раздел 2
Методы и стенды, используемые
в исследованиях
Для изучения закономерностей прилипания пород и выгрузки влажной породы из
ковша погрузочной машины, а также для исследования ударных буферов
использовались как выпускаемые промышленностью, так и специально созданные для
этих целей экспериментальные стенды. Рассмотрим более подробно их устройство.
2.1. Стенды, используемые для исследования липкости
В большинстве случаев определение сил липкости производится статическими
методами [35, 43, 44] через работу соединения и отрыва, производимых за счет
механических усилий с определенной скоростью.
В процессе загрузки ковша на его внутренних поверхностях формируются области
повышенного давления (рис. 1.1), где при благоприятных условиях происходит
прилипание влажной породы с удельной силой po, а при выгрузке - ее отрыв с
силой FN = poS, где S - площадь отрыва. Кривизна внутренних поверхностей ковша
искажает значения po и FN из-за неодновременности действия сил на разных
участках. Поэтому при моделировании важна центровка усилий, которую можно
обеспечить направляющей со специально созданным плоским штампом, погружаемым в
жестко закрепленную формочку с липкой массой. Соблюдение указанного условия
позволит без усложнений измерить работу отрыва.
При физическом моделировании в качестве рабочего тела использовались такие
горные породы, как сланец песчано-глинистый на глинистом цементе, известняк
песчано-глинистый и глина, крупностью от 0,14 мм до 2,5 мм и влажностью,
соответствующей максимальной липкости, как это показано в табл. 1.2. Было
установлено, что липкость глины соответствует липкости герметика АП-1 после его
разогрева до температуры 200оС и постепенного охлаждения до температуры
окружающей среды, причем такая липкость не изменялась в течение нескольких
суток. Поэтому часть экспериментов проводилась на герметике с контрольными
замерами по глине.
Анализ принципа действия приборов Охотина [43] и Качинского [44] показал, что
для определения параметров липкости можно использовать современный стенд
растяжения-сжатия с небольшой доработкой, которая обеспечит необходимую
центровку приложения усилий.
Стенд растяжения-сжатия (рис. 2.1) представляет собой сваренный из швеллеров
короб 1 с горизонтально расположенной плитой 2, служащей для установки
испытываемых образцов виброизоляторов, направляющих, датчика угла поворота 3,
датчика момента 4 и т.д. На основание крепится рама, состоящая из перекладины 5
и соединенных с нею при помощи болтовых соединений двух стоек 6, которые
крепятся к коробу 1 основания. Гидроцилиндр 7 установлен между перекладиной 5 и
плитой 8, входящей в состав направляющего устройства. В него входят также штоки
9 и перемычка 10. В нижней части перекладины 5 находится панель управления 11
нагрузочным устройством стенда. На плите 8 установлен датчик сил.
Блок-схема измерительного тракта представлена на рис. 2.2. Разрешающая
способность датчика перемещений 0,0023 мм, пределы измерения 0 - 200 мм;
датчика нагрузки - 1,103 Н и 0 - 1500 Н соответственно. Диапазон скоростей
деформации 0,1 - 20 мм/с.
Датчик нагрузки выполнен в виде тензометрического кольца [102]. Тензорезисторы
ПКФ имеют сопротивление 213,07 Ом и соединены по мостовой схеме. Для усиления
сигналов тензодатчиков и питания реостатного датчика перемещения использовался
усилитель постоянного тока типа “Топаз-3-01”. Регистрирующим прибором являлся
двухкоординатный самописец “Эндим 622.01”, который соединялся с реостатным
датчиком и усилителем постоянного тока через специальный коммутатор,
позволяющий подавать на входы X и Y самописца сигналы от разных датчиков.
Рис. 2.1 Стенд растяжения–сжатия
Стенд работает в ручном и автоматическом режимах управления. При автоматическом
режиме пределы скоростей нагружения и разгрузки составляют соответственно 0,34
и 0,18 мм/с. При ручном режиме величину нагрузки можно зафиксировать на
неопределенно большое время.
Рис. 2.2 Блок-схема измерительного тракта
Штамп представляет собой диск диаметром 40 мм и высотой 10 мм. Использовалось
шесть штампов с различной шероховатостью 3 Ј e Ј36 мкм.
Средняя высота неровностей e на штампах и ковшах погрузочных машин определялась
методом измерения глубины профиля, а среднее число неровностей N на площади Sк
- методом отпечатков [103]. Полагая все неровности одинаковыми и имеющими форму
четырехгранных пирамид высотой e, находим полную фактическую площадь контакта
Sф липкой массы с поверхностью штампа или ковша
Учитывая, что номинальная площадь контакта равна сумме площадей оснований
пирамид Sк = SкiN, получим
, (2.1)
где g = N/Sк - плотность неровностей.
Полная фактическая площадь контакта штампов различной шероховатости приведена в
табл. 2.1.
Таблица 2.1
Параметры штампов, используемых при
определении липкости
Средняя высота неровностей профиля e, мкм
Площадь кажущегося (геометрического)
контакта Sк, мм2
Плотность неровностей
g, мм-2
Полная фактическая площадь контакта Sф, мм2
0,82
1256
1,1
1256,002
3,19
1256
3,6
1256,09
7,17
1256
3,4
1256,44
10,13
1256
2,9
1256,75
23,90
1256
3,1
1260,82
35,88
1256
3,3
1266,63
Нагрузка на штамп может передаваться как через цилиндрическую пружину, так и
напрямую от штока гидроцилиндра. Типичные диаграммы нагружения в том и другом
случаях представлены на рис. 2.3,а и 2.3,б соответственно.
а б
Рис. 2.3 Диаграммы нагружения на стенде растяжения - сжатия
При необходимости получить зависимость силы отрыва от времени в измерительную
систему включался самописец уровня 02060, имеющий временную развертку, которая
подавалась на вход X самописца. Датчик перемещений в этом случае исключался из
цепи. Характерн