Обладнання для визначення фізично-механічних властивостей вологої гірської маси пасько б.і.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК (5DS Е 21 С 39/00, G 01 N 3/32 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКИТ СССР н К АВТОРСКОМУ а к СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 (21)4845866/03 (22) 30.05.90 (46)30.03.92.Бгол.№12 (71) Южный филиал Всесоюзного теплотехнического научно-исследовательского института им.Ф.Э.Дзержинского (72) Б.И.Пасько (53) 622.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1434104, кл. В 21 С 39/00, 1989. Ва/іюнина А.Ф., Корчагина 3 А. Методы исследования физических свойств почв М : Агропромиздат, 1986, с. 121. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЛАЖНОЙ ГОРНОЙ МАССЫ ПАСЬКО Б.И. £57) Изобретение предназначено для определения степени набухания горной массы, усилия прилипания и примерзания горной массы к различным материалам, усилия разрушения смерзшейся горной массы, максимальной влагоемкости и предельной вместимости при заданных значениях насыпного дэ&ленмя на горную массу Цель расширение функциональных возможностей. Устройство содержит поршень 3, яче жявт \ v-% 1723322 истую сетку 8 с указателями 9, диск 11 с грузами 12, к которому подсоединена вгулка 13. Втулка соединена через обводную рамку 14 с гибкой тягой 15, с другого конца которой прикреплен противовес на тарелке 23, под которой установлена регулируемая подставка 24. Гибкая тяга перекинута через блоки 16 из концах рычажной системы 18, шарнирно установленной на штатив со шкалой 20. Рычажная система и гибкая тяга размещены с возможностью фиксации, первая относительно штатива, вторая - рычажной системы. Вместо сетки с определенными размерами ячеек и колосников под поршень может быть установлена пластина с заданной шероуовзтостью Между поршнем, и рамкой может бы гь установлен пресс с индентором воздействующим на пробу 2 через поршень непосредственно через отверстие в поршне или непосредственно без поршня Испытываемую пробу 2 помещают в емкость 1, которая заполнена необходимым количеством жидкости. Емкость снабжена системой 5 для удаления жидкости сверху и пробкой 29 для удаления гравитационной жидкости снизу 3 з п ф-лы, 5 ил. Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения степени набухания горной массы, усилия прилипания и примерзания горной массы к различным материалам, усилия разрушения смерзшейся горной массы, максимальной влзгоемкости и предельной водовместимости при заданных значениях насыпного давления на горную массу. Известны устройства для определения твердости смерзшейся горной массы, налипания пород на рабочие поверхности горного оборудования, при которых определяют влажность исследуемого образца горной массы путем взвешивания до и после сушки, измеряют или рассчитывают силу прижатия горной массы к рабочей поверхности оборудования, затем измеряют или рассчитывают (по формулам) силу отрыва горной массы от рабочей поверхности оборудования. Недостатками таких устройств является влияние неучитываемых при измерениях факторов на точность измерения. Для получения полных сведений об условиях проаедения опыта необходимо проводить дополнительные исследования. Например, различные марки угпей по разному реагируют на продолжительность пребывания в воде. Объем угля может увеличиваться с разной степенью за равные промежутки времена. Время прекращения процесса набуханий также разное. Наиболее близким к предлагаемому является прибор для определения набухания почв и грунтов, в котором капиллярно насыщают исследуемую породу, отметив время заливки воды, а затем фиксируют показания индикатора через определенные промежутки времени до прекращения набухания образца. Прибор состоит из емкости для исследования проб. , индикаторе, закрепленного в скобе и установленного на поршень, а поршень установлен на пробу Недостатком данного прибора является трудность иммитации реальных условий при проведении опытов. Например, различные части горной массы, перевозимой в полувагонах, испытывают разное насыпное давление в зависимости от своего местонахождения по высоте вагона, Использование результатов опыта, проведенного на приборе - прототипе, приводит к большой погрешности. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства. Указанная цель достигается тем, что устройство для определения физико-механических свойств влажной горной массы, содержащее рамку, емкость для размещения исследуемой массы, поршень с отверстиями, систему отвода жидкости и съемный индикатор перемещений, укрепленный на рамке, подвижный измерительный элемент которого контактирует с поршнем, снабжено сеткой с заданным размером ячейки, установленной под поршнем, шкалой шероховатости, неподвижно укрепленной на поршне, указателями перемещений, прикрепленными к сетке и выведенными на шкалу шероховатости через отверстия поршня, диском с грузами, опирающимся на поршень, втулкой с осевым отверстием для подвижного измерительного элемента индикатора перемещений, соединенной с диском, противовесом, обводной рамкой, связанной с противовесом и верхней частях втулки. Кроме того, Б устройстве для определения физико-механических свойств влажной горной массы противовес выполнен в виде штатива со шкалой и арретиром, рычажной системой со стрелкой и блоками, гибкой тяги, размещенной на блоках, тарелки для грузов с подставкой, фиксатором для установки тарелки в верхнем и нижнем положении, 5 10 15 20 25 30 35 40 1723322 при этом тарелка связана гибкой тягой с обводной рамкой, а гибкая тяга снабжена устройством фиксации относительно рычажной системы. Кроме того, устройство снзбжено пла- 5 стиной с заданной шероховатостью, установленной под поршнем. Кроме того, устройство снабжено прессом с индентором, установленным между рамкой и поршнем. 10 Установка под поршень сетки с указателями, выведенными через отверстия в поршне на шкалу шероховатости, неподвижно закрепленной на поршне, позволяет точно определять момент касания сетки, а затем и 15 поршня к поверхности угля, позволяетопределить шероховатость поверхности, величина которой може г доходить до величины самых крупных кускэв угля. Установка на поршень диска с грузами, 20 к которому подсоединена втулка, через осевое отверстие которой проходит подвижный конец индикатора позволяет измерять степень набухания горной массы и одновременно прикладывать необходимое усилие 25 на испытываемый образец, позволяет при определении степени налипания влажной горной массы к материалу обрабатывающих инструментов создавать необходимое усилие. 30 Подсоединение к верхнему торцу втулки обводной рамки, соединенной с противовесом, позволяет компенсировать влияние начального давления на пробу горной массы, возникающее за счет собственного веса 35 поршня, позволяет измерить усилие отрыва пластины из исследуемого материала от поверхности образца при определении степени налипания, намерзания, путем увеличения противовеса вплоть до отрыва 40 пластины. Выполнение противовеса в виде штатива со шкалой и арретиром, рычажной системой с блоками по краям и гибкой тягой, установленной на блоки, снабженной уст- 45 ройством фиксации относительно рычажной системы, позволяет производить необходимые для многофункциональных опытов операции одним устройством, а именно взвешивание поршня в поднятом 50 относительно поверхности пробы положении, при этом гибкая тяга фиксатором жестко соединяется с рычажной системой, создание необходимого усилия противове са на поршень или усилир отрыва пластины 55 от поверхности пробы, при этом рычажная система неподвижно фиксируется арретиром относительно штатива, а гибкая тяга не фиксируется относительно рычажной системы, создание ззданного грузами из диске. 8 установленном на поршне, трйбуемої о давления на пробу, заданного условиями опм та, при этом подставка под тарелку противовеса находится в верхнем положении, Установка под поршень пластины с зеданной шероховатостью позволяет определить усилия налипании, степень когезии, аутогезии, намерзания для различных мзтериалов, из которых изготавливают инструменты для транспортировки или разрушения липкой или мерзлой горной массы. Установка между рамкой и поршнем пресса с индентором позволяет исследовать прочностные свойства замороженной горной массы в зависимости от влажности, температуры, свойств горной массы, при этом имдентор может воздействовать на пробу посредством поршня непосредственно через отверстия в поршне или непосредственно, предварительно сняв поршень. 8 технике известен прибор КачинскогО для определения липкости почвы, в котором за основу взяты технохимические весы, с одной стороны рычага которых закреплен диск, установленный на поверхность пробы, а с другой - подвешена чашка, в которую насыпают песок до отрыва Такое усгройстso дает сбои, погрешности, возникающие при установке диска из-за жесткости тяги и непрерывной связи пробы с системой Ее* сов. 8 предлагаемом устройстве установку, отрыв груза, нагружение и снятие нагрузки можнэ произвести с любой плавностью и требуемым усилием с задаиной точностью за счет наличия не только зрретира, но и гибкой тяги, ее фиксатора, регулируемой подставки под груз противовеса, необходимой манипуляции всей совокупностью элементов устройства. На фиг.1 показано устройство для определения физико-механических свойств влажной горной массы, на фиг.2 - разрез A-A нафиг.1; на фиг.З- фрагмент устройстве с установленной под поршнем пластиной; на фиг 4 - фр&їмент устройства с установленным между рамкой и поршнем прессом с индентором; а - индентор воздействует на пробу посредством поршня, б-непосредственно, через отверстие Б поршне; а - непосредственно с предварительным снятием поршня; на фиг.5 - насыщение пробы влагой капиллярно; НИ фиг.6 - удаление гравитационной воды, путем поворота емкости на угол более 90° для установления максимальной алагоемкости пробы. Устройство содержит емкостьі ДЛИ размещения исслед/емой массы 2, поршень 3 с отверстиями 4, систему 5 для отвода жидко 1723322 8 которых остановились указатели 9, будет равна размеру шероховатости. Причем полезно иметь предварительные сведения о шероховатости, При этом надо исходить из 5 данных визуального контроля и из того, что максимальная шероховатость не может превышать максимального размера кусков горной массы для калибровки.которых материал пробы просеивается через сито. 10 Если стрелки указателей окажутся ка верхней отметке предварительные сведения позволят обосновать необходимость повторной установки поршня, а затем производится установка индикатора. При очень 15 малых заданных нагрузках на пробу, индикатор 7 опускают подвижным концом на поршень до отклонения "точной" стрелки большой шкалы на 1/2 деления, затем закрепляют его корпус в рамке 6. Фиксируют 20 в журнале наблюдений время заливки воды и показания индикатора через определенные промежутки времени до прекращения отклонения индикатора. Затем вычисляют степень набухания и 25 давления набухания. Определить степень набухания можно как при предельной водовместимости (описанный случай), так и при капиллярном поступлении влаги, В этом случае пробу помещают в непромокаемую с 30 боковой поверхности емкость, но с нижней поверхности влага в пробу должна поступать например, через слой фильтровальной бумаги. Воду в емкость заливают ниже верхнего уровня пробы. Высота столба воды 35 определяется сопротивлением фильтровальной бумаги и величиной необходимого по условиям опыта капиллярного давления. Устройство работает следующим обраОпределение максимальной влагоемкозом. сти. Помещают пробу 2 в воду и выдерживаОпределение степени набухания. В максимально поднятом положении при за- 40 ют ее в течение времени, требуемого по фиксированной тяге 15 производят взвешиГОСТу, а затем переворачивают емкость с вание и установку необходимого груза 12 на пробой, открутив верхчие крепежные болпоршень 3. Затем в емкость 1 заливается до ты, и сливают гравитационную воду. При половины высоты пробы 2 вода, после этого малых размерах пробу сливают через пробустанавливается отобранная проба. Зали- 45 ку 29. Пробу взвешивают при закрытом фиквается вода до уровня, на 1/3 превышаюсаторе 22 и отпущенных верхних и нижних щего уровень пробы, устанавливается крепежных болтах емкости 1. затем высушипоршень на пробу путем плавного отпускавают в сушильном шкафу снова взвешивают ния фиксатора 22, при этом сетка 8 нахои вычисляют максимальную влажность. В дится в нижнем положении, что видно по 50 полученное значение вносят поправку на указателю 9. Как только сетка 8 достигается шероховатость поверхности пробы. верхней границы пробы, указатели начнут подниматься по шкале 10 шероховатости. Определение "предельной водовместиДля точной посадки между выступающими мости. Пробу 2 помещают в воду. Регистрикусками угля необходимо пинцетом произ- 55 руют шероховатость и выдерживают до вести 1-3 горизонтальных перемещений полного или частичного набухания. Систесетки 8 с одновременным опусканием пормой 5 для отвода воды отбирают всю воду, шня 3. После остановки поршня 3 средняя находящуюся над поверхностью пробы. Засумма разниц между верхними делениями тем взвешивают пробу при открученных шкалы 10 шероховатости и делениями, на верхних и нижних болтах высушивают, сно сій, рзмку 6, жестко связанную с емкостью 2, и съемный индикатор 7. Под поршень установлена сетка 8, к которой прикреплены указатели 9, выведенные на две симметричные шкалы 10 шероховатости. На поршень 3 установлен диск 11 с грузами 12, к диску подсоединена втулка 13, через которую проходит подвижный конец индикатора 7, к верхнему торцу втулки 13 подсоединена обводная рамка 14, соединенная с гибкой тягой 15, которая установлена на блоки 16 и 17, блоки 16 и 17 закреплены на краях рычажной системы 18, которая установлена на штативе 19. На штативе имеется шкала 20 и арретир 21 для установки рычажной системы 18 в рабочее (арретир опущен) и фиксированное (арретир поднят) положения. Гибкая тяга 15 снабжена устройством фиксации 22 (А-А), с помощью которого можно фиксировать тягу 15 относительно рычажной системы 18. Гибкая тяга 15соединенас тарелкой 23, установленной на подставку 24, снабженной фиксатором 25 для установки тарелки в верхнем и нижнем положениях. При определении усилия налипания, примерзания под поршень устанавливают пластину 26 с заданной шероховатостью, а при определении усилия разрушения смерзшейся горной массы между рамкой 6 и поршнем 3 устанавливают пресс 27 с индентором 28. При этом мндентор может воздействовать на пробу посредством поршня, непосредственно через отверстия э поршне И 1 непосредственно с предварительным Л4 снятием поршня. Для слива жидкости служит пробка 29. 1723322 ва взвешивают и вычисляют влажность, уменьшают ее на часть, находящуюся в слое шероховатости, пропорционально занимаемому обьему слоя. Определение налипания, липкости, влажности горной массы. Приготавливают пробу заданной влажности, помещают на ее поверхность пластину 26 с заданной шероховатостью, создают необходимое давление, (фиксатор 22 тяги отпущен, подставка 24 под тарелку 23 поднята), выдерживают необходимое по условиям опыта время, затем устанавливают на тарелку 23 необходимый груз с заданной скоростью упускают подставку 24 или отпускают тарелку 24 без груза, а затем начинают нагружать тарелку вплоть до отрыва пластины от массы. Определение прочности примерзания пластины к влажной горной массе. Перед отрывом пластины от горной массы производят замораживание ее до требуемой отрицательной температуры. Определение усилия разрушения смерзшейся горной массы. Приготавливают пробу с заданной степенью влажности например, предельной водовместимостью). Замораживают ее в холодильной камере до необходимой отрицательной температуры. Закрепляют пресс 27 с индентором 28 под рамку 6 и создают усилие путем повышения давления в прессе, контролируя е.о по датчику (не показано), регистрируют давление в момент разрушения пробы 2, что видно по обратному броску стрелки датчика в этот момент, При этом разрушение можно производить при иммитации насыпного давления горной массы в реальных условиях. Определение энергетических показателей механических свойств смерзшейся или кусковой горной массы. Отбирают, например, исследованные куски смерзшейся горной массы. Емкость 2 устанавливают на подставку и засыпают в нее требуемое количество кусков угля и измельчают пробу сбрасыванием на нее гири массой 2,4 кг с высоты 0,6 м. Применяя для эгого предлагаемое устройство можно регулировать в широких пределах скорости падения и вес груза, а также исследовать динамику процесса. П р и м е р 1. Необходимо определить ожидаемое максимальное усилие разрушения смерзшегося угля, выгруженного на решетки приемного бункера вагоноопрокидывателя, привезенного в полувагонах, если известно, что состав с углем находился в пути следования от ст.погрузки до ст.выгрузки 6 сут. Из-за обильных стегопадов тщательная очистка вагонов перед загрузкой не производи 10 лась, температура загружаемого угля составила 8°С, температура окружающей среды составила -18°С, начальная влажность угля составила 4% 5 На основании известных дачных вполне определенно можно предположить, что часть снега на дне вагона после загрузки расплавится, з выделившаяся при этом влага, пропитает слой угля на дне вагона до 10 степени, соответствующей предельной водовместимости. Это произойдет потому, что гравитационная влага не успевает вытечь из неплотностей, тэк кэкпри-18°С произойдет быстрое замерзание влаги у стенок вагона. 15 В дальнейшем произойдет промерзание пропитанной водой части горной массы менее чем за 80 ч так как ориентировочная скорость промерзания 0,35 см/ч. Таким образом для определения усилий 20 разрушения необходимо произвести замэчивание полностью покрытой водой пробы угля до предельного набухания с нагрузкой на поршень, обеспечивающим удельное давление на уголь 0,3 кгс/см (насыпное 25 давление на дне вагона). Затем удалить лишнюю воду сверху пробы системой 5. Заморозить при удельном давлении 0,3 кгс/см . Затем со снятым давлением и поршнем разрушить пробу, зарегистрировав 30 усилие, при котором произошло разрушение. Процесс набухания закончился за 16 ч. Усилие разрушения 650 кгс/см 2 . Предельная водовместимость 32%. 35 По полученным результатам можно спланировать процесс разрушения поступающего топлива, оценить время и затраты, необходимые для разгрузки полувагонов, степень балластной составляющей в угле, 40 обеспечить готовность размораживающих устройств, резервных или находящихся в ремонте механизмов. П р и м е р 2. Определяют степень налипания влажного угля на решетку приемного 45 бункера, а также количество запасов высушенного угля для проталкивания влажного через решетку и предотвращения замазывания тракта топливоподачи, если известно, что уголь марки Т отправляется на ГРЭС с 50 начальной влажностью 4%. Температура угля 10°С, температура окружающего воздуха на протяжении всего пути следования (2 сут) 12-15°С. Количество осадков за время пути следования 200 мм. 55 На основании априорных сведений можно сделать следующие предположения: уголь промачивается на глубину не более 1 м, значит влажность угля ш верхнем слое не будет превышать максимальной вдагоемко 11 1723322 сти из-за свободного стока воды в нижние слои Прозодят опыт по определению максимальной влагоемкости без нагрузки на поршень (верхний слой угля) с предельным 5 набуханием, если время процесса набухания не превышает времени в пути следования. Для этого до предельного набухания проба покрыта водой, затем воду удаляют путем переворота емкости 2 на угол более 10 90°. Затем определяют липкость к пластике, выполненной из материала, идентичного материалу решетки приемного бункера единичной площади, измеряя силу, необходимую для ее отделения от горной массы. 15 Определяют также и налипаемость, характеризующуюся количеством горной массы, оставшейся на пластине. Затем определяют влажность, соответствующую максимальной влагоемкости. После этого простым вы20 числением определяют толщину влажного слоя и рассчитывают количество угля, необходимое для доведения влажной массы до сыпучего состояния. Полученные значения: максимальная влагоемкость 26%, толщина пропитанного водой слоя 427 мм, липкость 25 0,018 кгс/см 2 , налипаемость 0,006 кг/см 2 . Так кэк размер ячеек решеток на приемных бункерах 300хЗО0х(50хЮ0), то выгружаемая из вагона вагоноопрокидывателем первой липкая масса сможет удерживать слой сыпу- 30 чей массы по периферии решетки, за счет большей поверхности налипания к боковым поверхностям фундамента вагсноопрокидывателя (1540 кг), а на ячейке - 22 кг. Для восстановления сыпучести необходимо осу- 35 ществить подсушку горной массы до уровня влажности менее 16%. Предварительно зтого можно добиться путем смешивания с углем из нижних слоев вагона. Для этого понадобится слой угля высотой 300 мм. По- 40 этому уголь со стороны потреблять не понадобится. Решетка сможет задержать на своей поверхности более 15 т угля. Таким образом поступающий уголь можно непосредственно выгружать м подавать в тракт 45 толливоподачи, однако необходимо предварительное смешивание нижнего и верхнего слоев угля, чтобы не произошла зашгыбовка и нависание массы на элементах ТОПЛМРОПОдачи. Как показывают наблюдения и расче- 50 ты уже только в приемном узле после выгрузки 5-6 вагонов с таким углем происходит полное замазывание решеток приемного буккера и дальнейшая транспортировки топлива че$®$ ячейки решетки проходит с лрактическую ценнность предлагаемого гофункционального устройства для конкрет 12 ных потребителей угля в зимнее и влажное С помощью устройства можно накопить большое количество статистического материала, который позволит создать необходимые расчетные методики и справочные пособия для расчета затрат на выгрузку топлива. Несмотря H различные условия провеS дения опытов в зависимости от начальных свойств угля и мх изменения при погрузке, транспортировке и выгрузке все элементы устройства используются в определенной последовательности для упреждающего планирования применения тех или иных средств первичного измельчения топлива и оптимизации режимов их работы. Формула изобретения 1. Устройство для определения физикомеханических свойств влажной горной массы, содержащее рзмку, емкость для размещения исследуемой мессы, поршень с отверстиями, систему отвода жидкости и съемный индикатор перемещений, укрепленный на рамке, подвижный измерительный элемент которого контактирует с поршнем, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено сеткой с заданныы размером ячейки, установленной под поршнем, шкалой шероховатости, неподвижно укрепленной на поршне, указателями перемещений, прикрепленными к сетке м выведенными на шкалу шероховатости черезотверстия поршня, диском с грузами, опирающимися на поршень, втулкой с осевым отверстием для подвижного измерительного элемента индикатора перемещений, соединенной с диском, противовесом, обводной рамкой, связанной с противовесом и верхней частью втулки. 2 Устройство поп 1 , о т л и ч а ю щ е е с я тем, что противовес выполнен в виде штатива со шкалой и арретиром, рычажной системой со стрелкой и блоками, гибкой тяги, размещенной на блоках, тарелки для грузов с подставкой, фиксатором для установки тарелки в верхнем и нижнем положениях, при этом тарелка связана гибкой ТЙГОЙ С обаодной рамкой, а гибкая тяга снабжена приспособлением дли фиксации относительно рычажмой системы, 3 Устройство по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ е еся тем, что оно снабжено пластиной с заданшерохоазтостью, установленной под порні Устройство HG п.1, о т л и « з ю щ е е с я тем, что оно снабжено прессом с индентором, установленным между рамкой и пор Jb. 1723322 1723322 Редактор ЮХереда Составитель Б.Пасько Техред М.Моргентал Корректор' Л.Бескид Заказ 1052 Тираж Подписное 8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101