МАШИНА ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ СЕРВОМЕХАНИЧЕСКАЯ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ, СЖАТИЕ И ИЗГИБ Российский патент 2018 года по МПК G01N3/12 

Изобретение относится к средствам (испытательные машины) и методам механических испытаний материалов на растяжение, сжатие и изгиб.

Известны двухзонные испытательные машины с сервомеханическим приводом подвижной траверсы, выпускаемые как в нашей стране (фирма «Точприбор» г. Иваново), так и за рубежом («Zwick/Roell», «Instron», «Walter + Bai AG» и др.). У таких машин подвижная траверса перемещается по двум (или четырем) направляющим колоннам с помощью ходовых винтов, приводимых во вращение серводвигателем через различного рода передачи (червячные, клиноременные, конические и др.).

Одним из прототипов заявляемой машины можно принять машину электромеханическую для испытания образцов материалов на растяжение, сжатие и изгиб типа ИР-5145-500 производства фирмы «Точприбор» г. Иваново. У этой машины подвижная траверса перемещается по четырем направляющим колоннам и приводится в движение двумя ходовыми винтами. Зона растяжения расположена между подвижной траверсой и основанием. Захваты связаны с подвижной траверсой и основанием. Зона сжатия расположена между подвижной и неподвижной траверсами.

К недостаткам этой машины, а также машин зарубежных фирм, приведенных выше, можно отнести:

1. Захваты не имеют шарнирных узлов, что может инициировать большую величину несоосности приложения нагрузки к образцу и соответственно большую величину сопутствующего изгиба. Кроме того, один из захватов жестко связан с датчиком силы, закрепленным на подвижной траверсе, и при разрушении образца динамическое воздействие массы захвата передается на датчик силы, что сокращает ресурс его работы.

2. Направляющие колонны и ходовые винты сочленены с основанием и неподвижной траверсой, и подвижная траверса перемещается по четырем колоннам и двум ходовым винтам. Для того, чтобы траверса при таком количестве сопряжений перемещалась свободно, необходимо или обеспечивать большой зазор в местах сопряжений, что может вызвать отклонение от соосности в разных положениях траверсы, или все сопрягаемые детали выполнять с высокой точностью, что усложняет и удорожает конструкцию нагружающего устройства.

Этих недостатков лишена заявляемая машина.

На прилагаемой схеме изображена заявляемая машина, которая включает следующие детали и узлы:

1. Нагружающее устройство А1, содержащее:

- два червячно-винтовых редуктора 1, закрепленных к нижней плоскости основания 2 симметрично относительно оси нагружающего устройства, связанных между собой муфтой 3, винты 4 которых приводятся во вращение серводвигателем 5 через червячные передачи 6;

- подвижную траверсу 7 с закрепленными в ней гайками 8, сопряженными с ходовыми винтами 4;

- неподвижную траверсу 9, жестко связанную с основанием 2 двумя гладкими колоннами 10 с помощью гаек 11;

- шариковые втулки 12, зафиксированные в подвижной траверсе 7 с помощью фланцев 13;

- датчик силы 14, закрепленный к нижней плоскости подвижной траверсы 7 с помощью винтов 15;

- захваты для закрепления испытуемых образцов: верхний 16, сочлененный с неподвижной траверсой 9 с помощью шпильки 17 и двух шарнирных узлов 18, и нижний 19, сочлененный с датчиком силы с помощью шпильки 20, связанной с захватом, корпусом 21 с расположенным в нем шарнирным узлом 22 и шпильки 23, связанной с датчиком силы 14 (в исходном положении нижний захват опирается на демпфирующую прокладку 31, установленную в расточке подвижной траверсы 7, а шарнирный узел 22 - разомкнут);

- верхнюю опору 24 для испытания на сжатие, закрепленную с помощью резьбы на датчике силы (при установке приспособления для испытания на изгиб к датчику силы крепится опора 25 со сменными ножами 26;

- нижнюю опору 27 для испытания на сжатие, установленную на основании 2 и сочлененную с ним с помощью штифта (при испытании на изгиб на основание устанавливается изгибная траверса 28);

- датчик перемещения 29, корпус которого закреплен на подвижной траверсе 7, а тяга 30, связанная с кареткой датчика, - на неподвижной траверсе 9;

- виброопоры 32 для установки нагружающего устройства на полу;

2. Насосную установку А2, содержащую:

- насос низкого давления 33;

- насос высокого давления 34;

- клапаны предохранительные низкого 35 и высокого 36 давления;

- манометры 37 и 38, установленные в магистралях низкого и высокого давления;

- обратный клапан 39;

- два распределителя 40 для управления захватами (открытие-закрытие).

Заявляемая машина работает следующим образом.

Серводвигатель 5, скорость вращения которого регулируется с помощью системы управления, через червячные передачи 6 вращает шариковые ходовые винты 4, которые, взаимодействуя с гайками 8, закрепленными в корпусе траверсы 7, перемещают ее вверх - вниз, при этом траверса направляется по гладким колоннам 10 с помощью шариковых втулок 12.

При испытании на растяжение образца 41, закрепленного в захватах 16 и 19 с помощью распределителей 39, серводвигатель 5 перемещает траверсу 7 вниз в соответствии с программой, заложенной в систему управления. В процессе испытания датчик силы 14 информирует о величине нагрузки на образце, а датчик перемещения 29 - о положении подвижной траверсы 7. Нагружение образца может осуществляться как с обратной связью по силе (мягкий режим), так и с обратной связью по перемещению (жесткий режим).

После завершения испытания и удаления половинок разрушенного образца из захватов серводвигатель возвращает траверсу в исходное положение.

При испытании на сжатие в зоне сжатия устанавливаются опоры: нижняя 27 центрируется на основании 2 с помощью штифта, и верхняя 21, закрепленная к датчику силы 14 с помощью резьбы. Испытуемый образец 42 устанавливается на нижнюю опору и подвижная траверса, перемещаясь вниз с помощью серводвигателя 5, нагружает его через верхнюю опору 24 по заданной программе. В процессе испытания датчик силы 14 информирует о нагрузке на образце, а датчик перемещения 29 - о положении подвижной траверсы.

При испытании на изгиб на месте нижней опоры устанавливается изгибная траверса 28, а на месте верхней опоры - опора 25 со сменными ножами 26.

Испытуемый образец 43 устанавливается на опорные ролики изгибной траверсы 28 и подвижная траверса 7, перемещаясь вниз, с помощью ножа 26 изгибает образец до заданного угла или до появления первой трещины.

Сущность изобретения заключается в следующем:

1. При испытании на растяжение нижний захват, сочлененный с подвижной траверсой через датчик силы шарнирным узлом, устанавливается в положение, соосное с осью приложения силы к образцу, и при разрушении образца шарнир, связывающий датчик силы с нижним захватом, размыкается, освобождая датчик силы от динамического воздействия массы нижнего захвата, которое через демпфирующую прокладку воспринимает корпус подвижной траверсы.

Эта часть изобретения наиболее эффективна - обеспечивается соосное приложение силы к образцу при минимальном сопутствующем изгибе и повышается надежность датчика силы.

2. Ходовые винты, закрепленные в червячных колесах редукторов, сочленяются с гайками подвижной траверсы, при этом концы винтов остаются свободными. Такая конструкция обеспечивает свободное перемещение подвижной траверсы по направляющим колоннам с минимальным зазором в шариковых втулках. Ходовые винты, не связанные с неподвижной траверсой (в аналогах они связаны), за счет малой поперечной жесткости практически не оказывают никакого воздействия на перемещение подвижной траверсы по направляющим колоннам.

Изобретение относится к средствам (испытательным машинам) и методам механических испытаний материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Машина содержит двухзонное нагружающее устройство, содержащее основание и неподвижную траверсу, жестко связанные между собой двумя гладкими колоннами, по которым с помощью серводвигателя и двух червячно-винтовых передач перемещается подвижная траверса, образуя зоны растяжения и сжатия, датчик силы, закрепленный к подвижной траверсе со стороны зоны сжатия, два захвата для закрепления испытуемых образцов в зоне растяжения: верхний, зафиксированный в неподвижной траверсе двумя шарнирными узлами в положении, соосном с осью приложения силы к испытуемому образцу, и нижний - сочлененный с подвижной траверсой через датчик силы, две опоры для испытания на сжатие, установленные в зоне сжатия, датчик перемещения, а также включающая насосную установку, содержащую насос низкого давления, насос высокого давления, клапаны предохранительные низкого и высокого давления, распределители для управления закрытием и открытием захватов, манометры для регистрации давления в магистралях низкого и высокого давления. При испытании на растяжение нижний захват, сочлененный с подвижной траверсой через датчик силы шарнирным узлом, устанавливается в положение, соосное с осью приложения силы к образцу и при разрушении образца шарнир, связывающий датчик силы с нижним захватом, размыкается, освобождая датчик силы от динамического воздействия массы нижнего захвата, которое воспринимает корпус подвижной траверсы через демпфирующую прокладку. Технический результат: обеспечение соосности приложения силы к образцу при минимальном сопутствующем изгибе и повышение надежности датчика силы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Машина испытательная сервомеханическая для механических испытаний образцов материалов на растяжение, сжатие и изгиб, включающая двухзонное нагружающее устройство, содержащее основание и неподвижную траверсу, жестко связанные между собой двумя гладкими колоннами, по которым с помощью серводвигателя и двух червячно-винтовых передач перемещается подвижная траверса, образуя зоны растяжения и сжатия, датчик силы, закрепленный к подвижной траверсе со стороны зоны сжатия, два захвата для закрепления испытуемых образцов в зоне растяжения: верхний, зафиксированный в неподвижной траверсе двумя шарнирными узлами в положении, соосном с осью приложения силы к испытуемому образцу, и нижний - сочлененный с подвижной траверсой через датчик силы, две опоры для испытания на сжатие (или приспособление для испытания на изгиб), установленные в зоне сжатия, датчик перемещения, а также включающая насосную установку, содержащую насос низкого давления, насос высокого давления, клапаны предохранительные низкого и высокого давления, распределители для управления закрытием и открытием захватов, манометры для регистрации давления в магистралях низкого и высокого давления, отличающаяся тем, что при испытании на растяжение нижний захват, сочлененный с подвижной траверсой через датчик силы шарнирным узлом, устанавливается в положение, соосное с осью приложения силы к образцу и при разрушении образца шарнир, связывающий датчик силы с нижним захватом, размыкается, освобождая датчик силы от динамического воздействия массы нижнего захвата, которое воспринимает корпус подвижной траверсы через демпфирующую прокладку.

2. Машина испытательная по п. 1, отличающаяся тем, что ходовые винты, закрепленные в червячных колесах, сочленяются только с ходовыми гайками, закрепленными в подвижной траверсе.