Машина с электромагнитным приводом для усталостных испытаний образцов материалов Советский патент 1985 года по МПК G01N3/38 

И бретение относится к испытательной технике, а именно к машина для испытаний на усталость образцо материалов при изгибных и крутильных колебаниях. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей машины путем погружения образцов, на изгиб и кручения при различных их соотно шениях и создания различных частот ных режимов нагружения. .На фиг.1 изображена функциональ ная схема машины; на фиг.2 - машин общий вид на фиг.З - схема управления машины. Машина с электромагнитным приводом для усталостных испытаний об раацов материалов содерясит основание 1, установленный на нем неподвилсный захват 2 для крепления обра ца 3, электромагнитньй привод для возбуждения в образце 3 изгибных колебаний, который включает автотрансформатор (АТр) 4, повышающий. трансформатор (Тр1) 5, который явл ется нагрузкой автотрансформатора (АТр) 4, выпрямитель (VI-V4) 6, подключеиньй к вторичной обмотке трансформатора (Тр1) 5, тиристоры (V.5 и V6) 7 и 8, батарею накопительных конденсаторов (С2-С7) 9 с переключателями (ПЗ-П13) , электрома нит 10, который состоит из Ш-образ ного сердечника и одной катушки, .и якорь 11 с магнитной Ш-образной си темой, которые включены в цепь выпрямленного тока, подвижную опору 12 с установленной на ней платформой 13, где расположен электромагнит 10, а якорь 11 с флажком-прерывателем 14 предназначен для жест кого закрепления на свободном конце образца 3. Подвижная опора 12 закреплена в рабочем положении на основании 1 прижимом 15 и несет на себе колонку 16 с наружной трапецеидапьной резьбой и наружным шпоночным пазом вдоль образующей ее поверхности, разрезную втулку 17, установленную с возможностью перемещения по шпоночному пазу.на колонке 16 при помощи, гайки 18, входящей своим выступом в кольцевую канавку (не показана) разрезной втулки 17, причем разрезная втулка 17 скреплена с пла.тформой 1 и фиксируется в рабочем положении винтом 19, столик 20 с уголками 21 к 22, 3 соосно вьшолненных отверстиях которых установлены с возможностью центрирования источник (Л1) 23 света и фотодатчик (V7) 24. Столик 20 имеет возможность перемещаться по колонке 16 при помощи гайки 25, входящей своим выступом в кольцевую канавку (не показана) столика 20. Центрирование столика 20 обеспечивается скользящим шпоночным соединением, .а фиксирование в рабочем положении выполняется винтом 26. Машина имеет также устройство для закручивания образца 3, которое содержит подвижную опору 27, размещенную на основании 1 и зафиксированную в рабочем положении прижимом 28,колонку 29)закрепленную с возможностью осевого перемещения на подвижной опоре 27 винтом 30, платформу 31, установленную на колонке 29,электромагнит 32 из сердечника Ш-образного типа и одной катушки, которая через переключатель П2 включена в электрическую цепь параллельно катушке электромагнита 10, причем электромагнит 32 размещен на платформе 31, упругую подвеску 33,предназначенную для закрепления у свободного конца образца 3 перпендикулярно его оси и Ш-образного якоря 34 с флажком-прерывателем 35, установленного на упругой подвеске 33 с возможностью перемещения вдоль ее оси. Машина имеет также систему электронного управления, которая содержит стабилизаторы напряжения,подключенные к источникам постоянного тока 15 В и t12 В (не показаны), подключенные к стабилизатору, и последовательно соединенные между собой внутренний генератор 36 импульсов запуска, собранный на четырех логических элементах (ДЗ-1, ДЗ-2, ДЗ-3 и ДЗ-4) И-НЕ, усилитель 37 импульсов запуска, вьшолненный на транзисторе VI3 с трансформаторным выходом ТрЗ, пусковое реле (Р2) 38, переключатель (П1) 39 сигналов, формирователь (Д1-триггер 11Ь4Идта) 40 импульсов электронной системы управления, счетчик (триггер Д2) 41, параллельно соединенные усилители 42 и 43, собранные на транзисторах V9 и VI О, и ждущие блокинг-генераторы 44 и 45, собранные на транзисторах V12 и VI4, причем вход усилителей 42 и 43 соединен с выходом счетчика 41, а вы3ход блокинг-генераторов 44 и 45 с управляющими электродами тиристоров 7 и 8 электромагнитных приводов машины. Кроме того, система электронного управления включает внешний задающий генератор 46 импульсов, который подключен на вход формирователя 40 импульсов при помощи переключателя (П1) 39 сигналов Машина снабжена необходимыми средствами измерения и записи параметро испытаний, а также устройством для нагрева образца до высоких температур ,(не показаны). Машина работает следующим образо В неподвижном захвате 2 одним концом жестко закрепляют образец 3. У другого конца образца жестко крепят упругую подвеску 33 с якорями 11 и 34. Необходимое по программе нагруже ния соотношение между изгибающим и крутящим моментами регулируют путем изменения положения упругой подвески 33 с якорем 11 по длине образца 3 и изменением положения якоря 34 в пределах свободного плеча упругой подвески 33 и последующей установкой соосно с якорями 11 и 34 электромагнитов 10 и 32 посредством перемещения подвижных опор 12 и 27, поворота платформ 13 и 31 и путем выставления зазоров между якоря ми 11 и 34 и электромагнитами 10 и 32, с целью обеспечения заданных усилий возбуждения изгибных и крутильных колебаний. От сети подается питание на электромагнитные приводы машины. При этом осуществляют заряд батареи накопительных конденсаторов (С2-С7) 9, емкость которой дискретно изменяют переключателями (ПЗ-П8) а регулирование заряда батареи нако пительных конденсаторов (С2-С7) 9 выполняет АТр 4.Увеличением напряже ния достигают увеличения амплитуды колебаний образца 3, а с увеличением емкости батареи накопительных конденсаторов (С2-С7) 9 достигают увеличения виброускорения механической системы, образованной закреп ленным образцом 3 и упругой подвеской 33 с якорями 11 и 34. Изменением емкости .конденсаторов производят также подстройку режима автоколебаний. Автоколебательный режим испытаний или режим вынужденных колеба24НИИ от внешнего задающего генератора 46 импульсов устанавливают с помощью переключателя (П1) 39 сигналов. В автоколебательном режиме машина работает следующим образом. На вход формирователя (Д1-триггер Шмидта) 40 импульсов электронной системы управления переключателем -сигналов (П1) 39 подключают фотодатчик (V7) 24. Стабилизированное напряжение 12 В подают на пусковое реле (Р2) 38, которое своими контактами подает питание на четыре логических элемента (ДЗ-1, ДЗ-2, ДЗ-3, ДЗ-4) И-НЕ внутреннего генератора 36 импульсов запуска и одновременно переключает вход формирователя (Д1-триггера иЬ1идта) 40 импульсов с фотодатчика (V7) 24 на внутренний генератор 36 импульсов запуска. Сигналы заданной частоты, вырабатываемые внутренним генератором 36, через усилитель 37 подаются на формирователь (Д1) 40 импульсов и вызывают его срабатьшание. При этом формируются импульсы прямоугольной формы, которые затем поступают в счетчик (триггер Д2) 41 с двумя устойчивыми состояниями О и 1. Далее происходит усиление, например, первого сигнала в согласующем усилителе (V9) 42 напряжений и согласование формирователя (Д1-триг- гер Шмидта) 40 импульсов с выходным каскадом электронной системы управления - ждущим блокинг-генератором (VI2) 44, который собран по схеме с внешним запуском. При первом импульсе запуска блокинг-генератор (V12) 44 срабатьюает, и на его выходе получается импульс, который поступает на управляющий электрод зарядного тиристора (V5) 7, открывает его и обеспечивает, тем самым, заряд батареи накопительных конденсаторов (С2-С7) 9. Тиристор (V5) 7 закрьгеается как только зарядный ток станет ниже токового порога удержания тиристора (V5) 7, За. время, когда открыт тиристор (V5) 7, через катушки электромагнитов 10 и 32 пройдет первый импульс зарядного тока, который.создает магнитные поля, притягивающие якоря 11 и 34. При этом образец 3 изгибается и скручивается, а силовое воздействие продолжается в течение длительноети импульса управления. При поступлении второго импульса запуска с внутреннего генератора 36 счетчик (триггер Д2) 41 переходит в другое устойчивое положение и вьщает . через усилитель (VI0) 43 сигнал на другой ждущий блокинг-генератор (14) 45, на выходе которого получается импульс управления, запускающий тиристор (V6) 8. Происходит разряд батареи накопительных конденсаторов (С2-С7) 9 на Катушки электромагнитов 10 и 32 и, следовательно, происходит повторное СИ ловое воздействие на образец 3. Чередование импульсов, заряда и разряда батареи накопительных конденсаторов (С2-С7) 9 Яриводит к возбуждению электромагнитных колебаний, которые преобразуются в механические с..нагружениён испытуемого образца З. Таким образом, при нажатий кнопки Запуск упругая механическая система - образец 3 и упругая подвеска 33 с якорями 11 и 34 выводится из состояния покоя и начинает колебаться с частотой, которая определяется частотой.сигналрв, вырабатываемых внутренним генератором 36 импульсов запуска. Зйтем внутренний генератор 36 импульсов запуска обесточивается и отключается от формирователя (Д1-триггер Шмидта) 40 импульсов.

С этого момента управление электромагнитными приводами осуществляется сигналами фотодатчика (V7) 24, которые с него снимаются при прерывании светового потока, падающего на него от источника (Л1) 23 света, флажком-прерывателем 14, а флажокпрерыватель 14 с этого момента колеблетсЯ с частотой собственных колебаний упругой механической системы и обеспечивает тем самым испытание образцов материалов в автоколебательном режиме вплоть до их полного разрушения.

В режиме вынужденных колебаний машина работает следующим образом.

.Запуск машины осуществляют как и при автоколебательном режиме ее работы от внутреннего генератора 36 импульсов запуска с заданной частотой, а затем систему управления

электромагнитными приводами переключают с переключателя (П1)-39 сигналов на внешний задающий генератор 46 импульсов, предварительно выставив на нем частоту

импульсов, соответствующую заданной частоте вьшужденных колебаний испытуемого образца 3. В дальнейшем принцип работы машины ничем не отличается от ее работы в автоколебательном режиме. Р °В1 r-j.,I --jJCipJ-op I -PI ВКЯpf ТХл-V / 0 0o /7 /7, Г4С7тH 1U15 o6ei .т

1. МАШИНА С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЬИ ПРИВОДОМ ДЛЯ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ, содержащая основание, захват для крепления образца, Установленный на основании, электромагнитный привод для возбуждения в образце изгибных колебаний, электромагнит которого установлен на основании, а якорь предназначен для закрепления на свободном конце образца, и систему управления приводом, отличающаяся, тем, .что, с целью расширения функциональных возможностей путем нагружения образцов на изгиб и кручения при различных их соотношениях и создания различных частотных режимов нагружения, она снабжена двумя опорами, установленными на основании с возможностью перемещения по его плоскости, и устройством для закручивания образца, вьтолненным в виде упругой подвески, предназначенной для закрепления у свободного конца образца перпендикулярно его оси, и второго электромагнитного привода, якорь которого установлен на консоли, а электромагниты обоих приводов установлены на соответствующих опорах с возможностью перемещения вдоль их осей и включены в параллельные электрические цепи. 2.Машина поп.1, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения запуска машины с заданной частотой колебаний нагружения образца, система управления включает последовательно соединенные внутренний генератор импульсов запуска в виде четырех логических элементов И-НЕ, усилитель импульсов запуска, пусковое реле и переключатель сигналов, 3.Машина по п.1, о т л ичающаяся тем, что система управления включает внешний задающий генератор вынужденных колебаний.

4J

5

40

-/f/9

J5

о

/77

/7

J7

J(