Приспособление для испытания ударом Российский патент 2024 года по МПК G01M7/00 G01N3/48 

Изобретение относится к испытательной технике, предназначенной для определения износа или деформации формы в испытуемых объектах, подвергаемых ударным нагрузкам, и, в частности, в ударниках.

Под износом или деформацией формы здесь понимается смещение материала из его исходного положения на твердой поверхности под действием другой поверхности. Оценка износа бывшего в эксплуатации объекта обычно часто включает измерение рельефа поверхности образца до ударного нагружения и того же образца после нагружения. Типичная конструкция одного из ударных элементов, о которых ниже пойдет речь, раскрыта, например, в способе контроля работоспособности гальваноударного механизма (пат. RU №2281452, F41A 19/59, от 10.07.2002). Отличие процесса деформации ударников от обычного удара о наковальню заключается в том, что оконечная часть ударника работает с проникновением в материал корпуса капсюля гильзы. Поэтому при испытаниях таких объектов важно соблюсти условия удара с проникновением в аналогичный по свойствам материал.

В технике ударных нагружений используются различные подходы. Например, при ударных испытаниях испытываемый объект может ускоряться с ударом о неподвижный элемент (пат. №2104509, G01M 7/08, от 10.08.1992) или подвергаться удару со стороны ударного элемента (пат. RU №2360225, G01M 17/06, G01N 3/34, от 09.07.2007, пат. RU №2079831, G01N3/42, от 17.06.1994, пат. RU №80953, G01N 3/30, от 09.07.2007). Кроме того, испытываемые изделия могут соударяться друг о друга (заявка RU №94037362, G01M7/00, от 05.10.1994, пат. RU №2759709, G01M7/00, G01N 3/34, от 20.12.2020). Ускорение ударного элемента при таких испытаниях достигается, например, силой тяжести, давлением воздуха, электрическим, электромагнитным приводом, взрывом или усилием пружины. Кроме того, могут использоваться и комбинации названных средств.

Так же известен способ оценки деформируемости материала при локальном выдавливании, в котором за меру деформируемости принимают отношение пластической деформации толщины материала в вершине выпучины, образованной ударом бойка со сферическим торцом, к скорости удара (пат. RU №2137107, G01N 3/28, от 06.07.1995). Техническое решение развивает способ испытания листового материала при вдавливании сферического штампа в образец, защемленный по контуру описываемый в ГОСТ 10510-80 "Металлы. Способ испытания на выдавливание листов и лент по Эриксену" за счет применения ударного воздействия вместо медленного нагружения. Качество металла по ГОСТ оценивают по глубине лунки, при которой появляется сквозная трещина. Сам удар бойком со сферическим торцом в вышеназванном способе выполняют в пороховой или пневматической установке, а исследуемый материал служит наковальней для бойка. То есть в описываемом решении исследуется деформируемость материала, а возможность деформации сферического бойка не предполагается, особенно если он используется многократно. Данных о том, с какими по размеру бойками могут работать названые установки в описании не приведено, ввиду описания только способа. Аналогичный по сути подход реализован в техническом решении описывающим измеритель удара, использующий ударный шарик субмиллиметрового размера для определения динамической твердости и реакции на удар магнитного диска (пат. US №6050127, G01N3/30, от 9.07.1999). Устройство позволяет последующее наблюдение, например, с помощью поверхностного профилометра или микроскопа высокой мощности, характеристик лунки, сделанной в материале мишени свободно падающим ударяющим шаром, и интерполяцию наблюдаемых характеристик в аналитические стандарты, которые для данного размера шарика, веса и высоты падения указывают на динамическую твердость материала диска в месте испытания.

К пружинным ускорителям относится, например, устройство для испытания на удар, предназначенное для определения напряженно-деформированного состояния металлоконструкций из ферромагнитных сталей и в котором ускорение индентора выполняется подпружиненным ударником (пат. RU №80953, G01N3/30, 09.07.2007). При этом индентор выполнен в виде цилиндра из немагнитного материала с металлическим шариком на конце, а ударник выполняет роль передающего усилие пружины звена. Размеры ударника задаются пружиной, а индентора жестко устанавливаются диаметром трубы. Предлагаемое решение не предназначено для испытания на деформируемость шарообразного наконечника индентора. Еще один путь для ударных нагружений описан в решении, где воздействие создается повышением давления внутри трубы (пат. RU №2685070, G01B 5/08, G01B 21/10, от 28.09.2018). Изменение диаметра при этом измеряют достаточно простым специализированным устройством.

Другой подход к выполнению ударных испытаний заключается в ударе испытываемого объекта о наковальню (А.с. №815550, G01M 7/00, G01P 21/00, 04.04.1979, А.с. №991218, G01M 7/00, 29.07.1981). Удар изделия осуществляется с использованием свободного падения или силового возбудителя, те самым проверяется его удароустойчивость. Количество таких ударов определяется характером испытуемого изделия и если это какой-то прибор, то определяется техническими требованиями. При этом наковальня из-за твердости не может иметь деформационной лунки и испытываемый объект упруго отскакивает от нее. Для наблюдения деформации объекта нужно выполнить определенное количество ударов. То есть такая конструкция не подходит для выполнения испытаний на деформируемость объекта с проникновением в материал определенной твердости.

Наиболее близким решением будет конструкция содержащая силовой элемент с передающим механизмом, механизм взвода и опускания ударного элемента на испытываемый объект (пат. RU №2360225, G01M 17/06, G01N 3/34, от 09.07.2007). Здесь червячный редуктор в составе передающего механизма обеспечивает передачу вращающего момента от силового устройства последовательно на упругую муфту и маховик с одним роликом, который обеспечивает нагрузку коромысла с ударным элементом или ударником при преодолении силы сжатия пружины механизма нагружения. Изменение частоты ударов достигается увеличением количества роликов, а амплитуда ударов смещением роликов по радиусу. При этом коромысло установлено на оси над рамой. Также с другой стороны рамы на выступающей стойке устанавливается упор, к которому крепится подставка с испытываемом материалом. Это делает конструкцию довольно объемной с повышенной материалоемкостью. Кроме того, удар может наноситься только в одну точку объекта. А о проникновении ударника на заданную глубину в закаленный объект здесь не сообщается. Конструкция для таких испытаний не предназначена.

Задачей изобретения является усовершенствование конструкции приспособления для испытаний на удар и расширение ее технических возможностей для испытаний ряда типоразмеров ударных элементов.

Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемого технического решения, сводится к усовершенствованной конструкции приспособления, позволяющего испытывать ряд типоразмеров ударных элементов. Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в разработке конструкции приспособления для испытания ударников разного типоразмера. Технический результат достигается тем, что в приспособлении для испытания на удар, содержащем силовой агрегат с передающим усилие механизмом и механизм взвода и опускания ударника, изменения выполнены в зубчатом колесе передающего механизма в виде ряда пазов для штырей попеременно воздействующих на ось механизма взвода, которые могут в них переставляться для изменения пути, пройденного ударником до удара, а испытываемые ударники разного типоразмера закрепляются в соответствующие блоки, фиксируемые одинаковым образом под действием указанного механизма взвода, при этом удар выполняется с проникновением на заданную глубину в тело контрольной пластины, перемещаемой в пазу корпуса приспособления в другое положение после каждого удара, причем сменные детали блока имеют характеристики, подобранные для удара с проникновением в тело контрольной пластины на заданную глубину. Целесообразно дополнить приспособление средством механического перемещения контрольной пластины после удара на позицию для следующего удара.

Кроме того, приспособление дополнительно оснащается набором сменных деталей для закрепления испытываемых элементов разного типоразмера в одном и том же корпусе сменного блока.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен вид спереди предлагаемого приспособления для испытания на удар, на фиг. 2 показан вид сбоку. На фиг .3 изображен вид в разрезе блока содержащего испытываемый объект. Как видно, здесь на фиг. 1 отмечены сварной корпус 1, зубчатые колеса 3, 4, 5, 8, 13, силовой привод 6, валы 2, 7, направляющая рейка 9, ось взвода 10 с рычагом, имеющим поверхность А, корпус держателя испытываемого ударника (ударного элемента) 11, (обозначение для ударника приведено на фиг. 3) ключ 12. По диаметру расположено шесть пазов с профилем поверхности Б для штырей, показанных на следующем рисунке. Пазы необходимы для изменения величины радиуса вращения указанных штырей и соответственно высоты подъема ударника.

На фиг. 2 также указаны, на корпусе 1 силовой привод 6, валы 2 и 7, ключ 12. Кроме того показана контрольная пластина 14, штыри (шесть штук) 15 на колесе 13, болты 16 для крепления корпуса 11, валы 17,18 и 19, и пружина 20, для прижатия контрольной пластины 14 с опорой поверхности паза. Здесь зубчатое колесо 13 со своими штырями 15, воздействует на части механизма взвода и опускания ударника, состоящего из взвода ударника 21 и втулки, имитирующей корпус ударника 22. Указанный паз для контрольной пластины 14 выделен выносной стрелкой В в направляющей рейке 9 и дает возможность ручного или механического перемещения пластины соответствующим средством после каждого удара.

На фиг. 3 приведен сменный блок, расположенный в корпусе 11, в котором имеются: ключ 12, контрольная пластина 14, взвод ударника 21, втулка имитирующая корпус ударника 22, сварной корпус приспособления 1, резьбовая пробка 23, шайба 24, силовая пружина 25, вкладыш 26, испытываемый ударник 27. Верхнее положение втулки имитирующей ударник 22 обозначено как позиция Г, нижнее положение этой же втулки как - Д. А символ Н означает расчетную высоту подъема ударника или путь проходимый ударником. Поверхность Е служит местом крепления сменного блока. На приведенных рисунках в передающий усилие механизм входят валы и зубчатые колеса. Механизм взвода и опускания определяют ось взвода, штыри, втулка имитирующая корпус ударника, силовая пружина.

Приспособление для испытания ударом ударного элемента (ударника) работает в следующей последовательности.

Испытываемый ударник 27 устанавливается в сменный узел (фиг. 3), который имеет вкладыш 26, втулку имитирующую корпус ударника 22, силовую пружину 25, пробку 23, шайбу 24, ключ 12 и корпус 11, в который собираются данные детали. Данный собранный узел затем устанавливается на поверхность Е на расчетную высоту Н в приспособлении и крепится болтами 16 (фиг. 2). При установке данного узла на корпус приспособления для испытания, втулка имитирующая корпус ударника 22, имеет возможность вертикального перемещения при приведении во вращение силового агрегата 6 (фиг. 2). При вращении силового агрегата 6 запускается система вращения всех зубчатых колес 3, 4, 5, 8, 13 на системе валов 2, 7, 17, 18, 19 за счет передачи крутящего момента от зубчатого колеса 3 на зубчатое колесо 13 со штырями 15, которые последовательно, входят в контакт с поверхностью А оси взвода 10 (фиг. 1), вследствие этого происходит вращение вала 19 и вращение оси взвода ударника 21 (фиг. 3). Носик взвода ударника при подъеме входит в зацепление со втулкой ударника 22 и начинает поднимать втулку 22 с установленным в нее вкладышем 26, вследствие чего происходит сжатие пружины 25. В момент схода штыря 15 с поверхности А, втулка ударника резко возвращается в начальное положение, тем самым опуская вкладыш 26 и все сопряженные с ней элементы, и соответственно, происходит удар оконечной части ударника 27 в контрольную пластину 14, которая устанавливается в направляющую рейку 9. При этом происходит поворот оси взвода 10 и поверхность А рычага оси взвода 10 подходит к следующему штырю 15 для выполнения последующего цикла взвода и опускания ударника.

После выполнения заданного числа ударов испытываемый объект проходит визуальный или инструментальный контроль, например, на устройстве для измерения профиля. При отсутствии отклонений превышающих заданные, испытываемый объект признается прошедшим испытания.

Приспособление для испытания на удар обеспечивает взвод и опускание ударника в контрольную пластину 14, в десять разных мест при перемещении пластины после каждого удара. Подъем и удар испытываемого ударника в контрольную пластину происходит примерно за 1 оборот силового агрегата 6.

Для контроля ударной стойкости ударника пружина 25 имеет усилие выше усилия штатной рабочей пружины на заданную величину. Взвод ударника 22 обеспечивает подъем ударника 27 на размер 15…17 мм. Удар испытуемого ударника 27 происходит с достаточным усилием, чтобы оставить след на контрольной пластине 14 глубиной 0,4…0,45 мм. Шайба 24 (фиг. 3) используется для дополнительной регулировки усилия создаваемого пружиной 25.

При испытании ударных элементов другого типоразмера детали в корпусе 11 заменяются на части конструкции соответствующие испытываемому размеру ударника. Из деталей для каждого типоразмера в итоге получается набор сменных деталей, обеспечивающих требуемое проникновение в контрольную пластину по глубине. При этом силовая пружина может также меняться при необходимости, если не дает расчетного проникновения. В случае, если размеры испытываемого ударника не позволяют воспользоваться соответствующими сменными деталями, то сменный блок для этого ударника изготовляется отдельно вместе с требуемыми деталями. Таким образом, после выполнения испытания на удар и проверки наличия изменения профиля дается заключение о соответствии объекта испытаний техническим условиям.

В принципе предлагаемое решение позволяет использовать приспособление для испытания ударом на циклическую деформируемость испытуемого объекта.

На разработанную конструкцию разработана конструкторская документация и выполняются тестовые испытания.

Изобретение относится к испытательной технике, предназначенной для определения износа или деформации формы в испытуемых объектах, подвергаемых ударным нагрузкам, и, в частности, в ударниках. Приспособление для испытания на удар содержит силовой агрегат с передающим усилие механизмом, механизм взвода и опускания ударника. При этом в зубчатом колесе передающего механизма выполнен ряд пазов для штырей, попеременно воздействующих на ось механизма взвода, которые могут в них переставляться для изменения пути, пройденного ударником до удара, а испытываемые ударники разного типоразмера закрепляются в соответствующие блоки, фиксируемые одинаковым образом под действием указанного механизма взвода, при этом удар выполняется с проникновением на заданную глубину в тело контрольной пластины, перемещаемой в пазу корпуса приспособления в другое положение после каждого удара, причем сменные детали блока имеют характеристики, подобранные для удара с проникновением в тело контрольной пластины на заданную глубину. Технический результат – расширение функциональных возможностей стенда за счет испытания ударников разного типоразмера. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Приспособление для испытания на удар, содержащее силовой агрегат с передающим усилие механизмом, механизм взвода и опускания ударника, отличающееся тем, что в зубчатом колесе передающего механизма выполнен ряд пазов для штырей, попеременно воздействующих на ось механизма взвода, которые могут в них переставляться для изменения пути, пройденного ударником до удара, а испытываемые ударники разного типоразмера закрепляются в соответствующие блоки, фиксируемые одинаковым образом под действием указанного механизма взвода, при этом удар выполняется с проникновением на заданную глубину в тело контрольной пластины, перемещаемой в пазу корпуса приспособления в другое положение после каждого удара, причем сменные детали блока имеют характеристики, подобранные для удара с проникновением в тело контрольной пластины на заданную глубину.

2. Приспособление по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно оснащается набором сменных деталей для закрепления испытываемых элементов разного типоразмера в одном и том же корпусе сменного блока.