Стенд для моделирования горного давления при упрочнении модели горных пород анкером

 

Изобретение относится к устройствам для лабораторных исследований Мроцесса упрочнения углеродных массивов анкерами. Цель изобретения - повышение досто-'верности моделирования. Стенд для моделирования горного давления при упрочнении модели горных пород анкером содержит модель упрочненного горного массива, эквивалентный материал и механизм нагружения. Модель упрочненного горного массива снабжена вертикальными состыковочными трубчатыми верхней подвижной, нижней неподвижной секциями, которые укреплены анкером и установлены по контуру эквивалентного материала. П|эи этом верхняя секция выполнена с возможностью смещения относительно нижней секции вдоль их стыка, который расположен под углом к оси анкера. Механизм нагружения выполнен в виде двух гидроцилиндров, корпус его соединен с неподвижной секцией, а его шток с подвижной секцией. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.СОс

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Е 21 С 39/00

ГОСУДАР СТ В Е ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4784941/03 (22) 23,01.90 (46) 23.02.92. Бюл. М 7 (71) Институт горного дела им.А.А.Скочинского (72) Б,Н.Попов-Толмачев и С.А.Логашкин (53) 622.832(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 554408, кл. Е 21 С 39/00, 1971.

Авторское свидетельство СССР

N1335697,,кл. Е 21 С 39/00, 1985. (54) СТЕНД ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ УПРОЧНЕНИИ МОДЕЛИ ГОРНЫХ ПОРОД АНКЕРОМ (57) Изобретение относится к устройствам для лабораторных исследований процесса упрочнения углеродных массивов анкерами, Цель изобретения — повышение достоИзобретение относится к устройствам для лабораторных исследований процесса упрочнения углепородных массивов анкерами.

Известен стенд для моделирования сдвижения горных пород, имеющий подвижную и неподвижную рамы и загрузочный ящик с опускным днищем, в котором подвижная рама снабжена измерительным устройством, а загрузочный ящик, установленный на ней, выполнен с подвижными в вертикальной плоскости передней и задней стенками.

Известен также стенд для моделирования горного давления при упрочнении модели горных пород скрепляющим составом, Ы,, 1714127 А1 верности моделирования. Стенд для моделирования горного давления при упрочнении модели горных пород анкером содержит модель упрочненного горного массива, эквивалентный материал и механизм нагружения.

Модель упрочненного горного массива снабжена вертикальными состыковочными трубчатыми верхней подвижной, нижней неподвижной секциями, которые укреплены анкером и установлены по контуруэквивалентного материала. При этом верхняя секция выполнена с возможностью смещения относительно нижней секции вдоль их стыка, который расположен под углом к оси анкера.

Механизм нагружения выполнен в виде двух гидроцилиндров, корпус его соединен с неподвижной секцией, а его шток с подвижной секцией. 1 з.п.ф-лы, 3 ил. включающий модель трещиноватого горного массива в виде двух плоских элементов из эквивалентного материала с зазором между ними, станину, захваты для плоских элементов, механизм нагружения и узел регистрации деформаций и нагрузки, в котором механизм нагружения выполнен в виде шарнирного четырехзвенника, состоящего из стойки, жестко соединенной со станиной, коромысла, параллельного стойке. двух параллельных балансиров, связанных с захватами для плоских элементов модели, один из балансиров снабжен винтовыми стержнями с подвижными грузами, консольно выступающими во внешние противоположные ,стороны четырехзвенника, и соединен с за1714127 хватом жестко, а другой балансир соединен с захватом с возможностью смещения и жесткой фиксации на нем захвата.

Недостаток известных стендов — низкая достоверность моделирования, так как учет потерь в многошарнирных системах, влияющих на оценку нагружения модели горных пород, зависит от многих труднооцениваемых факторов, таких как точность изготовления отдельных элементов, качества сборки, изменяющееся во времени состояние поверхностей трущихся пар, тип и время использования смазывающих материалов, степень смазывания трущихся поверхностей и т,п. Кроме того, с помощью известных стендов невозможно моделирование горного давления при упрочнении модели горных пород анкером из-за отсутствия дополнительных систем для его наг,ружения., . Целью изобретения является повышение достоверности моделирования.

Поставленная цель достигается тем, что в стенде для моделирования горного давления при упрочнении модели горных пород ан кером, .вкл ючающим модель уп рочнен ного горного массива из эквивалентных материалов и механизм нагружения, модель упрочненного горного массива выполнена в виде вертикальных состыковочных трубчатых секций, заполненных эквивалентным материалом и упрочненных анкером. При этом верхняя секция выполнена подвижной с возмо>кностью смещения относительно нижней неподвижной секции вдоль их стыка, который расположен под углом к оси анкера, причем механизм sыполнен в виде двух гидроцилиндров, один из которых установлен соосно с анкером с возможностью передачи на него осевого усилия, а ось другого расположена в плоскости стыка подвижной и неподвижной секций, при этом корпус гидроцилиндра соединен с неподвижной секцией, а его шток — с подвижной.

Каждый гидроцилиндр механизма нагружения может быть соединен посредством напорной линии с автономным регулируемым насосом, снабженным блоком стабилизации нагружения, выполненным в виде грузорычажной системы с дополнительным гидроцилиндром, поршневая полость которого соединена с. напорной линией автономного насоса, причем рычаг грузорычажной системы с одной. стороны соединен с неподвижной опорой, а с другой — с подвижным грузом и штоком дополнительного гидроцилиндра, при этом в плоскости качания рычага с двух его сторон установлены конечные выключатели для

55 включения и выключения автономного регулируемого насоса..

На фиг.1 изображена принципиальная схема стенда для моделирования горного давления при упрочнении модели горных пород анкером; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 — схема нагружения и вид деформации анкера при моделировании горного давления.

Стенд состоит из модели 1 упрочняющего горного массива из эквивалентных материалов и механизма 2 нагружения.

Модель 12 упрочненного горного массива из эквивалентных материалов выполнена в виде вертикально состыкованных трубчатых секций 3-5, заполненных эквивалентным материалом 6 и упрочненных анкером

7. при этом верхняя секция 5 выполнена подвижной с возможностью смещения относительно нижней неподвижной секции 4 вдоль их стыка 8, который расположен под углом а к оси анкера 7. Для моделирования сдвига слоев массива горных пород подви>кная секция 5 снабжена буртами 9, а неподвижная секция 4 — направляющими 10.

Механизм 2 нагружения выполнен в виде двух 7 гидроцилиндров 11 и 12, один из которых 1 установлен соосно с анкером 7 с возможностью передачи на него осевого усилия, а ось другого 12 расположена в плоскости стыка 8 секций 4 и 5. Корпус 23 гидроцилиндра 11 посредством станины 14 через сферический шарнир 15 соединен с секцией 4, а его шток 16 через тяги 17 соединен с секцией 3. Для контроля смещения конца анкера 7 станина 14 снабжена шкалой 18. Корпус 19 гидроцилиндра 12 через раму 20 соединен с секцией 4, а его шток 21 — с подвижной секцией 5. Для контроля величины смещения секций 5 рама 20 снаб>кена шкалой 22.

Гидроцилиндры 11 и 12 механизма 2 нагружения соединены посредством напорных линий 23 и 24 с автономными регулируемыми насосами 25 и 26, снабженными блоками 27 и 28 стабилизации нагру>кения.

Автономные насосы 25 и 26 всасывающими линиями 29 и 30 соединены с баком 31 для рабочей жидкости. Напорные линии 23 и 24 автономных насосов 25 и 26 снабжены, напорными золотниками 32 и 33, гидрораспределителями 34 и 35 для управления гидроцилиндрами 11 и 12, гидрораспределителями 36 и 37 для переключения напорных линий на слив и манометрами 38 и 39.

Каждый блок 27 и 28 стабилизации нагру>кения выполнен в виде грузорычажной системы 40. с дополнительным гидроцилиндром

41, поршневая полость 42 кото1>ого скоммутирована посредством линии 43(44) с напор1714127

Fd г а (б2 — б2) — ° I.

F 2

С, 2

Р I=Q 1 или1=Р

0 (2) 50

5 ной линией 23(24); Рычаг 45 грузорычажной системы 40 с одной стороны соединен с неподвижной опорой 46, а с другой — с подвижным грузом 47 и штоком 48 дополнительного гидроцилиндра 41. В плоскости 5 качания рычага 45 с двух его сторон установлены конечные выключатели нижний 49 для включения и верхний 50 для выключения соответствующего автономного регулируемого насоса. Рычаг 45 снабжен шкалой 51; 10 проградуированной таким образом, чтобы положение груза 47 показывало усилие на штоке соответствующего гидроцилиндра.., Анкер 7 размещен в шпуре 52, пробуренном в эквивалентном материале 6 и закреплен в 15 нем, например, с помощью твердеющего состава 53.

Стенд работает следующим образом.

Путем изменения положения грузов 47 на рычагах 45 устанавливают режимы моде- 20 лирования осевого усилия на анкер 7 и усилия сдвига горных пород, Положение, груза

47 определяется длиной плеча L рычага 45, значение которой определяется из следующих условий. 25

При работе гидроцилиндра 11(12) штоковой полостью давление в ней всегда одно .и то же с давлением в поршневой полоЧти скоммутированного с ней дополнительного гидроцилиндра 41 30

F P, Л/4 (бч — d ) _#_/4 dz

35 или P F б бц бш где P — усилие на штоке дополнительного гидроцилиндра 41; 40

F — усилие на штоке гидроцилиндра

11(12);

d — диаметр дополнительного гидроцилиндра 41; бч — диаметр гидроцилиндра 11(12); 45 бщ — диаметр шока гидроцилиндра

11(12).

Из условия равновесия рычага 45 где 0 — масса груза 57:

I — длина плеча рычага 45.от его опоры

46 до места контакта со штоком 48 дополни- 55 тельного гидроцилиндра 41;

L — длина плеча рычага 45 от его опоры

46 до центра тяжести груза 47.

После подстановки значения P из (1) в (2) получают формулу для определения положения груза-47

При работе гидроцилиндра 11(12) поршневой полостью йолучают формулу для определения положения груза 47

После установки режимов моделирования включают автономные насосы 25 и 26, с помощью регулировки их подач устанавливают скоростные режимы осевого нагружения анкера 7 и моделирования сдвига горных пород. При работе насосов 25 и 26 рабочая жидкость из бака 31 по всасывающим линиям 29 и 39 поступает в насосы и из них под давлением подается в напорные линии 23 и 24, через которые она поступает в гидроцилиндры 11, 12 и дополнительные гидроцилиндры 41.

Под воздействием рабочей жидкости, поступающей под давлением в гидроцилиндры 11 и 12, осуществляется моделирование горного давления при упрочнении модели горных пород анкером. Рабочая жидкость, поступающая в поршневую полость гидроцилиндра 12, посредством его поршня и . штока смещает подвижную секцию 5 относительно секции 4, при этом моделируется сдвиг горных пород, анкер 7 испытывает на себе поперечные нагрузки. Рабочая жидкость, поступающая в штоковую полость гидроцилиндра 11, посредством его поршня и штока через тяги 17 и секцию 3 моделирует осевое нагружение анкера 7. По мере подачи автономными регулируемыми насосами

25 и 26 рабочей жидкости в напорные линии

23 и 24 давление в них возрастает.

При достижении в каком-либо гидроцилиндре заданного усилия давление рабочей жидкости в соответствующих напорной линии и скоммутированной с ней.поршневой полости 42. дополнительного гидроцилиндра 41 повысится до такого значения, при котором усилие на штоке 48 дополнительного гидроцилиндра 41 преодолеет создаваемый грузом 47 момент на рычаге 45 и начнет его поднимать до тех пор, пока он войдет в контакт с конечным вь ключателем 50 и тем самым не выключит соответствующий насос, После остановки насоса рычаг 45 будет

1714127

55 находится в равновесии, так как момент на рычаге 45, создаваемый грузом 47 будет уравновешиваться реакцией штока 48 на рычаг 45, при этом давление рабочей жидкости в соответствующей напорной линии будет поддерживаться постоянным c floмощью дополнительного гидроцилиндра

41, на шток 48 которого через рычаг 45 передается постоянное усилие от груза 47., Давления в напорных линиях 23 и 24 регистрируются с помощью манометров 38 и 39, а осевое смещение конца анкера 7 и сдвиг подвижной секции 5 относительно секции 4 — с помощью шкал 18 и 22, Если под воздействием гидроцилиндров 11 и 12 произойдет сдвиг подвижной секции 5 или смещение конца:анкера 7, то,в соответствующем гидроцилиндре произойдет смещение его штока, что вызовет падение давления рабочей жидкости в соответствующих напорной линии и скоммутированной с ней поршневой полости 42 дополнительного гидроцилиндра 41, При падении давления в поршневой полости 42 дополнительного гидроцилиндра 41 усилие на штоке 48 также падает, а рычаг 45 выходит из равновесия, при этом он под действием груза 47 опускается, входит в контакт с конечным выключателем 49 и тем cBMblM включает соответствующий насос, который остается включенным до тех пор, пока усилие на штоке соответствующего гидроцилиндра не достигнет установленного режима нагрузки.

Моделирование разных схем нагружения анкера 7 достигается .путем одновременного или последовательного включения автономных насосов 25 и 26, а также путем установки секций 4 и 5, состыкованных под различными углами с i

Для моделирования резкого сброса одной из нагрузок на анкер 7 используют гидрораспределители 36 и 37, при переключении которых напорные линии 23 и 24 коммутируются с баком 31, Формула изобретения

1. Стенд для моделирования горного давления при упрочнении модели горных пород анкером, включающий модель упроч5 ненного горного массива, эквивалентный материал и механизм нагружения, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения достоверности моделирования, модель упрочненного горного массива снабжена вер10 тикальными состыкованными трубчатыми верхней подвижной и нижней неподвижной секциями, которые укреплены анкером и установлены по контуру эквивалентного материала, при этом верхняя секция выполнена

15 с возможностью смещения относительно нижней секции вдоль их стыка, который расположен под углом к оси анкера, причем механизм нагружения выполнен в виде двух гидроцилиндров, один из которых установ20 лен соосно с анкером с возможностью передачи на него осевого усилия, а ось другого расположена в плоскости стыка подвижной и неподвижной секций, при этом корпус гидроцилиндра соединен с неподвижной сек25 цией, а его шток — с подвижной секцией, 2. Стендпо п,1,отл ича ю щи и ся тем, что каждый гидроцилиндр механизма нагру-. жения соединен посредством напорной ли30 нии с автономным регулируемым насосом. снабженным блоком стабилизации нагружения, выполненным в виде грузорычажной системы с дополнительным гидроцилиндром, поршневая полость которого соедине35 на с напорной линией автономного насоса, причем рычаг грузорычажной системы выполнен качающимся и с одной стороны соединен с неподвижной опорой, а с другой он соединен с подвижным грузом и штоком

40 дополнительного гидроцилиндра, при этом в плоскости качания рычага с двух его сторон установлены конечные выключатели для включения и выключения автономного регулируемого насоса, 45

1714127

59 12 19020 Zg

53

17

В

7д 6

73

77

36

52

Л

25 B

Puz. 7

1714127

А--A

1 ф

35 3

Ъ

4 ф

Ъ ф

45 жРЧзка а™ ти ращлиидР 11

Фиг..У

Составитель Л.Савельева

Редактор А.Мотыль Техред М.Моргентал, Корректор Т.Малец

Заказ 670 Тираж Подписное

ВНИИПИ 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