Установка для испытаний образцов на длительную прочность при растяжении с нагревом Советский патент 1986 года по МПК G01N3/10 G01N3/18 

Изобретение относится к испытател ной технике, а именно к установкам для длительных испытаний образцов пр растяжении с нагревом, и может быть использовано в теплоэнергетике и ме- таллургической промышленности при те Mii4ecKKx испытаниях металлов.

Цель изобретения - повышение производительности путем обеспечения режимов теплового и механического нагр жений, ступенчатого нагружения образца грузами, плавного приложения нагрузки к образцу, а также дозирования в автоматизированном режиме механической нагрузки.

На чертеже показана установка, общий вид.

Установка для испытаний образцов на длительную прочность при растяжении с нагревом содержит основание 1, на котором размещена нагревательная камера 2 с элементом 3 нагрева, траверсой 4 и датчиками 5 и 6 температуры. В камере 2 установлены два захвата 7 и 8, в которых размещается испытуемый образец 9. Захват 7 закреплен в подшипниковой опоре 10, которая установлена на траверсе 4. Захват 8 Ьоединен с узлом нагружения, выполенным в виде гидроцилиндра 11 с двухсторонним штоком 12 перепускного трубопровода 13, который соединяет полости 14 и 15 гидроцилиндра 11. В трубопроводе 13 последовательно установлены регулировочный и отсечной клапаны 16 и 17.

На гидроцилиндре 11 закреплены обойма 18 с муфтой 19, направляющие пальцы 20. Муфта 19 имеет шестерню 21 и рычаги 22. На штоке 12 распо- ложена ступица 23 с подшипником 24, который размещен в корпусе 25. Корпус 25 имеет нажимной диск 26. На муфте 19 и диске 26 корпуса 25 шар- нирно установлены рычаги 27 и 28, ко торые также шарнирно соединены между собой. В месте соединения рычагов 27 и 28 установлены грузы 29. Рычаги 27 и 28 с помощью пружины 30 соединены с рычагами 22 муфты 19. На основании 1 установлен электропривод 31 с валом 32, на котором закреплена шестерня 33, связанная с шестерней 21 муфты 19. На основании 1 также установлены датчик 34 линей- ных перемещений и датчик 35 скорости деформации, которые связаны со штоком 12 гидроцилиндра 11. Дат .чик 34 линейных перемещений связан также с задатчиком 36 линейных пере- мещений.

Регулировочный клапан 16 и отсечной клапан 17 снабжены испольнитель- ными механизмами 37 и 38,

Исполнительный механизм 37 клапана 16 имеет линию 39 обратной связи, первый и второй входы 40 и 41, а исполнительный механизм 38 отсечного клапана 17 имеет линию 42 обратной свя зи, первый и второй входы 43 и 44

На силовых элементах (не показаны) , размещенных на основании 1, закреплены первый коммутатор 45 с первым, вторым и третьим контактами 46, 47 и 48, второй коммутатор 49 также с первым, вторым и третьим контактом 50, 51 и 52,

Датчики 5 и 6 температуры, к ото- рые информируют о состоянии температуры в нагревательной камере 2 соединены: датчик 5 с регулятором 53 температуры, который соединен с первым задатчиком 54 температуры и первым блоком 55 питания, а первьш блок 55 питания связан с элементом 3 нагрева камеры 2; датчик 6 температуры соединен с позиционным регулятором 56 температуры, который связан с вторым задатчиком 57 температуры. Позиционный регулятор 56 имеет два выхода: первый выход 58 и второй выход 59,

Первый выход 58 позиционного регулятора 56 температуры через второй контакт 47 первого коммутатора 45 соединен с первым входом 43 исполнительного механизма 38 отсечного клапана 17, а второй выход 59 позицион- -наго регулятора 56 температуры через третий контакт 48 первого коммутатора 45 соединен с вторым входом 44 ис полнительного механизма 38 отсечного клапана 17. Первый вход 43-ис- полнительного механизма 38 через первый контакт 46 первого коммутатора 45 соединен с вторым блоком 60 питания, который через первый контакт 50 второго коммутатора 49 в свою очередь соединен с вторым входом 41 исполнительного механизма 37 регулировочного клапана 16, Второй вход 41 исполнительного механизма 37 регулировочного клапана 16 через второй контакт 51 второго коммутатора 49 соединен с первым выходом 61.регулятора 62 скорости деформации, второй вход 63 которого связан с датчиком 35

1скорости деформации. Второй выход 64 регулятора 62 скорости деформации соединен через третий контакт 52 второго коммутатора 49 с первым входом 40 исполнительного механизма 37 ре- гулировочного клапана 16. Второй выход 64 регулятора 62 скорости дефор- махщи соединен с блоком 65 задержки времени через его выход 66. Блок 65 задержки времени имеет первый 67 и второй 68 входы.

Для осуществления алгоритма технологического процесса испытания на силовых элементах (не показаны), размещенных на основании 1, закреплены блок 69 И, который имеет первый вход 70, второй вход 71, третий вход 72, четвертый вход 73 и выход 74, Выход 74 блока 69И соединен с пусковым блоком 75, который связан с электропри- водом 31.

Первый вход 70 блока 69И соединен с вторым входом 68 блока 65 задержки времени и с линией 42 обратной связи исполнительного механизма 38 от- сечного клапана 17. Первый вход 67 блока 65 задержки времени соединен с третьим входом 72 блока 69И. Второй вход 71 блока 69И соединен с датчиком 34 линейных перемещений и с певым коммутатором 45 и с вторым коммутатором 49. Четвертый вход 73 блока 69И соединен с линией 39 обратной связи испольнительного механизма 38 регулировочного клапана 16. Регулятор 62 скорости деформации соединен с задатчиком 76 скорости деформации.

Установка работает следующим образом.

В исходном положении для осуществ ления программы испытаний задатчика- ми 54, 57, 76 и 36 задаются температура, скорость деформации, величина линейного перемещения образца 9 и включаются регуляторы 53, 56 и 62. С датчика 34 линейных перемещений до окончания программы испытаний, заданной задатчиком 36 линейных перемещений, поступает сигнал на второй вход 71 блока 69 И и на коммутаторы 45 и 49 сигналов, последние замыка- ют контакты 47, 48, 52 и 51 и размыкают контакты 49 и 50, грузы 29 стянуты пружинами 30, а нажимной диск 26, связанный с рычагами 27 и 28, находится в крайнем положении, обус- лoвлe нoм натяжением пружин 30.

Для нагрева образца 9 в камере 2 до заданной температуры задатчиком

12215 )Q

jj20

25 р

- 50 55

30

536

54 включается регулятор 53, который формирует и выдает сигнал на блок 55 питания, последний включает элемент 3 нагрева.

При достижении заданной температуры в нагревательной камере 2 с датчи-, ка 6 температуры поступает сигнал к позиционному регулятору 56, последний с первого выхода 58 через контакт 47 коммутатора 45 сигналов выдает сигнал на включение исполнительного механизма 38, который полностью открывает отсечной клапан 17 на перепускном трубопроводе 13, после чего испольнительный механизм 38 отключается. После отключения исполнительного механи.зма 38 последний формирует выходной сигнал через линию 42 обратной связи на первый вход 70 блока 69И и на вход 68 блока 65 задержки времени, последний формирует и выдает сигнал на исполнительный механизм 37 регулировочного клапана 16, проходное сечение которого открывается на величину, соответствующую времени задержки блока 65. При открытии клапана 16 исполнительный механизм 37 формирует и выдает сигнал через линию 39 обрат- ной связи на четвертый вход 73 блока 69 И.По истечении времени задержки блок 65 отключает исполнительный механизм 37, одновременно с первого, выхода 67 блок 65 задержки времени выдает сигнал на третий вход 72 блока 69 И. В результате поступления всех четырех сигналов на выходы блока 69 И последний формирует и вьщает сигнал на включение пускового блока 75 элек-- тропривода 31. При включении электропривода 31 начинает вращаться вал 32 и шестерня 33, находящаяся в зацеплении с шестерней 21 на муфте 19, в результате чего муфта 19 также начинает вращаться в обойме 18, закрепленной на гидроцилиндре 11. Муфта 19 передает вращательное движение рычагам 27 и 28, грузам 29, нажимному диску 26..

В результате вращательного движения появляется центробежная сила инерции грузов 29. Пбд действием центробежной силы грузы 29 расходятся, удаляясь от оси вращения, растягивают пружины 30 и поворачивают рычаги 27 и 28, при этом рычаги 27 и 28 сближаются друг с другом.

Центробежная сила грузов 29 воздействует на рычаги 27 и 28 и пере

мещает вдоль оси гидроцилиндра 11 рычаги 27, вместе с которыми получает линейное перемещение по оси гидроцилиндра 11 нажимной диск 26, Нажимной диск 26 воздействует на подшипник 34 и через него на ступицу 23 жестко закрепленную на штоке 12, и перемещает в осевом направлении шток 1 2 в гидроцилиндре 11.

Так как направляющие пальцы 20 препятствуют повороту ступицы 23 относительно оси гидроцилиндра 11, ступица 23 не может вращаться вокруг оси, а получает только поступательное линейное перемещение в осевом направлении. Шток t2 при перемещении передает усилие захвату 8 и растягивает образец, который закреплен в захвате 7. В момент приложения наг- .рузки захват 7 самоустанавливается ;в подшипнике 10, размещен ном на траверсе 4. При движении штока 12 жидкость в гидроцилиндре 11 перетекает через полностью открытый отсечной клапан 17 и частично приоткрытый регулировочный клапан 16 по перепускному трубопроводу 13 из полости 14 в полость 15. Движение штока 12 контролируется датчиком 35 скорости деформции и датчиком 34 линейных перемеще-

НИИ.

При отклонении скорости деформации образца 9 от заданного задатчи- ком 76 значения с датчика 35 скорости деформации поступает сигнал на второй вход 63 регулятора 62 скорости деформации, который сравнивается с заданным, и в случае отклонения величины сигнала от заданного с первого или второго выходов 61 или 64 регулятора 62 поступает сигнал через контакты 52 и 51 коммутатора 49 сигналов соответственно на первый или на второй входы 40 или 41 исполнительного механизма 37, что соответствует открытию или закрытию регулировочного клапана 16. Процее регулирования скорости деформации образца 9 осуществляется регулятором 62 п сигналам датчика 35 до окончания npo граммы испытаний, заданной задатчи- ком 36 линейных перемещений.

При достижении заданной задатчи- ком 36 величины линейного перемещения образца 9 с датчика 34 линейных перемещений поступает сигнал на второй вход 71 блока 69 И и входы коммутаторов 45 и 49 сигналов, при этом

10

15

20

25

зо

215366

в коммутаторах 45 и 49 сигналов контакты 47, 48, 52 и 51 размыкаются, а контакты 46 и 50 замыкаются и через них от блока 60 питания поступают на. закрытие клапанов 17 и 16 через вторые входы 44 и 41 исполнительных механизмов 38, 37 и одновременно с блока 69 И снимается сигнал на выходе пускового блока 75, который отключает электропровод 31, при зтом вал 32, шестерня 33, шестерня 21 и муфта 19 останавливаются и центробежная сила грузов 29 становится равной нулю. Под действием пружин 30 грузы 29 сближаются и становятся в исходное положение,а рычаги 27 и 28 так же возвращаются в исходное положение вместе с нажимным диском 26.

Так как клапаны 16 и 17 закрыты, переток жидкости из полостей 14 и 15 гидроцилиндра 11 по перепускному трубопроводу 13 прекращается и шток 12 остан авливается в положении, соответствующем окончанию первоначального режима испытаний, заданного за- цатчиком 34 линейных перемещений.

Г

о

Q

5

0

5

5

При переходе на новый режим испытаний задатчиком 54, 57, 76 и 36 . меняется программа и процесс испытаний образца 9 повторяется.

В процессе испытаний образца 9 в случае отклонения температуры в нагревательной камере 2 от заданной с датчика 57 температуры поступает сигнал на вход регулятора 56, последний вьщает с второго выхода 59 сигнал через контакт 48 коммутатора 45 сигналов на второй вход 44 исполнительного механизма 38, кото- закрывает .отсечной клапан 17. Одновременно после закрытия клапана 17 с выхода исполнительного механизма 38 через линию 42 обратной связи снимается сигнал с. входа 68 блока 65 задержки времени и первого входа 70 блока 69И.

В результате снятия входных сигналов блок 65 задержки времени с первого выхода 67 снимает сигнал с третьего входа 72 блока 69И.

В результате отсутствия входных сигналов на первом и третьем входах 70 и 72 блока 69 И последний формирует и снимает сигнал с пускового блока 75, который отключает электропровод 31. После достижения заданной температуры в нагревательной камере 2 вновь открывается клапан 17 и

включается электропривод 31, При разрыве образца 9 по окончании испытания столб жидкости в полости 14 гидроцилиндра 11 препятствует быстрому отрыву и. движению разрушенного образца, этим самым обеспечивается безударная работа установки при разрывах образцов.

Формула изобретения

Установка для испытания образцов на длительную прочность при растяжении с нагревом, содержащая основание, размещенную на нем нагревательную камеру, установленные в камере два захвата, соединеннный с одним из захватов узел нагружения, регулятор температуры с датчиком, связанный с узлом нагружения датчик линейных перемещений и блок питания, отличающаяся тем, что, с целью повьппения производительности, узел нагружения выполнен в виде гидроцилиндра с двухсторонним штоком и соединяющим полости гидроцилиндра перепускным трубопроводом с последовательно установленными в нем регулировочным и отсечным клапана- МИ, закрепленной на гидроцилиндре обоймы с муфтой, расположенной на штоке ступицы с подшипником, шарнир- но установле21ных на муфте и корпусе подшипника и подпружиненных относително муфты рычагов с грузом,установленн .го на основании элсктропривода,кинема ически связанного с муфтой, установк снабжена датчиком скорости деформации, соединенным с одной из сторон штока гидроцилиндра, исполнительными механизмами регулировочного и отсечного клапанов, каждый из которых имеет линию обратной связи, двумя коммутаторами, Каждый с тремя контактами, блоком задержки времени, задат- чиком скорости деформации, соединенным с регулятором скорости деформа- ции, блоком И, соединенным с выходом блока И и электроприводом пус

21536

ковым блоком электропривода, задат- чиком линейных перемещений, соединенным с датчиком линейных перемещений, вторым блоком питания, соеди5 неным через первый контакт первого коммутатора с первым входом исполнительного механизма отсечного клапана и через первый контакт второго коммутатора - с вторым входом ис10 полнительного механизма регулировочного клапана, первым задатчиком температуры и соединенным с ним и датчиком температуры позиционным регулятором температуры, вторым задат15 чиком температуры, соединенным с регулятором температуры, второй вход исполнительного механизма регулировочного клапана через второй контакт коммутатора соединен с первым

20 входом регулятора скорости деформации, второй вход которого связан с датчиком скорости деформации, выход регулятора скорости деформации со- через третий контакт второго 25 коммутатора с первым входом исполнительного механизма регулировочного клапана и выходом блока задержки времени, второй вход которого соединен с первым входом блока И и

30 линией обратной связи исполнительного механизма отсечного клапана, а первый вход блока задержки времени - с третьим входом блока И, вход второго коммутатора соединен с датчиком линейных перемещений, вторым входом блока И и входом первого коммутатора, четвертый вход блока И соединен с линией обратной связи исполнительного механизма регулировоч.Q кого клапана, первый выход позиционного регулятора температуры соединен через второй контакт первого коммутатора с первым входом исполнительного механизма отсечного- пана, а второй выход позиционного регулятора теппературы через третий контакт первого коммутатора соединен с вторьм входом исполнительного механизма отсечного клапана.

35

55

Изобретение относится к испытаниям образцов на длительную прочность и позволяет повысить производительность путем обеспечения режимов теплового и механического нагру- жений, ступенчатого нагружения образца грузами, плавного приложения нагрузки к образцу, а также дозирования в автоматизированном режиме механической нагрузки. В нагревательной камере в захватах размещается испытуемыйобразец. Последовательность и режимы испытания образца обеспечиваются с помощью узла нагрузки в виде гидроцилиндра, установленной на нем муфты с системой рычагов,, с грузами и соединенного с этой му ф- той электропривода. Температуру в нагревательной камере устанавливаю.т задатчиком температуры, а поддержание необходимой температуры обеспечивается с помощью датчика и регулятора температуры. При растяжении образца с помощью узла нагрузки линейные перемещения устанавливают с помощью задатчика линейных перемещений, а опрос системы о величине линейных перемещений - с помощью датчика линейных перемещений. Скорость деформации образца устанавливается и регулируется задатчиком скорости деформации, регулятором и датчиком. Непосредственно линейное перемещение и скорость деформации образца при заданной температуре обеспечивается с помощью перепускного трубопровода с размещенными в нем клапанами и электропривода. Работой клапанов и электропривода по программе испытания управляет соединенная с ними система в виде задатчика и датчика линейных перемещений, задатчика и 1датчика скорости деформации, регуля- тора скорости деформации, блока за-. держки времени, блока И, второго 3а- датчика температуры и позиционного регулятора температуры с датчиком. 1 ил i (Л to ю О5