Відцентровий стенд для випробування на розтягання зразків крихких гірських порід та інших крихких матеріалів

1. Відцентровий стенд для випробування на розтягання зразків крихких гірських порід та інших крихких матеріалів, що включає вертикальний вал в підшипниках, який несе обертову платформу з касетою та випробовуваним зразком одним чи кількома, розташовану в вакуумній камері, привід обертання платформи, обмежувач амплітуди та демпфер коливань обертової платформи, систе 3 також є масивна станина, змонтована на ній обертова платформа з приводом її обертання і пристрій для монтажу і навантажування тільки одного зразка через обойми навантажувального пристрою. Недоліки найближчого аналога: передача навантаження на зразок крихкої породи може виконуватись також тільки через спеціальні захоплювальні пристрої, що значно ускладнює підготовку зразка до випробувань; при руйнуванні зразка також має місце порушення її балансування обертової системи установки і поява додаткових навантажень елементів конструкції платформи. Надійність в роботі такої установки також недостатня. Очевидно, що обидва аналоги мають недоліки, викликані навантажувальними пристроями: а) ускладнення підготовки зразка до випробувань з метою наближення його навантаження інерційними силами спеціальних вантажів через захоплювальні пристрої до осесиметричного; б) втрата стану динамічної збалансованості елементів конструкції ротора при неосесиметричному руйнуванні зразка. В основу створення корисної моделі поставлено задачу удосконалення конструкції розгінного стенду шляхом впровадження: а) конструкції зразка, котрий має незмінну по всій довжині найпростішу з точки зору можливості виготовлення з крихкого матеріалу форму поперечного перерізу у вигляді круга, квадрата, прямокутника або іншого багатогранника з незмінною площею по всій довжині чи змінною по одному і тому ж закону симетрично на кожній з половин довжини зразка; б) беззахоплювальних технологій навантаження зразків крихких матеріалів тільки інерційними силами власних мас при обертанні зразка, коли центр його мас знаходиться на осі обертання ротора стенда і поздовжня вісь перпендикулярна осі обертання ротора; в) конструкції ротора, котра здатна до самобалансування за рахунок підвішування обертової платформи з касетами для зразків і досліджуваними зразками до несучого вала стенда за допомогою сферичних шарнірів по схемі гіроскопічного маятника, близького по параметрам до незбурюваного. Запропоноване удосконалення конструкції забезпечує можливість отримання такого технічного результату: відсутність пружного опору роторної системи при зміні положення обертових елементів конструкції ротора відносно вертикальної осі обертання, викликаної появою дисбалансу; відсутність пружних коливань елементів конструкції роторної системи внаслідок відсутності пружного опору при появі переміщень обертової платформи; відсутність втоми елементів конструкції несучого вала та втомного руйнування внаслідок відсутності пружних коливань, що забезпечує підвищення надійності розгінного стенду. Суть корисної моделі пояснюється кресленням Фіг.1, на котрому представлене схематичне зо 52493 4 браження запропонованої конструкції розгінного стенду. На масивній основі 1 закріплена нижня кришка 2 і корпус циліндричної вакуумної камери 3 з верхньою кришкою 4. Зверху на кришці закріплені корпус 5 підшипників валу обертової платформи для монтажу касет з випробовуваними зразками (а при необхідності - і мультиплікатор 6 частоти обертання платформи), та привідний електродвигун 7. На корпусі двигуна змонтовані датчики тахометрів ротора двигуна - основного 8 і резервного 9. Подача мастила для змащування підшипників і зубчатих передач мультиплікатора та підшипників вала забезпечується насосом 10. Нижній кінець несучого вала 11 через верхній шарнір 12 з’єднується з маятниковим валом 13, до котрого через нижній шарнір 14 підвішена обертова платформа 15 з касетою 16 та установленим в ній досліджуваним зразком 17. Підвісна частина конструкції ротора в складі нижнього шарніру 14, платформи 15, касети 16 та зразка 17 являється гіроскопічним маятником. Його розміри і розподіл мас визначаються на основі вивчення масово-геометричних характеристик деталей та їх корегування з метою забезпечення незбурюваності маятника і узгодження з характеристиками всієї конструкції. Розглядуваний гіроскопічний маятник в складі описаної конструкції має здатність в процесі роботи слідкувати за станом балансування ротора і при спрацюванні факторів, що порушують балансування, за рахунок шарнірів автоматично змінювати положення осі обертання ротора і зберігати стан його збалансованості. Можливі коливання обертової платформи в період пуску установки та при руйнуванні зразка обмежуються і гасяться обмежувачем-демпфером 18. Електричні сигнали про стан зразка (зруйнований чи не зруйнований) передаються оператору на пульт керування через струмознімач 19, з’єднаний з обертовою платформою гнучким кабелем 20. Якщо опір повітря при обертанні платформи в герметично закритій камері створює помітні перешкоди, вакуумний насос 21 забезпечує розрідження, що відповідає висоті ртутного стовпчика 1-2мм. Перед початком досліджень в касету замість зразка ставиться його масово-геометрична модель, перевіряється стійкість руху ротора в очікуваному діапазоні швидкостей в збалансованому та штучно розбалансованому станах і при необхідності корегуються параметри ротора корегуються. Укріпимо на поверхні обертової платформи вздовж однієї з її центральних осей підготовлений до випробування в касеті зразок крихкої гірської породи довжиною 1=2r1 (Фіг.2) і постійною площею перетину, що має форму квадрата чи прямокутника або круга з симетричним відносно осі обертання і поздовжньої центральної осі розподілом мас. Центр тяжіння зразка знаходиться на осі обертання платформи, поздовжня вісь симетрії зразка паралельна центральній осі поверхні обертової платформи і знаходиться в площині обертання. Відцентрові сили двох однакових по масам половин обертового зразка гірської породи викликають його розтягування відносно центрального 5 52493 перерізу, в якому знаходиться центр тяжіння зразка. У зразків з поздовжньою віссю, яка ортогональна осі обертання і їх згин в полі відцентрових сил виключений, напруги по любому поперечному перетині F(r), викликані відповідними відцентровими силами С(r) частин зразка, повинні розподілятися по перетину практично рівномірно. Їх велична r1 r F(r )dr C(r ) 2 0 (3) (r ) F(r ) F(r ) Очевидно, що напруження розтягу визначаються тільки законом розподілу площ перетинів вздовж осі зразка і не залежать від абсолютної величини площі перетину. У випадку, коли зразок має постійні площі перетинів вздовж осі, тобто F(r ) const напруження розтягу відцентровою силою в довільному перетині на радіусі r (r ) C(r ) F(r ) 2 r12 r2 2 (4) Комп’ютерна верстка А. Рябко 6 В центральному перетині, де r=0, a r1=1 вони є максимальними і здатні викликати руйнування зразка r12 (5) 2 Знаючи координату зруйнованого перерізу зразка, густину його матеріалу і значення зафіксованої при руйнуванні кутової швидкості по наведеним формулам визначаємо значення руйнуючих нормальних напружень. Слід зауважити, що нормальні напруження, які діють перпендикулярно до осі зразка практично не впливають на його міцність. Література: 1. Шатенко О.М. Механіка гірських порід. Дніпропетровськ: 2002. - 302с. 2. Разрушение. Т.7. Разрушение неметаллов и композитных материалов. Пер. с англ. - М.: Мир, 1976. - 634с., ил. 3. Авторское свидетельство СССР №1693444, кл. G01N3/08, 1991. 4. Авторское свидетельство СССР №1438454, кл. G01N3/08, 1988. (r 0) Підписне 2 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601