Устройство для контроля процесса образования и развития усталостных трещин Советский патент 1985 года по МПК G01B7/16 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться для контроля процесса образования и развития трещин в конструкционных элементах и узлах различных механических систем. Известен вихретоковый преобразователь для неразрушающего контроля резьбы, содержащий кольцевой магнитопровод со щелью и размещенную на нем индикаторную катущку, второй кольцевой магнитопровод со щелью, установленный соосно с первым магнитопроводом, вторую индикаторную катущку, размещенную на втором магнитопроводе, с возбуждающей катущкой, охватывающей одновременно оба магнитопровода, и установленными коаксиально с магнитопроводами внутренним и внешним разрезными цилиндрическими экранами с резьбой, соответственно на внутренней и внешней боковых поверхностях, предназначенной для взаимодействия с контролируемой резьбой, на боковой поверхности каждого магнитопровода выполнено по одному внутреннему и внешнему полюсному наконечнику с резьбой и щелью на рабочей поверхности, причем магнитопроводы установлены с возможностью взаимного поворота вокруг своей оси 1. Недостатком этого устройства, исключающим возможность его использования для следящего контроля за прочностным состоянием элементов резьбовых соединений в процессе их многоцикловых усталостных испытаний является то, что для сканирования резьбовой поверхности электромагнитными полями исследуемая деталь (болт или гайка) не должна находиться в резьбовом сочленении с другой деталью резьбового сое динения. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для контроля процесса образования и развития усталостных трещин, содержащее испытательную пульсаторную установку с контактором электропривода, стабилизированный генератор фиксированных частот и тензометрический измерительный блок. Тензометрический измерительный блок включает в себя тензометрический мост 2. Недостатком известного устройства является неприменимость для следящего контроля за прочностным состоянием элементов резьбовых соединений, связанная с невозможностью закрепления тензорезисторов контрольной системы на сложнорельефной поверхности винтовой резьбы исследуемой детали, да еще в условиях ее рабочего сочленения с другим элементом (болтом или гайкой) резьбового соединения, что полностью исключает возможность применения устройства для контроля трещинообразования в |}езьбоБых соединениях непосредственно в процессе их работы при многоцикловых усталостных испытаниях. Цель изобретения - обеспечение неразрушающего контроля элементов резьбовых соединений в составе резьбовых пар. Указанная цель достигается за счет того, что устройство для контроля процесса образования и развития усталостных трещин, содержащее испытательную пульсаторную установку с контактором электропривода, стабилизированный генератор фиксированных частот и тензометрический измерительный блок, снабжено предназначенной для установки на стержневом резьбовом элементе испытуемого соединения между захватом испытательной пульсаторной установки и гайкой испытуемой пары упругой втулкой, выполненной с радиальными прорезями, образующими равномерно разнесенные по ее окружности секторы, секторным индикаторным табло и исполнительным релейным блоком, тензометры закреплены на наружных поверхностях секторов, а тензометрический измерительный блок выполнен в виде резистивных элементов по числу тензометров,, образующих с последними делители напряжения, подключенные параллельно к генератору фиксированных частот, трансформаторов, первичные обмотки которых включены между средними точками делителей напряжения, а к вторичной обмотке каждого трансформатора подключены последовательно соединенные селективный усилитель, амплитудный демодулятор, фильтр низких частот, усилитель частот пульсации и регулируемый пороговый узел, выходы всех пороговых узлов раздельно подключены к индикаторам секторного табло и параллельно - к последовательно соединенным исполнительному релейному блоку и контактору электропривода. На чертеже представлена схема устройства. Устройство содержит разрезную трехсекторную упругую втулку 1, предназначенную для закрепления на испытуемой резьбовой паре, составленной гайкой 2 и стержневым резьбовым элементом 3 (болтом или шпилькой). Втулка устанавливается между захватом 4 испытательной пульсаторной установки (не показана) и гайкой 2 резьбовой пары. Радиальные прорези 5 втулки 1, разделенные угловыми интервалами в 120°, делят верхнюю по чертежу часть втулки на три равных цилиндрических сектора, к серединам боковых поверхностей которых вдоль оси резьбовой пары приклеены идентичные тензометры 6. Тензометрический измерительный блок включает, тензометры 6 совместно с постоянными резисторами 7 и последовательно с ними включенными переменными резисторными элементами 8, образующими три резистивных делителя напряжения, в которых тензометры 6 представляют собой чувствительные плечи упомянутых делителей.

Делители параллельно подключены к общему выходу стабилизированного генератора 9 фиксированных частот, а между средними точками каждой из.пар делителей включена первичная обмотка одного из трех трансформаторов 10.

Вторичные обмотки этих трансформаторов раздельно соединены с идентичными преобразовательными трактами, каждый из которых состоит из последовательно включенных усилителя 11 фиксированной частоты, амплитудного демодулятора 12, фильтра 13 низких частот, усилителя 14 частот пульсации и регулируемого порогового узла 15.

Пороговые узлы 15 раздельно связаны своими выходами с тремя световыми индикаторами 16-18, входящими в секторное табло 19 световых индикаторов, а между двум-я парами выходов амплитудных демодуляторов 12 и двумя парами выходов усилителей 14 включен строенный двухпозиционный переключатель с контактами 20-22, с помощью которого выпрямительные мосты 23 и 24 со стрелочными индикаторами 25 и 26 могут быть перекоммутированы с выходных цепей демодуляторов 12 на две пары выходов усилителей 14 частот пульсаций.

Переменные резисторы 27 и 28 служат для согласования щкальных масщтабов индикаторов 25 и 26 при их переключении на выходы усилителей 14.

Выходы трех регулируемых пороговых узлов 15 параллельно связаны с общим входом оконечного исполнительного релейного блока 29, к выходам которого подключены счетчик 30 рабочих циклов, а также контактор 31 электропривода испытательной пульсаторной установки.

Питание всех узлов электронной части устройства осуществляется с помощью стабилизированного выпрямительного блока 32.

Устройство работает следующим образом.

Перед испытанием подлежащего исследованию элемента 3 резьбового содинения его сочленяют с помощью гайки 2 в резьбовую пару и на исследуемый стержневой резьбовой элемент 3 одевают разрезную втулку 1, которая плотно фиксируется между гайкой 2 и захватом 4 испытательной пульсаторной установки.

Затем с помощью испытательной установки задают постоянное растягивающее усилие (Р) на подлежащий исследованию элемент 3 резьбового соединения и производят предварительную статическую балансировку системы до включения вибратора пульсаторной установки (не показан).

При предварительной статической ба-. лансировке, осуществляемой переменными резисторами 8 при верхнем по чертежу положении строенного переключателя с контактами 20-22 добиваются того, чтобы по-.

казания обоих стрелочных индикаторов 25 и 26 одновременно равнялись нулю для задаваемого исходного растягивающего усилия Р, воздействующего на стержневой резьбовой элемент 3.

В этом случае переменный сигнал фиксированной частоты, параллельно подаваемый с выхода стабилизированного генератора 9 на входы трех резистивных делителей 6-8 создает на трех идентичных подстроечных плечах (резисторы 7 и 8) этих делителей равные по амплитуде и синфазные друг по отношению к другу падения напряжений, в результате чего на первичные обмотки всех трансформаторов 10 сигналы не поступают. Это обуславливает отсутствие напряжений как на выходах амплитудных демодуляторов 12, так и на выходах последующих узлов всех трех преобразовательных трактов. После этого задают требуемый для исследуемого образца (3) уровень знакопеременного усилия, создаваемого вибратором испытательной пульсаторной установки, при этом на постоянное растягивающее усилие Р, определяемое как усилие затяжки образца, накладывается также переменная составляющая, которая имитирует действие растягивающе-сжимающих усилий в условиях реальной эксплуатации резьбовой пары.

Не меняя положения переключателя с контактами 20-22, производят корректировку положения подвижных контактов переменных резисторов 8 до установления стрелок индикаторов 25 и 26 у нулевой отметки, после чего переводят переключатель с контактами 20-22 в нижнее по схеме положение, и элементами 8 окончательно уточняют исходную балансировку устройства в динамике, когда при одновременном воздействии на исследуемый элемент 3 резьбовой пары постоянной и переменной составляющих суммарного пульсирующего усилия межканальные разностные сигналы, снимаемые между двумя парами выходов усилителей 14 частот пульсации, равны нулю, что контролируется по соответствующим нулевым показаниям стрелочных индикаторов 25 и 26 при нижнем положении контактов переключателя.

- При сохранении нормального прочностного состояния элемента 3 в ходе динамического многоциклового усталостного испытания резьбовой пары сохраняется также исходная балансировка системы, и с выходов усилителей 14 частот пульсации на входы соответствующих пороговых узлов 15 сигналы не поступают, что обусловливает отсутствие сигналов как на световых индикаторах 16-18 светового табло 19, так и на входе исполнительного релейного блока 29.

Контактор 31 электропривода испытательной пульсаторной установки остается включенным, а счетчик 30 продолжает при

этом фиксировать нарастающим итогом число рабочих циклов исследуемой резьбовой пары.

В случае появления у испытуемого стержневого резьбового элемента 3 начальной трещины, которая как правило зарождается периферийно на поверхности резьбы по ее внутреннему радиусу у основания первого рабочего витка резьбы исследуемого объекта, в процессе последующего пульсирующего силового нагружения элемента 3, воздействующее на него усилие перераспределяется в пределах площади наименьщего поперечного сечения образца.

В результате этого нарущается исходная .картина распределения усилий, воздействовавщих на цилиндрические сектора разрезной трехсекторной втулки 1 до зарождения трещины у исследуемого соеди-нения, и происходит перераспределение нагрузок между цилиндрическими секторами втулки 1, разделенными радиальными прорезями 5, что влечет за собой различную степень продольной деформации каждого из секторов разрезной втулки с закрепленными на внещних поверхностях этих секторов тензометрами 6.

Это вызывает, в свою очередь, дифференцированное взаимное отклонение величин сопротиЕ,лений тензометров 6 относительно исходного значения их сопротивлений. При этом происходит рассогласование между исходно установленными коэффициентами передачи по напряжению трех резистивных делителей 6-8 и на первичных обмотках трансформаторов 10, подключенных между средними, точками указанных делителей, появляются частотозаполненные пульсирующие напряжения.

Огибающие этих напряжений отражают характер перераспределения усилий по площади поперечного сечения элемента 3 после возникновения трещины в резьбе, в то время как частотное заполнение упомянутых пульсирующих напряжений на первичных обмотках трансформаторов 10 определяется сигналом генератора 9.

С вторичных обмоток .трансформаторов 10 частотозаполненные пульсирующие сигналы поступают на входы усилителей 11, после чего демодулируются узлами 12, которые выделяют огибающие указанных частотозаполненных сигналов с их постоянными составляющими.

Фильтрами 13 осуществляется отделение переменной составляющей модуляционного сигнала от его постоянной компоненты, усилители 14 обеспечивают раздельное усиление только трех сигналов, отвечающих частотам пульсации испытательной установки. 5 В зависимости от плавно устанавливаемой чувствительности и уровня срабатывания пороговых узлов 15, выходные сигналы усилителей 14 могут вызывать срабатывание пороговых узлов 15 на различных стадиях развития процесса трещинообразования.

При срабатывании пороговых узлов 15 на вход оконечного исполнительного релейного блока 29 поступает импульсный сигнал, в результате чего с выхода блока 29 на контактор 31 привода испытательной установки, и на счетчик 30 рабочих циклов подается команда на останов привода и счетчика.

Это обеспечивает возможность автоматизированного останова контрольно-испытательной системы по достижении процессом образования трещин определенных, заранее запрограммированных стадий развития.

В зависимости от характера трещины на текущей ступени ее развития и в зависимости от места расположения трещины относительно цилиндрических секторов разрезной втулки 1 при одинаково установленной для всех узлов 15 их пороговой чувствительности зажигаются только определенные световые индикаторы секторного табло 19, указывая не только на факт возникновения скрытой трещины и на фазу ее развития, но и на место дислокации указанной трещины.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ОБРАЗОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН, содержащее испытательную пульсаторную установку с контактором электропривода, стабилизированный генератор фиксированных частот и тензометрический измерительный блок, отличающееся тем, что, с целью обеспечения неразрущающего контроля элементов резьбовых соединений в составе резьбовых пар, оно снабжено предназначенной для установки на стержневом резьбовом элементе испытуемого соединения между захватом испытательной пульсаторной установки и гайкой испытуемой пары упругой втулкой, выполненной с радиальными прорезями, образующими равномерно разнесенные по ее окружности секторы, секторным индикаторным табло и исполнительным релейным блоком, тензометры закреплены на наружных поверхностях секторов, а тензометрический измерительный блок выполнен в виде резистивных элементов по числу тензометров, образующих с последними делители напряжения, подключенные параллельно к генератору фиксированных частот, трансформаторов, первичные обмотки которых включены между средними точками делителей напряжения, а к вторичi ной обмотке каждого трансформатора подключены последовательно соединенные се(Л лективный усилитель, амплитудный демодулятор, фильтр низких частот, усилитель частот пульсации и регулируемый пороговый узел, выходы всех пороговых узлов раздельно подключены к индикаторам секторного табло и параллельно - к последовательно соединенным исполнительному релейному блоку и контактору электропривода. О5 cm 00 05