Пресс испытательный электрогидравлический Российский патент 2024 года по МПК B30B1/32 B30B15/16 G01B13/24 G01L1/02 G01N3/10 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для механических испытаний образцов материалов на прочность в режиме сжатия и изгиба под давлением в различных производствах, например, на машиностроительных, дорожно-строительных, деревообрабатывающих, металлообрабатывающих, медицинских, химических, сельскохозяйственных и пищевых предприятиях.

Известны прессы испытательные гидравлические https://ued-lab.ru/catalog/obshchelaboratornoe-oborudovanie/ispytatelnye-mashiny/ispytatelnye-pressy/pressy-ispytatelnye-gidravlicheskie-tipa-ip/; http://www.zipo.ru/ip-0.html).

Известен пресс гидравлический для испытаний на изгиб сварных железнодорожных рельсов, который включает основание, силовой гидроцилиндр с поршнем, на котором установлен нажимной ролик, траверсу с двумя пассивными опорными роликами, расположенными симметрично относительно нажимного ролика, систему гидропривода нагружения и систему измерения силы и деформации испытываемого рельса. Траверса с пассивными опорными роликами и вспомогательными роликами выполнена в форме короба, защищающего от осколков разрушающихся рельсов, и закреплена непосредственно на силовом гидроцилиндре, выполненном в виде основания с элементами закрепления на фундаменте или на полу транспортного средства (патент RU2299416, МПК G01N 3/20, опубл. 20.05.2007 г.).

Недостатки известных гидравлических испытательных прессов заключаются в следующем:

- из-за двухколонного исполнения силовой рамы пресс неустойчив;

- устаревшая система нагружения и отображения данных;

- ограниченная функциональность - проведение испытаний на изгиб только определенных материалов;

- нет возможности проводить испытания в автоматическом режиме;

- сложный монтаж оборудования;

- дорогостоящее обслуживание и ремонт.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание пресса испытательного электрогидравлического с расширенными функциональными возможностями, обладающего надежностью и безопасностью.

Проблема решается, а технический результат достигается прессом испытательным электрогидравлическим, содержащим нагружающий модуль. Пресс снабжен программируемым логическим контроллером для автоматического управления прессом, датчиком давления и тросиковым энкодером, при этом нагружающий модуль включает основание с закрепленными на нем равноудаленными друг от друга по меньшей мере четырьмя колоннами, неподвижную поперечину, установленную на верхней части колонн, закрепленный на неподвижной поперечине с возможностью движения винт, на котором жестко закреплен маховик, закрепленную с возможностью вращения на нижнем конце винта посредством фланца плиту верхнюю с зафиксированными на ее боковой стенке направляющими для ограничения ее вращения, жестко закрепленный на основании силовой гидроцилиндр с установленным в нем с возможностью перемещения штоком, на верхнем которого установлена плита нижняя, поводок тросикового энкодера закреплен на нижней части плиты нижней, а корпус жестко закреплен на основании, силовой гидроцилиндр последовательно соединен через пропорционально-распределительный клапан и гидрораспределитель клапанного типа с масляным насосом высокого давления, приводной вал которого связан с электродвигателем, пропорционально-распределительный клапан выполнен с возможностью передачи объема жидкости на плиту распределительную, на которой смонтирован датчик давления, а программируемый логический контроллер соединен с пропорционально-распределительным клапаном, гидрораспределителем клапанного типа и электродвигателем.

Сущность поясняют иллюстрации, где показано:

На фиг.1 - функциональная схема заявляемого устройства;

На фиг. 2 - электрогидравлический шкаф, в котором могут быть размещены электронные и гидравлические компоненты управления нагружающим модулем устройства;

На фиг.3 - общий вид корпуса пресса с защитным ограждением;

На фиг.4 - блок-схема программы, управляющий работой устройства;

На фиг. 5 - пример протокола испытаний образца.

1 - силовой гидроцилиндр

2 - основание

3 - поперечина неподвижная

4 - винт, регулирующий высоту рабочей зоны (перемещает плиту верхнюю)

5 - колонна

6 - плита нижняя

7 - гайка

8 - маховик

9 - фланец для крепления плиты верхней

10 - плита верхняя

11 - направляющая плиты 10 с концевым переключателем

12 - кожух гидроцилиндра 1

13 - ограждение защитное круговое

14 - петля

15 - электрогидравлический шкаф управления

16 - гидробак для рабочей гидравлической жидкости

17 - гидроблок (включает насос высокого давления, переходные штуцера, фильтры)

18 - электродвигатель

19 - панель управления

20 - манометр

21 - радиатор

22 - гайка

23 - виброопора основания пресса

24 - шайба стопорная

25 - гидрораспределитель клапанного типа

26 - плита гидрораспределительная (для распределения потоков рабочей гидравлической жидкости)

27 - фильтр всасывающий

28 - масляный насос высокого давления

29 - делитель потока гидравлической жидкости

30 - клапан пропорционально-распределительный

31 - датчик давления

32 - тросиковый энкодер

33 - блок питания

34 - блок питания

35 - программируемый логический контроллер (ПЛК)

36 - драйвер шагового двигателя (управляющего пропорциональным клапаном 30)

37 - конвертер

38 - компьютер (ПК)

39 - контроллер фаз и напряжения

40 - плита распределительная.

Пресс испытательный электрогидравлический содержит нагружающий модуль, представляющий собой закрепленные на основании 2 колонны 5, на верхнюю часть которых установлена поперечина 3. Винт 4 подвижно закреплен на поперечине 3, например, через гайку 7. В поперечине от проворота винта может быть установлена крышка для подшипников, удерживающая винт. Вид и шаг резьбы выдерживают максимальную испытательную нагрузку и не позволяют винту самостоятельно изменять свое положение. Вращение винта осуществляется при помощи маховика 8, жестко закрепленного ближе к нижнему концу на винте 4. При вращении винта происходит подъем или опускание плиты верхней 10. Плита верхняя 10 закреплена на нижнем конце винта 4 при помощи фланца 9 и может вращаться вокруг своей оси и немного отклоняться от горизонтального положения. Направляющие 11 фиксируются на боковой стенке плиты 10 и не дают ей свободно вращаться вокруг своей оси, упираясь в колонны 5. На основании 2 установлен и жестко закреплен силовой гидроцилиндр 1. На основании гидроцилиндра установлен концевой выключатель (не показан), наличие которого ограничивает движение гидроцилиндра в диапазоне перемещения. В силовом гидроцилиндре свободно перемещается вверх и вниз шток. На верхнем конце штока жестко закреплен кожух 12 и установлена плита нижняя 6. К нижней части плиты 6 закреплен поводок тросикового энкодера 32. Корпус тросикового энкодера 32 жестко закреплен на основании 2. Гидроцилиндр соединен, например, гидравлическими рукавами высокого давления с масляным насосом. Напорный рукав высокого давления направляет рабочую жидкость от масляного насоса высокого давления 28 в основание силового гидроцилиндра 1 под шток и через него рабочая жидкость сливается в гидробак 16 в конце испытания. Рукав слива отводит утечки рабочей жидкости из верхней части силового гидроцилиндра 1 в гидробак 16. Нагружающий модуль может устанавливаться на рабочей площадке на виброопорах 23, которые жестко закреплены на гайках 22 колонн 5. Электронные и гидравлические компоненты управления нагружающим модулем могут быть расположены в шкафу 15. На поперечину 3 и основание 2 может быть закреплено круговое защитное ограждение 13 с помощью дверных петель 14.

Работа устройства показана на примере конкретного выполнения.

Оператор через ПК 38 оформляет пакет настроечных данных и алгоритм автоматического управления испытанием, затем пересылает настроечные данные на ПЛК 35 и дает команду на запуск испытания. Первый блок 33 питания запитывает ПЛК, модуль ввода (не показано), драйвер 36 шагового двигателя и энкодер 32. Второй блок 34 питания, аналогичный первому, выполняющий ту же функцию, запитывает промежуточное реле. С первого блока питания напряжение приходит на ПЛК 35, включается модуль ввода, получающий аналоговый сигнал с тензодатчика, и преобразует его в цифровой, который передается на ПЛК через интерфейс RS485. ПЛК преобразует цифровой сигнал с модуля ввода в усилие. Также ПЛК преобразует цифровые сигналы с энкодера в мм. Вся информация с ПЛК передается на ПК. ПК запускает программу для выполнения испытания. С ПЛК также запускается двигатель насоса. ПЛК 35 самостоятельно проводит испытания, регулируя поток рабочей жидкости, подаваемой на силовой гидроцилиндр 1, с помощью пропорционально-распределительного клапана 30 и гидрораспределителя клапанного типа 25 по поступающим показаниям с датчика давления 31 и тросикового энкодера 32 и заданным параметрам испытания.

Во время испытания масляный насос нагнетает масло в силовой гидроцилиндр 1. Создается рабочее давление посредством рабочей жидкости, залитой в гидробак 16 через заливную горловину с фильтром 27, откуда с помощью насоса 28 жидкость поступает к пропорционально-распределительному клапану 30, распределяющему потоки, далее на гидрораспределители 25, направляющие потоки гидравлической жидкости на гидроплиты 26 и плиту, регулирующую давление, также в гидробаке 16 имеется дополнительный предохранительный клапан, предохраняющий систему от избытка давления, установлен на гидроплитах. Масляный насос высокого давления 28 забирает рабочую жидкость из гидробака 16 через сетчатый всасывающий фильтр 27 и подает ее на делитель 29 потока гидравлической жидкости. Делитель потока регулирует заданное давление рабочей жидкости в напорной магистрали, а излишки жидкости сбрасывает обратно в гидробак 16 через радиатор охлаждения 21. Пропорционально-распределительный клапан 30 регулирует объем проходящей через него рабочей жидкости и передает ее на плиту распределительную 40. На плите распределительной 40 параллельно напорной магистрали смонтирован манометр 20 и датчик давления 31. Рабочая жидкость под давлением от плиты распределительной 40 подается по напорной магистрали в плиту гидрораспределительную 26. На плите гидрораспределительной 26 установлен управляемый гидрораспределитель клапанного типа 25, в котором поток рабочей жидкости распределяется: часть рабочей жидкости направляется через напорный рукав высокого давления в силовой гидроцилиндр 1; другая часть рабочей жидкости направляется в гидробак 16. Манометр 20 применяется для отслеживания давления, создаваемого системой.

Рабочая зона оснащена защитным экраном, лотком для сбора разрушенного образца.

Управление гидравлическими узлами осуществляется через электронные компоненты путем непосредственной передачи энергии с установленными характеристиками через кабели питания. Переменный ток от линии электропитания поступает через входной силовой кабель, через автоматический пакетный выключатель направляется в контроллер фаз и напряжения 39. Затем переменный ток направляется на кнопки панели управления 19. Блок питания 33 преобразует переменный ток 220В/50Гц в постоянный ток 24В и осуществляет подачу питания на датчик давления 31. Блок питания 34 преобразует переменный ток 220В/50Гц в постоянный ток 24В и осуществляет подачу питания на программируемый логический контроллер (далее по тексту «ПЛК») 35 и на тросиковый энкодер 32. Управляющий сигнал от ПЛК 35 поступает на драйвер 36 шагового двигателя пропорционально-распределительного клапана 30, на гидрораспределитель клапанного типа 25 и на управляющее реле включателя питания электродвигателя 18. ПЛК 35 не только управляет электронными компонентами по командам с ПК 38, но и преобразует аналоговые сигналы в цифровой код, хранит калибровочные данные измерительной системы, настройки ПИД-регулятора, обеспечивает автоматическое управление прессом по заданному алгоритму по обратной связи с датчиком давления 31 и тросиковым энкодером 32, обеспечивает автоматическую защиту всего пресса от превышения предельных технических характеристик. Связь ПК 38 с ПЛК 35 осуществляется через конвертер 37. ПЛК предназначен для сбора информации с датчиков (тензодатчика, датчика перемещения - энкодера, датчиков ограничения хода траверсы - концевиков), для управления двигателем насоса, работой шагового клапана. На ПК 38 и ПЛК 35 установлено программное обеспечение «M-Test АСУ» (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2016661983), которое позволяет визуализировать и определять текущие и максимальные значения нагрузки и деформации, поступающие с датчика давления 31 и тросикового энкодера 32, в режиме реального времени, преобразовывать их в физические величины в выбранной размерности, анализировать поступающие данные с построением графиков испытания и расчетом механических характеристик образцов испытания, формировать и отправлять на распечатку протоколы испытания, автоматически и в ручном режиме управлять процессом испытания, редактировать параметры графиков испытания; управлять процессом и скоростью нагружения во время испытания с ПК; математически обрабатывать данные; переводить данные в различные форматы; автоматически сохранять результаты группы образцов испытаний; формировать протоколы испытаний в соответствии с ГОСТ; экспортировать результаты испытания в Excel для возможности анализа данных за пределами программного комплекса; автоматически рассчитывать механические характеристики образцов по методике ГОСТ; автоматически отключать работу при превышении максимально допустимой нагрузки на 2%; проводить расширенные испытания с применением специальной оснастки; определять деформацию при использовании измерителей деформации различных модификаций и др.

В конце испытания ПЛК 35 подает команду на закрытие пропорционально-распределительного клапана 30 и команду на открытие гидрораспределителя клапанного типа 25. При возникновении аварийной ситуации ПЛК 35 подает команду на отключение питания электродвигателя 18 и на закрытие пропорционально-распределительного клапана 30 и команду на открытие гидрораспределителя клапанного типа 25.

Для размещения электронных и гидравлических компонентов управления нагружающим модулем устройства может быть использован электрогидравлический шкаф 15 (фиг.2), который в том числе обеспечивает контроль над распределением питания, защищает машину от перегрузок и замыканий, повышает надежность ее работы и позволяет свести к минимуму потери энергии. Электронные и гидравлических компоненты управления связаны с прессом посредством соединительных кабелей и проводов и гермовводов (сальников). Вся информация с ПЛК передается на компьютер 38 с помощью кабелей связи.

Заявляемый пресс позволяет проводить испытания в автоматическом режиме и с повышенной точностью измерения нагрузки, перемещения и деформации за счет установки высокопрецензионных датчиков; ПЛК позволяет обеспечивать систему обратной связи по контролю заданной скорости по нагружению, возрастанию напряжения, деформации образца; универсальность устройства, то есть возможность проводить испытания различных материалов; устойчивость за счет конструктивных особенностей - образование жесткой рамы колоннами, поперечиной и основанием, установление виброопор при необходимости; безфрикционная система нагружения обеспечивает полное отсутствие контактирующих поверхностей или быстроизнашивающихся частей, в связи с чем увеличивается срок службы оборудования, повышается надежность устройства, уменьшается шум от работы.

В заявляемом устройстве могут быть использованы:

программируемый логический контроллер (ПЛК) Delta DVP28SV11T2, ГОСТ Р 51841-2001 (МЭК 61131-2-92), https://owen.ru/product/plk210?utm_source=yandex&utm_medium=cpc&utm_campaign=67997660&utm_content=11445272786&utm_term=программируемые%20контроллеры%20delta&etext=2202.DbrOoLn0nxASHbsZ_5-bMVkV8zSkPROIM8cI21wCGoHV-isADgm2aBsMdirzT6khick0IPDhxr-p4Do9DdpBI-S8vtbp_8XYHULQHZ73jt5knbMYQzBEjoyWc1yHDUqL2GYuKaub34J-P5e0D4Nm_TRFdRCKy-o1fR-KMKTenzxtYnN0Z3V5aWR3dWh2amNh.a0624a408e592519e121d3df855eaf6113f8fe4c&yclid=1665462348253028845); электродвигатель насоса по ГОСТ Р51689; концевой выключатель (ГОСТ 2.755-87); энкодер (ГОСТ Р МЭК 60688-2015); датчик тензометрический (ГОСТ 28836-90); шаговый двигатель (ГОСТ 16264.5-85); гидроцилиндр ГОСТ 6540-68*(СТ СЭВ 3936-82), производство ООО «Метротест»; гидрораспределитель клапанного типа, (ГОСТ 24679-81); плита гидрораспределительная (ГОСТ 26890-86, производство ООО «Метротест»); гидробак (ГОСТ 16770-86, производство ООО «Метротест»; фильтр всасывающий, (ГОСТ 25476-82); насос (ГОСТ 31839-2012 (EN 809:1998); делитель потока (ГОСТ 17752-81 (СТ СЭВ 2455-80); датчик давления (ГОСТ 22520-85); манометр основного давления (ГОСТ 2405-88), плита гидрораспределительная (ГОСТ 26890-86, производство ООО «Метротест»); автоматические выключатели по ГОСТ IEC 60947-2, ГОСТ Р 50030.4.1, ГОСТ Р 50345-2010, ГОСТ Р 50345-2010, ГОСТ Р 50345-2010; реле контроля фаз, ГОСТ Р МЭК 60715-2003; контактор магнитный (ГОСТ 11206-77, ГОСТ 11206-77); блоки питания (ГОСТ Р 54364-2011, или аналогичные; драйвер шагового двигателя, ГОСТ 16264.5-85; модуль ввода тензодатчика МВ110-224.1ТД, ГОСТ Р 51841-2001 (МЭК 61131-2-92); промежуточные реле, ГОСТ 11152-82, электромагнитные клапаны, ГОСТ 5761-74; электродвигатель траверсы ГОСТ Р 51677-2000.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для механических испытаний образцов материалов на прочность в режиме сжатия и изгиба. Пресс содержит нагружающий модуль, программируемый логический контроллер, датчик давления и тросиковый энкодер. Нагружающий модуль включает основание с колоннами, неподвижную поперечину, на которой закреплен с возможностью движения винт с маховиком. На нижнем конце винта закреплена плита верхняя с направляющими для ограничения ее вращения. На основании закреплен силовой гидроцилиндр. На верхнем конце штока установлена плита нижняя с закрепленным на ней поводком тросикового энкодера. Гидроцилиндр последовательно соединен через пропорционально-распределительный клапан и гидрораспределитель клапанного типа с масляным насосом высокого давления. Пропорционально-распределительный клапан передает объем жидкости на плиту распределительную. Программируемый логический контроллер соединен с пропорционально-распределительным клапаном, гидрораспределителем клапанного типа и электродвигателем. В результате обеспечивается расширение функциональных возможностей, повышение надежности и безопасности использования. 5 ил.

Пресс испытательный электрогидравлический, содержащий нагружающий модуль, характеризующийся тем, что он снабжен программируемым логическим контроллером для автоматического управления прессом, датчиком давления и тросиковым энкодером, при этом нагружающий модуль включает основание с закрепленными на нем равноудаленными друг от друга по меньшей мере четырьмя колоннами, неподвижную поперечину, установленную на верхней части колонн, закрепленный на неподвижной поперечине с возможностью движения винт, на котором жестко закреплен маховик, закрепленную с возможностью вращения на нижнем конце винта посредством фланца плиту верхнюю с зафиксированными на ее боковой стенке направляющими для ограничения ее вращения, жестко закрепленный на основании силовой гидроцилиндр с установленным в нем с возможностью перемещения штоком, на верхнем конце которого установлена плита нижняя, поводок тросикового энкодера закреплен на нижней части плиты нижней, а корпус жестко закреплен на основании, силовой гидроцилиндр последовательно соединен через пропорционально-распределительный клапан и гидрораспределитель клапанного типа с масляным насосом высокого давления, приводной вал которого связан с электродвигателем, пропорционально-распределительный клапан выполнен с возможностью передачи объема жидкости на плиту распределительную, на которой смонтирован датчик давления, а программируемый логический контроллер соединен с пропорционально-распределительным клапаном, гидрораспределителем клапанного типа и электродвигателем.