МАШИНА ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ УНИВЕРСАЛЬНАЯ СЕРВОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ, СЖАТИЕ, ИЗГИБ И МАЛОЦИКЛОВУЮ УСТАЛОСТЬ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ-СЖАТИИ Российский патент 2019 года по МПК G01N3/08 

Изобретение относится к средствам (испытательным машинам) и методам механических испытаний материалов на растяжение, сжатие, изгиб и малоцикловую усталость при растяжении - сжатии.

Известны универсальные машины типа МИРИ с двумя нагружающими устройствами - нагружающее устройство для испытания на растяжение с двумя плунжерными одностороннего действия цилиндрами, и нагружающее устройство для испытания на сжатие и изгиб с одним центральным плунжерным цилиндром. Машины МИРИ серийно выпускались ООО «НИКЦИМ Точмашприбор» совместно с ООО «ЗИМ Точмашприбор».

По своим функциональным возможностям и конструктивным решениям нагружающего устройства на растяжение машины МИРИ наиболее близки к заявляемой машине и могут быть приняты за прототип.

К недостаткам этих машин можно отнести:

1. Наличие двух нагружающих устройств, что требует больших площадей при установке машины в лаборатории, а для небольших лабораторий это существенно.

2. У нагружающего устройства на растяжение силовая рама разомкнута, т.е. подвижная часть рамы, состоящая из плунжеров-колонн, траверсы и верхнего захвата, свободно перемещается относительно неподвижной части рамы, состоящей из корпусов цилиндров, основания и нижнего захвата, в результате при разрыве образца обе части рамы разлетаются в разные стороны и вся энергия разрушения образца через основание передается в виде динамического воздействия на пол.

Для восприятия этого воздействия требуется фундамент, к которому крепится нагружающее устройство с помощью фундаментных болтов. Это требует от лабораторий специальных мест под фундамент и больших затрат для его строительства.

3. Верхний захват, скрепленный с датчиком силы, представляющий собой стержень с наклеенными тензорезисторами, свободно подвешен к траверсе на шарнире и при разрушении образца в результате динамического воздействия «подпрыгивает», что уменьшает надежность датчика силы.

Практика эксплуатации машин МИРИ показала, что у нагружающего устройства на растяжение часто по этой причине происходит обрыв цепи питания тензорезисторов датчика силы.

4. На обоих нагружающих устройствах подвижные части возвращаются в исходное положение под собственным весом.

Это вызывает неудобства, так как скорость опускания зависит от зазоров в плунжерных парах, вязкости и температуры масла и др.

Этих недостатков лишена заявляемая машина.

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

1. Нагружающее устройство А1, содержащее:

- два гидроцилиндра, расположенных симметрично относительно оси нагружающего устройства, каждый из которых состоит из корпуса 1 и поршня со штоком 2, образующих рабочие гидравлические уплотненные полости «С» и «D»; штоки 2 цилиндров жестко скреплены с траверсой 3 двумя гайками 4 каждый, а корпуса 1 - с основанием 5 с помощью болтов 6;

- датчик силы 7, скрепленный с основанием 5 с помощью шпильки 8 и двух шарнирных узлов 9 и 10, работающий на растяжение - сжатие;

- два захвата для закрепления испытуемых образцов - верхний 11, скрепленный с траверсой 3 с помощью шпильки 12 и двух шарнирных узлов 13 и 14, и нижний 15, скрепленный с датчиком силы 7 с помощью шпильки 16;

- дроссель малого сечения 17, соединяющий полости «С» и «D» гидроцилиндров;

- датчик перемещения 18, корпус которого закреплен на основании 5, а тяга, связанная с кареткой - на траверсе 3;

- вибрационные опоры 19 для установки нагружающего устройства машины на полу.

2. Насосную установку А2, содержащую:

- насос высокого давления 20;

- манометр 21 для контроля давления в напорной магистрали;

- два распределителя 22 для управления захватами 11 и 15 (открытие - закрытие);

- клапан предохранительный 23 для защиты магистрали высокого давления от перегрузки;

- компенсатор давления 24, обеспечивающий постоянный перепад давления на рабочих кромках «А» и «В» сервоклапана;

- сервоклапан 25, управляющий процессом нагружения образца;

- бак 26 для помещения рабочей жидкости; на баке размещается вся гидроаппаратура, электродвигатель и силовая электроаппаратура.

3. Приспособление для испытания на сжатие A3, содержащее:

- нижнюю плиту 27, устанавливаемую на нижний захват и центрируемую штифтами 28;

- верхнюю плиту 29, крепящуюся к верхнему захвату винтами 30 и центрируемую штифтами 31.

4. Приспособление для испытания на изгиб А4, содержащее:

- изгибную траверсу 32, устанавливаемую на нижний захват и центрируемую штифтами 33;

- опору 34 с набором ножей 35, крепящуюся к верхнему захвату винтами 36 и центрируемую штифтами 37.

Заявляемая машина работает следующим образом.

Рабочая жидкость от насоса 20 по магистрали высокого давления «Р» подается на вход сервоклапану 25, который через каналы «А», «В» и «Т» управляет перемещением вверх-вниз подвижной рамы нагружающего устройства, состоящей из поршней со штоками 2, траверсы 3 и верхнего захвата 11.

При испытании на растяжение подвижная рама с помощью сервоклапана перемещается вверх, нагружая образец 38, закрепленный в захватах 11 и 15 с помощью распределителей 22, по заданной программе, при этом датчик силы 7 информирует о величине нагрузки на образце, а датчик перемещения 18 о положении верхнего захвата 11.

После завершения испытания и удаления половинок разрушенного образца, сервоклапан возвращает верхний захват в исходное положение.

При испытании на сжатие на захваты устанавливаются нижняя плита 27 и верхняя 29. Перед установкой плит из захватов необходимо вынуть обоймы для закрепления образцов, испытуемых на растяжение, а корпуса захватов «закрыть» с помощью распределителей 22. Испытуемый образец 39 устанавливается на нижнюю плиту 27 и подвижная рама, перемещаясь вниз с помощью сервоклапана 25, нагружает его по заданной программе через верхнюю плиту 29, при этом датчик силы 7 информирует о величине нагрузки сжатия на образце, а датчик перемещения 18 - о положении верхней плиты.

При испытании на изгиб на месте нижней плиты 27 устанавливается изгибная траверса 32, а на месте верхней плиты 29 - опора 34 со сменными ножами 35. Испытуемый образец 40 устанавливается на опорные ролики изгибной траверсы 32 и подвижная рама, перемещаясь вниз, с помощью ножа 35 изгибает образец до заданного угла или до появления первой трещины.

При испытании на малоцикловую усталость по ГОСТ 25.502 с переходом через ноль образец, закрепленный в захватах, нагружается с помощью сервоклапана на растяжение - сжатие по заданной программе с частотой циклического нагружения до 0,5 Гц в мягком режиме (при поддержании нагрузки) или в жестком режиме (при поддержании деформации), при этом система измерения машины записывает диаграмму цикла в координатах «нагрузка - деформация».

Перед началом испытания в захватах закрепляется эталонный цилиндрический образец, изготовленный с высокой точностью, и нагружается нагрузкой на растяжение до величины, превышающей предельную на 15-20%, при этом захваты с помощью шарниров 9 и 14 устанавливаются в положение, соосное с прилагаемой силой, и фиксируются в этом положении с помощью сферических гаек шарнирных узлов 10 и 12. Под этой же нагрузкой окончательно затягиваются нижние гайки 4 траверсы 3, гайки захватов 11 и 15 и гайки датчика силы 7, обеспечивая безлюфтовое нагружение при переходе через ноль.

После снятия нагрузки и удаления эталонного образца, захваты остаются зафиксированными в положении, соосном с осью приложения силы.

Эта соосность сохраняется в дальнейшем при испытании образцов.

Сущность изобретения заключается в следующем:

1. На нагружающем устройстве установлены цилиндры двустороннего действия (двуполостные).

Это дало следующий результат:

- обеспечило на одном нагружающем устройстве выполнение всех функций прототипа (машин с двумя нагружающими устройствами), что значительно уменьшило площадь, занимаемую машиной, упростило систему управления и уменьшило стоимость машины;

- при разрушении образца динамическая сила через верхние полости «D» гидроцилиндров замыкается на неподвижной части рамы и не передается на пол (в отличие от прототипа), т.е. нагружающее устройство не требует фундамента и может устанавливаться на вибрационных опорах прямо на полу;

- установка гидроцилиндров на верхнюю плоскость основания существенно уменьшает высоту нагружающего устройства (гидроцилиндры, в отличие от прототипа, не участвуют в формировании высоты), а это позволяет транспортировать нагружающее устройство в вертикальном положении, что упрощает конструкцию транспортной тары.

2. Сочленение верхнего захвата с траверсой с помощью шпильки с двумя шарнирными узлами и сочленение нижнего захвата, жестко скрепленного с датчиком силы, с основанием также с помощью шпильки с такими же шарнирными узлами, замыкаемыми на основании после приложения к эталонному образцу нагрузки, несколько превышающей предельную, обеспечивает сохранение захватами соосного приложения силы к образцу при последующих испытаниях и позволяет машине испытывать образцы на малоцикловую усталость при растяжении - сжатии с безлюфтовым переходом в районе нуля.

3. Для более качественного управления нагружением испытуемого образца, верхние и нижние полости гидроцилиндров соединены между собой дросселем малого сечения, что обеспечивает небольшой расход жидкости из рабочих полостей гидроцилиндров в сливные и работу сервоклапана на одной кромке без подключения сливной кромки, за счет чего улучшается качество управления.

Изобретение относится к средствам (испытательные машины) и методам механических испытаний материалов на растяжение, сжатие, изгиб и малоцикловую усталость. Машина содержит основание, два гидроцилиндра, закрепленных на верхней плоскости основания симметрично относительно оси нагружающего устройства, траверсу, скрепленную со штоками гидроцилиндров, два захвата для закрепления испытуемых образцов, датчик силы, датчик перемещения, приспособление для испытания на сжатие, содержащее нижнюю и верхнюю плиты, устанавливаемые на захваты нагружающего устройства, приспособление для испытания на изгиб, содержащее изгибную траверсу с опорными роликами для установки образца и опору с комплектом ножей, устанавливаемые на захваты нагружающего устройства, а также насосную установку, содержащую насос высокого давления, клапан предохранительный, гидрораспределители для управления захватами, компенсатор давления и сервоклапан для управления гидроцилиндрами (нагружением образца). Гидроцилиндры, установленные на верхнюю плоскость основания, выполнены уплотненными с двумя полостями: нижние полости соединены с каналом «А» сервоклапана, верхние - с каналом «В», а между собой обе полости соединены через дроссель малого сечения. Технический результат: значительное уменьшение площади, занимаемой машиной, упрощение системы управления и уменьшение стоимости машины, возможность устанавливать машину на вибрационных опорах прямо на полу, компактность, улучшение качества управления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Машина испытательная универсальная сервогидравлическая для механических испытаний образцов материалов на растяжение, сжатие, изгиб и малоцикловую усталость при растяжении-сжатии, включающая нагружающее устройство, содержащее основание, два гидроцилиндра, закрепленных на верхней плоскости основания симметрично относительно оси нагружающего устройства, траверсу, скрепленную со штоками гидроцилиндров, два захвата для закрепления испытуемых образцов, датчик силы, датчик перемещения, приспособление для испытания на сжатие, содержащее нижнюю и верхнюю плиты, устанавливаемые на захваты нагружающего устройства, приспособление для испытания на изгиб, содержащее изгибную траверсу с опорными роликами для установки образца и опору с комплектом ножей, устанавливаемые на захваты нагружающего устройства, а также насосную установку, содержащую насос высокого давления, клапан предохранительный, гидрораспределители для управления захватами, компенсатор давления и сервоклапан для управления гидроцилиндрами (нагружением образца), отличающаяся тем, что гидроцилиндры, установленные на верхнюю плоскость основания, выполнены уплотненными с двумя полостями: нижние полости соединены с каналом «А» сервоклапана, верхние - с каналом «В», а между собой обе полости соединены через дроссель малого сечения.

2. Машина испытательная по п. 1, отличающаяся тем, что нижний захват, жестко связанный с датчиком силы двустороннего действия, и верхний захват сочленяются соответственно с основанием и траверсой через шарнирные узлы, а между основанием и датчиком силы и траверсой и верхним захватом установлены дополнительные шарнирные узлы, с помощью сферических гаек которых, после приложения к эталонному образцу нагрузки, несколько превышающей предельную, захваты фиксируются в положении, соосном с прилагаемой к образцу силой, при этом обеспечивается безлюфтовый переход через ноль при испытании образцов на малоцикловую усталость.