МАШИНА ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ РАЗРЫВНАЯ Российский патент 2002 года по МПК G01N3/08 

Изобретение относится к испытательной технике. Преимущественная область применения - механические испытания материалов при растяжении.

Известно, что для оценки механических свойств металлов и других конструкционных материалов необходимо измерять значения прикладываемой к образцу силы и пропорциональное этой силе относительное удлинение образца.

В известных разрывных испытательных машинах наиболее точным способом устройствами измерения удлинения образца являются так называемые навесные датчики деформации с тензорезисторными (преимущественно) или индуктивными преобразователями, закрепляемые на определенном участке (базе) образца и регистрирующими удлинение образца на данной базе. Однако в силу конструктивных особенностей таких датчиков их пределы измерений весьма ограничены (в пределах 10% от базы).

Для измерения больших удлинений применяются в известных испытательных машинах длинноходовые датчики (индуктивные, трансформаторные и емкостные) с максимальным ходом до 500 мм [см. Испытательная техника. Справочник в двух томах под ред. д.т.н. проф. В.В. Клюева, М., Машиностроение, 1982 г., книга 1, стр. 86, 107-116, книга 2, стр.387-445]. Эти датчики представляют собой корпус-катушку, размещенную в трубе, закрепленной на основании машины, и подвижный сердечник, размещенный внутри катушки и закрепленный на активном захвате. Катушка датчика электрически соединена с системой измерения. При рабочем ходе активного захвата подвижный элемент датчика перемещается относительно корпуса (неподвижного элемента) от установленного нулевого положения и выдает сигнал о величине перемещения. Изготовление таких датчиков является большой технологической проблемой, так как длина корпуса-катушки ориентировочно вдвое больше рабочего (измеряемого) хода датчика. Кроме того, результат измерений включает в себя не только удлинение испытываемого образца, но и деформацию элементов нагружающего устройства, учесть которую и исключить из показаний измерительной системы практически очень сложно. Недостатком всех длинноходовых датчиков является также их низкая чувствительность (и соответственно точность) при малых перемещениях, необходимых для оценки механических характеристик образцов металлов по ГОСТ 1497. Неудобством эксплуатации машин с датчиками больших перемещений является необходимость подстройки нуля датчика перемещения при измерении.

Этого недостатка лишена испытательная машина по патенту 2158911 [см. Бюл. 31 от 10.11.2000 г. "Машина испытательная сервогидравлическая для механических испытаний материалов"].

Устройство измерения перемещений активного захвата испытательной машины содержит исполнительный механизм возврата подвижного элемента электрического датчика перемещения в первоначальное - нулевое положение в виде реечной передачи - зубчатого редуктора с электродвигателем и зубчатой рейки, жестко связанной с подвижным элементом датчика перемещений.

Недостатком испытательной разрывной машины с таким устройством измерения перемещений является невозможность использования его в качестве датчика непосредственного измерения удлинения испытываемого образца на заданной базе.

Этого недостатка лишены испытательные разрывные машины с навесным измерителем деформации (удлинения) с тензорезисторным (преимущественно) или индуктивным преобразователем (прямой метод), закрепленным на определенном участке (базе) образца и регистрирующим удлинение образца на данной базе, являющиеся ближайшим прототипом заявляемой машины [см. Испытательная техника. Справочник в двух томах под ред. д.т.н. проф. В.В. Клюева, М., Машиностроение, 1982 г., книга 1, стр.86, 107-116, книга 2, стр.387-445].

Навесные датчики деформации (удлинения) не имеют механических связей с нагружающим устройством испытательной машины, а связаны электрически с системой измерения машины. Конструктивно эти датчики выполнены в виде жесткого корпуса, на котором консольно жестко закреплены две параллельные упругоподатливые на изгиб балочки с наклеенными тензорезисторами, соединенными по мостовой схеме, чувствительной к изгибу балочек. Другие концы балочек снабжены зажимами для закрепления датчика на испытываемом образце. Расстояние между зажимами является исходной базой измерения относительного удлинения образца. В практике испытаний образцов материалов на растяжение приняты в основном базы 20, 50 и 100 мм. По мере удлинения образца под нагрузкой электрический мост балочек генерирует электрический сигнал разбаланса, величина которого соответствует величине удлинения.

Недостатком испытательных разрывных машин с навесным измерителем удлинения образца является малый (ограниченный) диапазон измерения удлинения образца (в пределах до 10% от базы). Навесные измерители удлинения в силу их конструктивных особенностей не могут применяться при испытаниях до разрыва большинства конструкционных материалов, относительное удлинение до разрушения которых составляет от 30% до 100% и более (например, для неметаллических материалов).

Для решения проблемы точности измерения удлинений в широком диапазоне известные испытательные разрывные машины снабжаются навесными и длинноходовыми (измеряющими перемещение активного захвата) датчиками, что практически обуславливает усложнение системы управления и измерения (с записью диаграммы деформирования) и самого процесса испытания, когда при переходе в область больших (пластических) деформаций навесной датчик необходимо снимать и переключать систему измерения на длинноходовой датчик.

Отмеченных недостатков известных устройств, применяемых в известных испытательных разрывных машинах, лишена заявляемая испытательная машина.

Сущность изобретения состоит в том, что датчик удлинения образца выполнен в виде устройства, состоящего из блока электромеханического винтового привода, закрепленного на силовой раме параллельно силовой оси машины, упругоподатливой на изгиб балочки с наклеенными на ней тензорезисторами, один конец которой жестко соединен с гайкой винтового привода, а другой ее конец снабжен зажимом для закрепления на испытываемом образце, и кругового многооборотного растрового электрического датчика, соединенного муфтой с винтом, при этом двигатель электромеханического привода электрически соединен с тензорезисторами балочки, а круговой растровый электрический датчик электрически соединен с блоком измерения удлинения испытываемого образца.

Применение такого устройства измерения удлинения испытываемого образца в испытательных разрывных машинах расширяет диапазон и повышает точность измерения и может применяться как для измерения удлинения испытываемого образца, так и для управления скоростью перемещения активного захвата.

Как пример исполнения изобретения, на чертеже схематично изображена машина испытательная разрывная с электромеханическим приводом возбуждения нагрузки.

Машина содержит нагружающее устройство, включающее силовую раму 1 с нижним активным (подвижным) захватом 2 и пассивным захватом 3, электромеханический привод нагружения 4, датчик силы 5 с электрическим блоком измерения силы 6 и датчик деформации (удлинения) образца 7 в виде устройства, состоящего из блока электромеханического винтового привода 8, закрепленного на силовой раме 1 параллельно силовой оси машины, упругоподатливой на изгиб балочки 9 с наклеенными на ней тензорезисторами, один конец которой жестко соединен с гайкой 10 электромеханического винтового привода 8, а другой ее конец снабжен зажимами 11 для закрепления на испытываемом образце 7, кругового многооборотного растрового электрического датчика 12, соединенного электрически с измерителем удлинения 13 и муфтой 14 с винтом 15 электромеханического винтового привода 8, и электродвигателя 16 электромеханического винтового привода 8, электрически соединенного с тензорезисторами балочки 9 и усилителем 17.

Измерение удлинения образца осуществляется следующим образом. В исходном положении упругая балочка 9, соединенная с испытываемым образцом 7, находится в нейтральном положении с нулевым сигналом соединенных по мостовой схеме тензорезисторов. В процессе нагружения образца балочка изгибается, тензорезисторы генерируют электрический сигнал разбаланса, поступающий на электродвигатель 16 винтового привода 8, винт 15 поворачивается на угол, пропорциональный сигналу разбаланса, гайка 10 перемещается, возвращая балочку 9 в нейтральное положение, круговой датчик 12 формирует сигнал, пропорциональный углу поворота винта 15, преобразуемого с учетом шага винта в осевое перемещение гайки 10, которое соответствует удлинению образца 7.

Благодаря наличию обратной связи тензорезисторного моста балочки с электродвигателем винтового привода балочка перемещается плоскопараллельно на величину удлинения образца, величина которого может достигать полного рабочего хода активного захвата испытательной машины. Таким образом, при непрерывном плавном деформировании образца устанавливается непрерывный процесс отслеживания измерительной системой величины удлинения образца в реальном времени.

Изобретение относится к испытательной технике, преимущественно к машинам для испытания на разрыв материалов при растяжении. Машина испытательная разрывная содержит нагружающее устройство, включающее силовую раму, активный и пассивный захваты, привод нагружения, датчик силы, датчик удлинения образца, электрический блок измерения силы и блок измерения удлинения образца. Датчик удлинения образца выполнен в виде устройства, состоящего из блока электромеханического винтового привода, упругоподатливой на изгиб балочки с наклеенными тензорезисторами и кругового многооборотного растрового электрического датчика. Винтовой привод закреплен на силовой раме параллельно силовой оси машины. Балочка одним концом жестко соединена с гайкой винтового привода, а другой ее конец снабжен зажимом для закрепления на испытываемом образце. Растровый датчик соединен муфтой с винтом. Двигатель винтового привода электрически соединен с тензорезисторами балочки. Растровый датчик электрически соединен с блоком измерения удлинения испытываемого образца. Техническим результатом является расширение диапазона и повышение точности измерения удлинения испытываемого образца. 1 ил.

Машина испытательная разрывная, содержащая нагружающее устройство, включающее силовую раму, активный и пассивный захваты, привод нагружения, датчик силы, датчик удлинения образца, электрический блок измерения силы и блок измерения удлинения образца, отличающаяся тем, что датчик удлинения образца выполнен в виде устройства, состоящего из блока электромеханического винтового привода, закрепленного на силовой раме параллельно силовой оси машины, упругоподатливой на изгиб балочки с наклеенными на ней тензорезисторами, один конец которой жестко соединен с гайкой винтового привода, а другой ее конец снабжен зажимом для закрепления на испытываемом образце, и кругового многооборотного растрового электрического датчика, соединенного муфтой с винтом, при этом двигатель электромеханического привода электрически соединен с тензорезисторами балочки, а круговой растровый электрический датчик электрически соединен с блоком измерения удлинения испытываемого образца.