УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРУЖЕНИЯ ГРУППЫ ОБРАЗЦОВ ЦИКЛИЧЕСКИМ ИЗГИБОМ Российский патент 1997 года по МПК G01N3/38 

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для циклических нагружений группы образцов упругих или низкомодульных демпфирующих материалов при повышенных, нормальных и пониженных температурах.

Известно устройство для циклических нагружений партии образцов /1/, содержащее генератор синусоидальных сигналов, средства регистрации температуры и амплитуды колебаний образцов, термокамеру, установленные внутри нее захваты для попарного консольного закрепления образцов свободными концами навстречу один другому и электромагнитный силовозбудитель между свободными концами образцов. Указанное устройство позволяет возбуждать колебания двух консольно закрепленных образцов с помощью отдельного силовозбудителя, который состоит из катушки с сердечником и двух противоположно ориентированных постоянных линейных магнитов, длина которых равна высоте катушки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для циклических нагружений группы образцов /2/. Устройство содержит термокамеру, установленные в ней по окружности захваты для консольного закрепления образцов радиально свободными концами к электромагнитному силовозбудителю, состоящему из двух катушек одинакового диаметра со встречной намоткой и постоянного цилиндрического магнита, установленного между торцами этих катушек. Известное устройство позволяет возбуждать изгибание колебания группы консольно закрепленных образцов с помощью отдельного силовозбудителя.

Известные устройства характеризуются низкой электромагнитной внутренней совместимостью и значительными габаритами силовозбудителя в направлении смещения образцов.

Цель изобретения уменьшение габаритов устройства и повышение внутренней электромагнитной совместимости силовозбудителя и электрических датчиков амплитуды колебаний образцов.

По сравнению с наиболее близким техническим решением заявляемое техническое решение имеет следующие отличительные признаки:
-электромагнитный силовозбудитель снабжен кольцевой ферромагнитной прокладкой между соприкасающимися катушками и двумя дисковыми ферромагнитными обкладками катушек, причем диаметры обкладок и прокладки численно равны диаметру катушек;
-прокладка расположена в плоскости образцов;
-постоянный магнит в виде стержня установлен внутри катушек и равен суммарной длине катушек и прокладки.

Устройство, снабженное ферромагнитными обкладками и прокладкой, обеспечивает сосредоточение силовых линий постоянного и переменного магнитных полей вблизи внешней боковой открытой поверхности катушек и исключает возможность распространения силовых линий магнитных полей внутри термокамеры со стороны других поверхностей силовозбудителя. Предлагаемое решение конструкции электромагнитного силовозбудителя обеспечивает возможность уменьшения габарита устройства по вертикали практически в 2 раза по сравнению с известными техническими решениями при прочих равных условиях. Кроме того, в предлагаемой конструкции устройства размах колебания образцов вдоль оси силовозбудителя неограничен какими бы то ни было элементами конструкции.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется на чертежах:
фиг.1 схема устройства для нагружения группы образцов циклическим изгибом (центральное сечение);
фиг.2 конструкция электромагнитного силовозбудителя;
фиг.3 схема работы устройства.

На чертежах обозначено:
1-термокамера; 2 основание из немагнитного материала; 3 и 4 захваты; 5 и 6 образцы испытываемого материала; 7 и 8 датчики колебаний образцов; 9 электромагнитный силовозбудитель; 10 немагнитная опора силовозбудителя; 11 электрическая обмотка 1-ой катушки в прямом направлении; 12 электрическая обмотка 2-ой катушки в обратном направлении; 13 и 14 диэлектрические немагнитные каркасы 1-ой и 2-ой катушек; 15 ферромагнитная прокладка; 16 - 1-ая ферромагнитная обкладка; 17 2-ая ферромагнитная обкладка; 18 - постоянный магнит; 19 силовые линии магнитного поля внутри прокладки 15 при прямом электрическом токе в обмотках 11 и 12; 20 силовые линии магнитного поля внутри прокладки 15 при обратном электрическом токе в обмотках 11 и 12.

Постоянная подмагничивающая система, состоящая из деталей 16, 17 и 18, может быть выполнена в виде монолитного ферромагнитного каркаса с высокой степенью намагниченности боковин или в виде постоянного цилиндрического электромагнита со стержнем сердечником.

Работает устройство для нагружения группы образцов циклическим изгибом следующим образом (см. фиг.1 и 2).

В обмотки 11, 12 электромагнитного силовозбудителя поступает сигнал звуковой частоты с выхода генератора (диапазон 20^oC2000 Гц) и создает переменное магнитное поле заданной частоты, которое, взаимодействуя с образцами 5.6, вызывает в них изгибные колебания. Сигнал генератора контролируется электроносчетным частотомером. При колебаниях образцов в датчиках 7.8 наводится электрический сигнал, который регистрируется электронным вольтметром. Изменяя частоту генератора в заданном диапазоне, определяют амплитудно-частотную характеристику каждого из образцов, используя которую и массо-габаритные данные образцов, рассчитывают динамические характеристики исследуемых материалов. Для контроля температуры внутри рабочей зоны термокамеры 1 используют термодатчик, сигнал с которого отображается на регистрирующем температуру приборе.

Принцип работы электромагнитного силовозбудителя 9 заключается в следующем (см. фиг.3).

При отсутствии электрического тока в обмотках катушки 11 и 12 образцы 5 и 6 находятся в нейтральном среднем положении (фиг.3, a).

При подаче переменного (синусоидального) тока вокруг обмоток 11, 12 возникает переменное магнитное поле, силовые линии которого в радиальном направлении внутри ферромагнитного кольца 15 имеют единую ориентацию, суммируются. При этом необходимо рассматривать две фазы мгновенных значений (см. фиг. 3, б, в).

Во время первой фазы, т.е. в полупериод протекания электрического тока в обмотках 11, 12 в прямом направлении, у внешнего края кольцевой прокладки 15 плюс N (см. фиг.3, б), который в совокупности с постоянным полюсом N 2-ой обкладки 17 вызывает изгиб образцов 5 и 6 вверх.

Во время второй фазы из-за изменения направления электрического тока в обмотках 11, 12 на противоположное у внешнего края кольцевой прокладки 15 наводится полюс S (см. фиг. 3, в), который в совокупности с постоянным полюсом S 1-ой обкладки 16 вызывает изгиб образцов 5 и 6 вниз.

При гармоническом изменении величины и направления электрического тока в обмотках 11, 12 происходит гармоническое изменение напряженности и формы магнитного поля у внешней боковой поверхности силовозбудителя 9, что приводит к возникновению гармонических изгибных колебаний образцов 5 и 6, амплитуда смещения которых резко возрастает на резонансных частотах.

Данная конструкция обеспечивает возможность уменьшения вертикального габарита силовозбудителя 9 в 2 раза, что способствует общему уменьшению вертикального габарита устройства и, как следствие, обеспечивает более высокую однородность температурного поля внутри термокамеры. Кроме того, улучшается внутренняя электромагнитная совместимость устройства, так как силовые линии переменного магнитного поля сосредоточены лишь у боковой поверхности силовозбудителя 9. Предлагаемая конструкция обладает более широким функциональными возможностями, так как в устройстве нет принципиальных ограничений размаха колебаний образцов вдоль продольной оси силовозбудителя.

Использование: механические испытания материалов. Сущность изобретения: нагружение группы образцов осуществляется электромагнитным силовозбудителем с двумя соосными катушками переменного тока, внутри которых установлен постоянный магнит в виде стержня, а между их внутренними торцами - кольцевая ферромагнитная прокладка. На внешних торцах катушек размещены дисковые ферромагнитные обкладки. Длина постоянного магнита равна суммарной длине катушек с прокладкой. Диаметры обкладки и прокладки равны между собой. Нагружаемые образцы консольно закрепляются в захватах, расположенных по окружности вокруг силовозбудителя, свободными концами к оси последнего. Ферромагнитная прокладка расположена в плоскости установки образцов. Изобретение обеспечивает уменьшение габаритов устройства и повышение электромагнитной совместимости силовозбудителя и электрических датчиков вибраций образцов. 3 ил.

Устройство для нагружения группы образцов циклическим изгибом, содержащее электромагнитный силовозбудитель, включающий соосно расположенные постоянный магнит в виде стержня, и две электромагнитные катушки переменного тока со встречной намоткой, и расположенные по окружности вокруг силовозбудителя захваты для консольного закрепления образцов свободными концами к оси силовозбудителя, отличающееся тем, что силовозбудитель снабжен расположенной в плоскости установки образцов кольцевой ферромагнитный прокладкой между внутренними торцами катушек и двумя дисковыми ферромагнитными обкладками катушек, постоянный магнит размещен внутри катушек и имеет длину, равную суммарной длине катушек с прокладкой, а диаметры обкладок и прокладки равны диаметру катушек.