УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ДЛИТЕЛЬНУЮ ПРОЧНОСТЬ Российский патент 1998 года по МПК G01N3/08 

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к установкам для испытания материалов на длительную прочность.

Известна установка для длительных статических испытаний (авт.св. N 787943, кл. G 01 N 3/08), содержащая станину, рычажное нагружающее устройство, арретирующее устройство и захваты.

Однако известная установка не обеспечивает нагружение трубчатых образцов осевой сжимающей силой и внутренним давлением, а также не обеспечивает испытание трубчатых образцов армированных высокопрочными волокнами с угловой ориентацией слоя, которые имеют большие диаметры.

Прототипом изобретения является установка для испытаний материалов на длительную прочность (авт. св. N 1173239, кл. G 01 N 3/08), содержащая станину с прямоугольной рамой, тяги, захваты, нагружающий механизм, нагружающий рычаг, силовой механизм и дополнительные тяги.

Однако известная установка не обеспечивает нагружение трубчатых образцов внутренним давлением, создание больших осевых усилий, испытание трубчатых образцов армированных высокопрочными волокнами с угловой ориентацией слоя, а также испытание трубчатых образцов больших диаметров.

Техническим результатом от использования предлагаемого устройства является повышение информативности за счет возможности нагружения трубчатых образцов осевыми растягивающими и сжимающими усилиями, внутренним радиальным давлением и осевым сжатием с внутренним давлением, создание больших растягивающих (сжимающих) усилий и высоких радиальных давлений внутри образца и испытание образцов больших диаметров.

Сущность изобретения заключается в том, что установка для испытания материалов на длительную прочность, содержащая станину установленные на ней силовой редуктор с приводом вращения, шарнирно связанную с одним из концов винта редуктора первую тягу, шарнирно закрепленный на станине первый рычаг, шарнирно связанную с одним из его плеч вторую тягу, закрепленные на свободных концах тяг, соответственно, пассивный и активный захваты для трубчатого образца, нагружающий механизм, выполненный в виде установленной на станине с возможностью вертикального перемещения каретки и шарнирно закрепленной на ней подвески с грузами, третью и четвертую тяги, одни концы которых шарнирно связаны с кареткой и со станиной, соответственно, и пятую тягу, один конец которой шарнирно связан со свободными концами третьей и четвертой тяг, она снабжена опорными кольцами, цилиндрическими поршнями с кольцевой рабочей поверхностью, вторым рычагом, шарнирно связанным с первым, и третьим рычагом, концы меньших плеч последнего и второго рычагов шарнирно связаны со станиной, концы их больших плеч шарнирно связаны со свободным концом пятой тяги и со вторым рычагом, соответственно, активный и пассивный захваты закреплены, соответственно, на концах первой и второй тяг шарнирно и выполнены в виде установленных один в другом с зазором внутреннего и наружного цилиндров со ступенчатыми фланцами на одних концах, связанных с тягами, опорные кольца уперты в ступенчатые фланцы, поршни установлены между наружным цилиндром и образцом и упираются в ступенчатые фланцы цилиндров, кольцевая камера, образованная поршнями и боковыми поверхностями наружного цилиндра и образца предназначена для заполнения несжимаемой пластической средой, ступенчатый фланец внутреннего цилиндра выполнен с двумя параллельными лысками, торец свободного конца наружного цилиндра выполнен с пазом, стенки которого предназначены для контактирования с лысками фланца внутреннего цилиндра, а каждое опорное кольцо выполнено с кольцевым пазом, предназначенным для установки в него соответствующего торца образца.

На фиг. 1 изображена установка, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1.

Установка содержит станину 1, установленный на ней силовой редуктор 2, включающий винт 3, гайку 4, муфты сцепления 5, электрический 6 и ручной 7 приводы, свободный конец винта 3 силового редуктора 2 шарнирно связаны с первой тягой 8; шарнирно закрепленный на станине 1 первый рычаг 9, с одним из плеч которого шарнирно связана вторая тяга 10; на свободных концах тяг 8 и 10 закреплены, соответственно, пассивный и активный захваты для трубчатого образца 11; нагружающий механизм, выполненный в виде установленной на станине 1 с возможностью вертикального перемещения каретки 12 и шарнирно закрепленной на ней подвески 13 с грузами 14; третью и четвертую тяги 15 и 16, одни концы которых шарнирно связаны с кареткой 12 и станиной 1, соответственно, и пятую тягу 17, один конец которой шарнирно связан со свободными концами третьей и четвертой тяг 15 и 16. Кроме того, установка содержит опорные кольца 18 с кольцевыми пазами 19, цилиндрические поршни 20, второй рычаг 21, шарнирно связанный с первым рычагом 9 тягой 22, и третий рычаг 23, концы меньших плеч последнего и второго 21 рычагов шарнирно связаны со станиной 1, концы их больших плеч шарнирно связаны со свободным концом пятой тяги 17 и тягой 24 со вторым рычагом 21, соответственно; пассивный и активный захваты выполненные в виде установленных один в другом с зазором внутреннего и наружного цилиндров. Внутренний цилиндр 25 на одном конце выполнен со ступенчатым фланцем 26, который имеет две параллельные лыски 27, другой конец цилиндра 25 шарнирно связан с первой тягой 8. Наружный цилиндр 28 на одном из концов выполнен со ступенчатым фланцем 29, а на другом - с пазом 30, стенки 31 которого контактируют с лысками 27 фланца 26 цилиндра 25 и шарнирно связаны со второй тягой 10. Торцы образца 11 установлены в кольцевые пазы 19 опорных колец 18, которые упираются в ступенчатые фланцы 26 и 29, цилиндрические поршни 20 установлены между наружным цилиндром 28 и образцом 11 и упираются в ступенчатые фланцы 26 и 29 цилиндров 25 и 28, соответственно. Кольцевая камера 32, образованная поршнями 20 и боковыми поверхностями образца 11 и наружного цилиндра 28, предназначена для заполнения несжимаемой пластической средой. На станине 1 закреплен упор 33 с конечным выключателем 34, который взаимодействует с концом первого рычага 9. На станине 1 закреплена шкала 35, предназначенная для определения отклонений силового рычага 9 от горизонтального положения. Установка дополнительно снабжена захватами (на чертеже не показаны), предназначенными для испытания трубчатых образцов на растяжение.

Установка работает следующим образом.

При проведении испытаний на длительную прочность при радиальном внутреннем давлении опорные кольца 18 не устанавливают, на торец фланца 29 наружного цилиндра 28 устанавливают один из цилиндрических поршней 20, на который надевают образец 11, заполняют несжимаемой средой кольцевую камеру 32 и вставляют в нее другой цилиндрический поршень 20. Во внутреннюю полость наружного цилиндра 28 вставляют внутренний цилиндр 25. Наружный цилиндр 28 шарнирно соединяют со второй тягой 10, а внутренний цилиндр 25 - с первой тягой 8. Внутренний 25 и наружный 28 цилиндры соединяют с первой 8 и второй 10 тягами таким образом, чтобы силовой рычаг 9 занял горизонтальное положение, которое контролируется при помощи шкалы 35. При этом тяга 17 занимает вертикальное положение. С помощью подвески 13 с грузами 14 образец 11 нагружают заданным внутренним радиальным давлением. Усилие от грузов 14 через шарнирное соединение подвески 13 с кареткой 12 передается на тягу 17. В ввиду небольшой величины угла между тягой 17 и нормалью к плоскости движения каретки 12 на тяге 17 возникает усилие больше веса грузов 14. Возникшее усилие передается на станину 1 через тягу 16 и на первый рычаг 9 через тяги 15, 17, 24 и 22 и рычаги 23 и 21. Усилие от первого рычага 9 передается на наружный цилиндр 28, через фланцы 26 и 29, на цилиндрические поршни 20, а через них на несжимаемую среду. Внутри образца 11 создается заданное избыточное радиальное давление. Последнее является максимальным, если рычаг занимает горизонтальное положение, а тяга 17 вертикальное положение. В процессе нагружения наружный цилиндр 28 вместе с нижним цилиндрическим поршнем 20 перемещается относительно внутреннего цилиндра 25. Расстояние между узлами крепления наружного 28 и внутреннего 25 цилиндров увеличивается, первый рычаг 9 отклоняется от горизонтального положения и нагрузка на образец 11 уменьшается. При отклонении на угол, больший заданного, первый рычаг 9 взаимодействует с контактами конечного выключателя 34. Последний включает электропривод 6 вращения гайки 4. При этом перемещаются винт 3 и внутренний цилиндр 25. Перемещение последнего компенсирует удлинение расстояния между узлами крепления наружного 28 и внутреннего 25 цилиндров и восстанавливает горизонтальное положение первого рычага 9, который взаимодействует с соответствующими контактами конечного выключателя 34. Последний выключает электропривод 6, и продолжается нагружение образца 11 при помощи грузов 14.

При проведении испытаний на длительную прочность при сжатии цилиндрические поршни 20 не устанавливают на торец фланца 29 наружного цилиндра 28 устанавливают одно из опорных колец 18, в кольцевой паз 19 которого устанавливают один из торцов образца 11, а на другой торец его устанавливают другое опорное кольцо 18. Во внутреннюю полость наружного цилиндра 28 вставляют внутренний цилиндр 25. Собранный таким образом образец 11 соединяют с первой и второй тягами 8 и 10. Первый рычаг 9 устанавливают в горизонтальное, а тягу 17 в вертикальное положение и нагружают образец 11 при помощи каретки 12 с грузами 14. В образце 11 возникают заданные усилия сжатия.

При проведении испытаний на длительную прочность при осевом сжатии с внутренним давлением устанавливают первый рычаг 9 в горизонтальное, а тягу 17 в вертикальное положение. При этом между торцом верхнего опорного кольца 18 и торцом фланца 26 внутреннего цилиндра 25 обеспечивается заданный зазор. При помощи каретки 12 с грузами 14 создают усилие на наружный цилиндр 28, которое через внутренний цилиндр 25 фланцы 26 и 29 и поршень 20 передается на несжимаемую среду. Внутри образца 11 создается избыточное радиальное давление, величина которого регулируется величиной зазора между торцом фланца 26 внутреннего цилиндра 25 и торцом верхнего опорного кольца 18. Торец фланца 26 внутреннего цилиндра 25 приходит в соприкосновение с торцом верхнего опорного кольца 18 и в образце 11 возникает дополнительное напряжение сжатия.

При проведении испытаний на длительную прочность при растяжении образец 11 закрепляют в захватах (на чертеже не показаны) таким образом, чтобы первый рычаг 9 занял горизонтальное, а тяга 17 вертикальное положение и нагружают образец 11 при помощи каретки 12 с грузами 14.

Изобретение позволяет расширить функциональное назначение установки, создать большие осевые усилия, высокие радиальные давления, требуемые при испытании трубчатых образцов больших диаметров армированных высокопрочными волокнами с угловой ориентацией слоя и проводить испытания на длительную прочность при внутреннем давлении, сжатии и растяжении ввиду того, что установка снабжена наружной и внутренним цилиндрами, цилиндрическими поршнями, опорными кольцами, и двумя рычагами.

Установка позволяет проводить испытание на длительную прочность тонкостенных трубчатых образцов большого диаметра, армированных высокопрочными волокнами с угловой ориентацией слоя осевым растяжением, осевым сжатием, внутренним давлением и осевым сжатием с внутренним давлением. Это достигается тем, что установка снабжена опорными кольцами 18 с кольцевыми пазами 19, в которых установлены торцы образца 11, цилиндрическими поршнями 20, рычагами 21 и 22. Захваты выполнены в виде установленных один в другом с зазором внутреннего 25 и наружного 28 цилиндров со ступенчатыми фланцами 26 и 29, соответственно. Ступенчатый фланец 26 внутреннего цилиндра 25 выполнен с двумя параллельными лысками 27, а торец свободного конца наружного цилиндра 28 - с пазами 30. Кольцевая камера 32 образована поршнями 20 и боковыми поверхностями наружного цилиндра 28 и образца 11. Новым в установке является выполнение захватов в виде внутреннего 25 и наружного 28 цилиндров и введение опорных колец 18, цилиндрических поршней 20 и рычагов 21 и 23. 2 ил.

Установка для испытания материалов на длительную прочность, содержащая станину, установленные на ней силовой редуктор с приводом вращения, шарнирно связанную с одним из концов винта редуктора первую тягу, шарнирно закрепленный на станине первый рычаг, шарнирно связанную с одним из его плеч вторую тягу, закрепленные на свободных концах тяг соответственно пассивный и активный захваты для трубчатого образца, нагружающий механизм, выполненный в виде установленной на станине с возможностью вертикального перемещения каретки и шарнирно закрепленной на ней подвески с грузами, третью и четвертую тяги, одни концы которых шарнирно связаны с кареткой и со станиной соответственно, и пятую тягу, один конец которой шарнирно связан со свободными концами третьей и четвертой тяг, отличающаяся тем, что установка снабжена опорными кольцами, цилиндрическими поршнями с кольцевой рабочей поверхностью, вторым рычагом, шарнирно связанным с первым, и третьим рычагом, концы меньших плеч последнего и второго рычагов шарнирно связаны со станиной, концы их больших плеч шарнирно связаны со свободным концом пятой тяги и с вторым рычагом соответственно, активный и пассивный захваты закреплены соответственно на концах первой и второй тяг шарнирно и выполнены в виде установленных один в другом с зазором внутреннего и наружного цилиндров со ступенчатыми фланцами на одних концах, связанных с тягами, опорные кольца уперты в ступенчатые фланцы, поршни установлены между наружным цилиндром и образцом и уперты в ступенчатые фланцы цилиндров, кольцевая камера, образованная поршнями и боковыми поверхностями наружного цилиндра и образца, предназначена для заполнения несжимаемой пластической средой, ступенчатый фланец внутреннего цилиндра выполнен с двумя параллельными лысками, торец свободного конца наружного цилиндра выполнен с пазом, стенки которого предназначены для контактирования с лысками фланца внутреннего цилиндра, а каждое опорное кольцо выполнено с кольцевым пазом, предназначенным для установки в него соответствующего торца образца.