УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ПРОЧНОСТЬ Российский патент 2002 года по МПК G01N3/08 G01N3/22 

Изобретение относится к области физических свойств материала, а именно определение прочностных характеристик, и может быть использовано для проведения испытаний материалов на растяжение с кручением, в частности при моделировании процесса влияния различных сред (жидкость - воздух) и их чередование на прочностные характеристики различных материалов.

Известна установка для испытания материалов на прочность, содержащая основание, установленные на нем опоры, кинематически связанный с опорами рычаг с шарнирно установленным на нем активным захватом, пассивный захват и груз, при этом один конец рычага шарнирно закреплен на основании, опоры установлены симметрично относительно оси рычага, кинематическая связь между опорами и рычагом выполнена в виде гибкой тяги, закрепленной на втором конце рычага и огибающей опоры, а установка снабжена двумя фиксаторами груза на тяге, двумя упругими элементами, одни концы которых соединены с грузом и двумя фиксаторами на тяге, двумя упругими элементами, одни концы которых соединены с грузом, и двумя фиксаторами вторых концов, соответствующих упругих элементов (см. авторское свидетельство N 2051356; 6 G 01 N 3/08, бюл. N 36, ч. 2, 1995).

Признаки, совпадающие с имеющимися в наличии шарнирного закрепления захватов.

Причины, препятствующие поставленной задаче, - неудобство обслуживания и недостаточная точность результатов испытаний, невозможность проводить испытания в автоматическом режиме при влиянии различных сред с нагружением крутящим моментом.

Известна установка для испытания образцов на растяжение, состоящая из силоизмерителя, соединенного шарнирно с неподвижным захватом, подвижный захват, перемещающийся в горизонтальной плоскости с помощью ходового винта и привода, самописца, на диаграмме которого отмечается момент фотосъемки, микроскопа с прикрепленным к нему фотоаппаратом, импульсных ламп вспышек и ламп постоянного освещения, а неподвижный захват подвешивается в магнитном поле в двух взаимоотталкивающих магнитов, один из которых закреплен на неподвижном захвате, другой располагается снизу, нижний магнит имеет регулированное положение относительно неподвижного захвата, сила взаимодействия взаимоотталкивающих магнитов регулируется, магнит на неподвижном захвате закреплен в центре тяжести конструкции захвата (см. авторское свидетельство N 2099685; 6 G 01 N 3/08, бюл. N 35, ч. 2. 1997).

Признаки, совпадающие, - перемещение захватов в горизонтальной плоскости.

Но данная установка очень сложна по своей конструкции и отсутствует возможность моделировать влияние различных сред на прочность материалов, нет возможности нагружать крутящим моментом.

В качестве прототипа принимаем устройство (см. авторское свидетельство N 2112230, 6 G 01 N 3/28, бюл. N 15, ч. 2, 1998 г. ) для испытания материалов на прочность, содержащее гидропривод с поступательным перемещением выходного звена, блок управления приводом, выход которого соединен с приводом, активную и пассивную опоры для образца из испытуемого материала, силоизмеритель, включающий упругую систему, и преобразователь сигналов, один из выходов которого соединен с силоизмерителем, а выходное звено привода соединено непосредственно с активной опорой, силоизмеритель - с пассивной опорой, выход блока управления привода - с вторым входом преобразователя сигналов, который формирует выходные сигналы σ и ε по следующим зависимостям:
σ = F/S; ε = (F/C),
где σ напряжение в образце, Па;
F - входной сигнал, поступающий от силоизмерителя, соответствующий усилию нагружения образца, Н;
S - площадь образца, м²;
ε - деформация образца, м;
Х - входной сигнал, поступающий от блока управления приводом, соответствующий перемещению активной опоры, м;
С - жесткость упругой системы силоизмерителя, Н/м.

Признаки, совпадающие: привод с поступательным перемещением выходного звена, блок управления приводом, выход которого соединен с приводом, пассивную опору, испытуемый образец, силоизмеритель и преобразователь сигналов.

Причина, не позволяющая решить поставленную задачу, является невозможность моделировать процесс влияния различных сред на прочность материала при испытании на разрыв с кручением.

Задачей изобретения является упрощение проведения испытаний и повышение их точности с возможностью моделирования процесса влияния различных сред (жидкость - воздух), и их чередование на прочностные характеристики различных материалов с возможностью нагружения крутящим моментом.

Технический результат достигается тем, что в установке для испытания материалов на прочность, содержащей привод с поступательным перемещением выходного звена, блок управления приводом, выход которого соединен с приводом, силоизмеритель с преобразователем сигналов, один из выходов которого соединен с силоизмерителем, испытуемый образец, жестко закрепленную опору, захваты, связанные с последней и штоком силового гидроцилиндра посредством шарнирных равноплечих рычагов, при этом один из захватов имеет возможность осевого перемещения посредством гибкого вала и связан с рычагом нагружения крутящим моментом, взаимодействующим с измерителем его величины.

Соединение связанного со стойкой захвата посредством гибкого вала, взаимодействующего с рычагом нагружения крутящим моментом, позволило осуществить конструктивно просто возможность проводить испытания материалов на растяжение при нагружении крутящим моментом, при моделировании процесса влияния различных сред (жидкость - воздух) и их чередование на прочностные характеристики различных материалов.

На фиг. 1 приведена предлагаемая установка на испытание материалов на прочность; на фиг. 2 - звено с гибким валом в разрезе; фиг. 3 - схема гидропривода; фиг. 4 - циклограмма работы гидропривода; фиг. 5 - электрическая схема управления гидропривода.

Установка для проведения испытания материалов на прочность содержит гидропривод с поступательным перемещением выходного звена 1, блок управления приводом 2, выход которого соединен с приводом 1, силоизмеритель 3 с преобразователем сигналов (не показан), один из выходов которого соединен с силоизмерителем; испытуемый образец 4, перемещающийся в горизонтальной плоскости, шток силового гидроцилиндра 5, жестко закрепленную пассивную опору 6, захваты 7, связанные с последней и штоком силового гидроцилиндра 5 посредством шарнирных равноплечих рычагов 8, при этом один из захватов имеет возможность осевого перемещения посредством гибкого вала 10 и связан с рычагом нагружения крутящим моментом 11 с измерителем крутящего момента 9.

При этом гидропривод содержит трехпозиционный распределитель 12 с электрическим управлением, соединенный с концевыми выключателями 15, 16, 17.

А блок управления 3 дополнительно содержит счетчик циклов 31, соединенный посредством набора параллельно смонтированных электрических реле 24, 25, 26, 27, 28 с концевыми выключателями 15, 16, 17, которые соединены со входами соответствующих реле времени 29, 30.

Работает установка следующим образом. От гидропривода 1, состоящего из электропривода и насосной станции, представляющей собой гидропривод с закрытой циркуляцией жидкости 2 и управления посредством блока управления 2, включающего трехпозиционный распределитель 12 с электрическим управлением, связанный электрической цепью с конечными выключателями 15, 16, 17, связанными с электрической системой управления, дополнительно содержащей счетчик циклов 31, взаимодействующий посредством набора электрических реле 24, 25, 26, 27, 28 с реле времени 29, 30, задается режим испытаний. Шток силового гидроцилиндра 5 совершает возвратно-поступательные движения - испытуемый образец 4, закрепленный в захватах 7, расположенных между жестко закрепленной опорой 6 и штоком силового гидроцилиндра 5, посредством равноплечих рычагов 8, при этом один из захватов имеет возможность осевого перемещения посредством гибкого вала 10 и нагружен крутящим моментом посредством рычага 11, связанного с измерителем момента 9, окунается в жидкость, выдерживается требуемое время, при обратном ходе штока гидроцилиндра 5, извлекается с выдержкой на воздухе (цикл может повторяться), затем, по истечении требуемого количества циклов, подвергается разрыву, усилие разрыва замеряется датчиками давления 22 и фиксируется записывающим устройством (не показано). Данная установка применяется для проведения испытаний материалов на растяжение с кручением при моделировании процесса влияния различных сред (жидкость-воздух) и их чередование на прочностные характеристики различных материалов.

Работа гидропривода.

Схема гидропривода, показанная на фиг. 3, содержит гидроцилиндр 5, распределитель 12 с электрическим управлением 64-ого исполнения по гидросхеме, насос 20, клапан переливной 19 и бак 21.

При обесточенных электромагнитах 13 и 14 распределителя поршень гидроцилиндра неподвижен и фиксируется в заданном положении, запиранием подходящих к гидроцилиндру гидролиний, в средней позиции распределителя. Насос в средней позиции распределителя разгружен, соединяясь с баком. Обесточенные электромагниты соответствуют элементу цикла "стоп" см. таблицу.

При включении электромагнита 13 включается левая позиция распределителя и поршень гидроцилиндра перемещается влево. При включении электромагнита 14 включается правая позиция распределителя и поршень гидроцилиндра перемещается вправо.

Подача насоса 20 и величина рабочих площадей поршня гидроцилиндра регламентируют скорости перемещения его поршня. Клапан 19 защищает гидропривод oт перегрузки; настройка давления клапана обеспечивает регулирование усилия растяжения образца.

Цикл работы гидропривода показан на фиг. 4. В исходном положении Б электромагниты распределителя обесточены и поршень гидроцилиндра неподвижен. По сигналу электрической системы управления ЭСУ включается электромагнит 13 и поршень гидроцилиндра перемещается влево к положению А. При воздействии кулачка 18 на конечный выключатель 15 ЭСУ отключает электромагнит 13 и включает электромагнит 14, поршень перемещается вправо; после воздействия кулачка 18 на конечный выключатель 16 поршень повторяет перемещение влево и вправо, как показано выше. После осуществления n циклов движения поршня влево и вправо при подходе поршня к положению Б слева электромагнит 14 не отключается и, начиная с положения Н, происходит растяжение образца. Усилие растяжения пропорционально перепаду давления в полостях гидроцилиндра. Давление в штоковой полости настраивается клапаном 19. Давление в полостях гидроцилиндра замеряется датчиками давления 22 и фиксируется записывающим устройством ЗУ (не показано). При растяжении образца основная часть подачи насоса проходит через клапан 19 в бак 21, а небольшая часть подачи, поступая через распределитель 12 в гидроцилиндр 5, компенсирует деформацию образца.

После разрыва образца поршень посредством кулачка 18 воздействует на конечный выключатель 17, ЭСУ отключает электромагнит 14 и включает электромагнит 13. Поршень перемещается влево - в исходное положение Б из положения В. При воздействии кулачка 18 на 16 отключается электромагнит 13, поршень останавливается и фиксируется распределителем 12 в исходном положении.

Работа электрической схемы управления (ЭСУ) фиг. 5.

ЭСУ содержит кнопку "Пуск", реле 24, 25, 26, 27, 28, реле времени 29, 30 и счетчик циклов 31, связанные электрической цепью.

При подаче питания (кратковременным нажатием кнопки "Пуск") установка начинает работу, при этом оказывается включенным концевой выключатель 16, через замкнутые контакты которого подается питание на обмотку реле 25, которое одной парой своих контактов 33 блокирует свою обмотку, а второй парой контактов 36 включает реле времени 29, которое через время задержки своими контактами 46 включит электромагнит 13, и поршень гидроцилиндра 5 начнет движение справа налево до тех пор, пока кулачок 18 соприкоснется с концевым выключателем 35. При этом включится реле 24, которое парой контактов 39 разблокирует (выключит) реле 25 и обесточит электромагнит 13, другой парой контактов 32 блокирует свою обмотку, а третьей парой контактов 44 включит реле времени 30, которое через время задержки своими контактами 45 включит электромагнит 14, поршень гидроустановки, при этом начнет движение слева направо до тех пор, пока кулачок 18 не нажмет концевой выключатель 16, сработает реле 25, разблокировав своими контактами 37 реле 24, а другими контактами 33 заблокирует себя и контактами 36 включит электромагнит 13, начнется движение поршня справа налево по новому циклу.

После того как реле 24 сработает требуемое количество циклов срабатывает счетчик циклов 31, который включит реле 28. При этом контакты 40 не дадут сработать реле 25 при прохождении кулачка 18 через концевой выключатель 16, электромагнит 14 останется включенным и поршень продолжит движение слева направо пока кулачок 18 не нажмет концевой выключатель 17, при этом включится реле 26, которое одной парой контактов 34 заблокирует себя, другой парой 43 обесточит (сбросит) реле 28, а третьей парой 35 включит реле 24 и электромагнит 13, и поршень начнет движение справа налево пока кулачок 18 не нажмет концевой выключатель 16, при этом сработает реле 5, которое одной из пар контактов 42 через замкнутые контакты 35 включит реле 27, контакты 47 которого снимут питание с электромагнитов гидрораспределителя 12, - устройство отключено, контакты 41 отключают реле 26 после начала движения поршня слева направо.

Изобретение относится к области исследования прочностных характеристик материалов, а именно сопротивления материалов растяжению с кручением. Установка для испытаний материалов на прочность содержит гидропривод с поступательным перемещением выходного звена, соединенный с ним своим выходом блок управления гидроприводом, силоизмеритель с преобразователем сигналов, один из выводов которого соединен с силоизмерителем, неподвижную пассивную опору, захваты, связанные с последней и штоком силового гидроцилиндра посредством шарнирных равноплечих рычагов, при этом один из захватов имеет возможность осевого перемещения и связан с рычагом нагружения крутящим моментом, снабженным измерителем крутящего момента, посредством гибкого вала. Данное изобретение направлено на упрощение и повышение точности испытаний за счет обеспечения возможности одновременного нагружения испытуемого материала как усилием растяжения, так и крутящим моментом. 2 з. п. ф-лы, 5 ил. , 1 табл.

1. Установка для испытаний материалов на прочность, содержащая гидропривод с поступательным перемещением выходного звена, блок управления приводом, выход которого соединен с гидроприводом, силоизмеритель с преобразователем сигналов, один из выходов которого соединен с силоизмерителем, испытуемый образец, жестко закрепленную пассивную опору, захваты, связанные с последней и штоком силового гидроцилиндра посредством шарнирных равноплечих рычагов, отличающаяся тем, что один из захватов имеет возможность осевого перемещения и связан посредством гибкого вала с рычагом нагружения крутящим моментом с измерителем крутящего момента. 2. Установка для испытания материалов на прочность по п. 1, отличающаяся тем, что гидропривод содержит трехпозиционный распределитель с электрическим управлением, соединенный с концевыми выключателями. 3. Установка для испытания материалов на прочность по п. 1, отличающаяся тем, что блок управления дополнительно содержит счетчик циклов, параллельно соединенный посредством набора электрических реле с концевыми выключателями, которые соединены с входами соответствующих реле времени через параллельно соединенные электрические реле.