МАШИНА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ ГРУНТА НА РАЗРЫВ Российский патент 2009 года по МПК G01N3/08 E02D1/00 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к машинам для испытаний на разрыв материалов невысокой прочности, преимущественно образцов грунта.

Для оценки механических свойств материалов невысокой прочности необходимо точно измерять значение прикладываемой к образцу силы и четко фиксировать момент разрыва образца. В известных разрывных испытательных машинах в качестве наиболее точных устройств измерения перемещения подвижного захвата используются навесные электрические датчики малых перемещений, до 200 мм, с тензорезисторными, трансформаторными, емкостными и индуктивными преобразователями. Однако применение в этих машинах названных электрических датчиков приводит к повышенной трудоемкости эксплуатации, так как переустановка датчиков производится вручную путем периодической установки их подвижных элементов в нулевое положение.

Известна машина для механических испытаний материалов, в частности, на разрыв, содержащая нагружающее устройство с подвижным и неподвижным захватами испытуемого образца, устройство измерения перемещения подвижного захвата, в качестве которого использован электрический датчик, жестко связанный с подвижным захватом, и привод нагружения. Электрический датчик выполнен в виде корпуса-катушки, размещенной в трубе, закрепленной на станине, и подвижного сердечника, размещенного внутри катушки и закрепленного на подвижном захвате. Катушка электрически соединена с блоком измерения. При рабочем ходе подвижного захвата сердечник, то есть подвижный элемент датчика, перемещается относительно корпуса, то есть неподвижного элемента датчика, от установленного нулевого положения и выдает сигнал о величине перемещения (Испытательная техника. Справочник: в 2 книгах / Под ред. д.т.н., проф. В.В.Клюева. - М.: Машиностроение, 1982. - Книга 1. - С.86, 107-116, Книга 2. - С.387-445).

Недостатком описанной машины является низкая точность оценки механических свойств материалов при малых перемещениях за счет необходимости подстройки нуля электрического датчика при измерении.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению по технической сущности является испытательная сервогидравлическая машина для механических испытаний материалов, а именно испытаний на разрыв, содержащая нагружающее устройство с верхним подвижным и нижним неподвижным захватами испытуемого образца, электрический датчик перемещения, жестко связанный подвижным элементом с подвижным захватом через исполнительный механизм возврата подвижного элемента электрического датчика перемещения в первоначальное нулевое положение и соединенный с приводом нагружения. Исполнительный механизм возврата подвижного элемента электрического датчика перемещения в первоначальное - нулевое - положение выполнен в виде реечной передачи, содержащей зубчатый редуктор с электродвигателем и зубчатую рейку, жестко связанную с подвижным элементом. Привод нагружения имеет следящую сервогидравлическую систему нагружения и управления параметрами нагружения, включающую насосную установку, которая связана с сервоклапаном, имеющим электрическую обратную связь по перемещению с электрическим датчиком перемещения, и с сервоклапаном, соединенным с нижним неподвижным захватом (патент RU 2158911, MПК⁷ G01N 3/08).

Основными недостатками испытательной сервогидравлической машины для механических испытаний материалов являются низкая точность оценки механических свойств материалов вследствие использования сложной сервогидравлической системы нагружения и управления параметрами нагружения, а также невозможность применения для определения усилия разрыва для образцов материалов невысокой прочности, а именно грунта, так как она фиксирует параметры деформации, а не разрыва испытуемого образца.

Задачей изобретения является повышение точности оценки механических свойств материалов и обеспечение возможности применения предложенной машины для определения усилия разрыва материалов невысокой прочности, а именно образцов грунта.

Поставленная задача решается тем, что в машине для испытания образцов грунта на разрыв, содержащей нагружающее устройство с подвижным и неподвижным захватами испытуемого образца, электрический датчик, связанный с подвижным захватом и приводом нагружения, согласно изобретению электрический датчик выполнен индуктивным, электрически связан с введенным в машину электронным блоком, предназначенным для формирования и измерения усилия разрыва образца, в свою очередь подключенным к приводу нагружения, создающему линейно нарастающее усилие нагружения до момента разрыва образца.

Кроме того, для максимального снижения сил трения машина для испытания образцов грунта на разрыв дополнительно снабжена подшипниками качения, которыми оснащен подвижный захват.

Обеспечение возможности применения предложенной машины для определения усилия разрыва материалов невысокой прочности объясняется тем, что введение электронного блока, предназначенного для формирования и измерения усилия разрыва образца и управляющего приводом нагружения, позволяет создать линейно нарастающее до момента разрыва материала невысокой прочности усилие нагружения, необходимое именно при испытании на разрыв образцов грунта, для которых фиксация параметров деформации при испытаниях на разрыв не представляется возможным в силу их механических свойств.

Повышение точности оценки механических свойств материалов объясняется тем, что момент разрыва образца грунта фиксируется при отсутствии погрешности измерений с помощью выполненного индуктивным электрического датчика независимо от его начальных координат.

Предложенное изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 схематично изображена машина для испытания образцов грунта на разрыв, вид сбоку; на фиг.2 - то же, вид сверху; а на фиг.3 - функциональная схема электронного блока, предназначенного для формирования и измерения усилия разрыва образца грунта.

Машина для испытания образцов грунта на разрыв содержит нагружающее устройство, включающее станину 1, имеющую приспособление 2 регулировки для обеспечения ее горизонтальности, подвижный захват 3 испытуемого образца грунта, оснащенный подшипниками 4 качения, и неподвижный захват 5 испытуемого образца грунта, а также электрически управляемый привод 6 нагружения, создающий линейно нарастающее усилие нагружения до момента разрыва образца, закрепленный на станине 1 параллельно силовой оси машины, электрический индуктивный датчик 7 фиксации разрыва образца.

Индуктивный датчик 7 механически связан с подвижным захватом 3 и приводом 6 нагружения, а электрически - с электронным блоком 8, предназначенным для формирования и измерения усилия разрыва образца. Электронный блок 8 в свою очередь подключен к приводу 6 нагружения.

Электронный блок 8 содержит автомат 9 с конечным числом состояний: сброс - нагружение - фиксация усилия разрыва; интегратор 10, управляемый автоматом 9; отключаемый автоматом 9 повторитель 11, обеспечивающий линейно нарастающее напряжение, его фиксацию и сброс; преобразующий сигнал интегратора 10 в усилие нагружения через привод 6 нагружения; преобразователь 12 сигнала с датчика 7; фиксатор 13 начального положения образца грунта; схему сравнения 14, фиксирующую разрыв образца грунта при сравнении начального положения образца грунта с фиксатора 13 и текущего сигнала датчика 7 с преобразователя 12.

Преобразователь 12 сигнала выполнен в виде синхронного детектора.

Первый выход автомата 9 управляет интегратором 10, второй выход - повторителем 11, третий выход - фиксатором начального уровня 13. Выход интегратора 10 связан с входом повторителя 11, выход которого соединен с приводом 6 нагружения. Выход преобразователя 12 сигнала с датчика 7 подсоединен ко входу фиксатора 13 и к первому входу схемы сравнения 14, второй вход которой связан с выходом фиксатора 13. Выход схемы сравнения 14 подключен к входу автомата 9.

Предложенная машина для испытания образцов грунта на разрыв работает следующим образом. После установки образца грунта в подвижный 3 и неподвижный 5 захваты машина сразу же готова к испытанию образца с одновременной фиксацией нулевого значения фиксатором 13. Электрически управляемый привод 6 нагружения создает линейно нарастающее усилие до момента разрыва образца. Момент разрыва точно фиксируется индуктивным датчиком 7 фиксации разрыва образца, и с помощью автомата 9 интегратор 10 запоминает действующую на момент разрыва величину усилия, а управляемый автоматом 9 повторитель 11 после разрыва снимает усилие нагружения с подвижного захвата 3.

Таким образом, применение предложенной машины для испытания образцов грунта на разрыв позволяет расширить диапазон и повысить точность измерений.

Изобретение относится к испытательной технике. Машина содержит нагружающее устройство с подвижным и неподвижным захватами испытуемого образца, электрический датчик, связанный с подвижным захватом и приводом нагружения. Электрический датчик выполнен индуктивным, электрически связан с введенным в машину электронным блоком, предназначенным для формирования и измерения усилия разрыва образца, в свою очередь подключенным к приводу нагружения, создающему линейно нарастающее усилие нагружения до момента разрыва образца. Технический результат: повышение точности и обеспечение возможности применения предложенной машины для определения усилия разрыва материалов невысокой прочности. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Машина для испытания образцов грунта на разрыв, содержащая нагружающее устройство с подвижным и неподвижным захватами испытуемого образца, электрический датчик, связанный с подвижным захватом и приводом нагружения, отличающаяся тем, что электрический датчик выполнен индуктивным, электрически связан с введенным в машину электронным блоком, предназначенным для формирования и измерения усилия разрыва образца, в свою очередь подключенным к приводу нагружения, создающему линейно-нарастающее усилие нагружения до момента разрыва образца.

2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена подшипниками качения, которыми оснащен подвижный захват.