three-axial cell | |
RU2164676C1 (en) | Plant for diagnosis of bearing capacity of surface layers of article | |
CN213181252U (en) | Diamond micropowder Raman spectrum analyzer | |
US2672046A (en) | Apparatus for testing the wear and abrasion resistance of materials | |
RU2115906C1 (en) | Bed for nondestructive test of drive belts | |
US3540269A (en) | Grinding wheel tester | |
SU1557320A1 (en) | Ultrasonic mine probe | |
SU853485A1 (en) | Method and specimen for investigation of friction and wear | |
SU565780A1 (en) | Testing stand for studying deep bore machining process | |
Lee | Resonance apparatus for damping measurements |