Стенд для испытаний на прочность Советский патент 1988 года по МПК G01M5/00 

I13

Изобретение относится к испытаниям образцов материалов, конструктивных элементов, узлов и целых натурных конструкций на статическую и усталостную прочность, вибропрочность, живучесть, ресурс, надежность и др., в частности к системам автоматизации ripo4HocTHbix испытаний.

Целью изобретения является повы- шение точности испытаний.

На чертеже представлен стенд для испытаний на прочность.

Стенд содержит один или несколько однотипных каналов нагружения. Каж- дый из каналов в зависимости от настройки может создавать как повторно- статические, так и динамические нагрузки и содержит силовозбудитель (например, силовой гидроцилиндр) 1, действующий на испытуемый объект 2, задатчик 3, выходной сигнал которого определяет в каждый момент времени заданное значение возбуждаемой нагрузки; датчик 4 нагрузки (в случае необходимости, в зависимости от вида используемых преобразователя возбуждаемой нагрузки и задатчика, датчик может быть снабжен номирующ1-1м усили- телем-лреобразователем, обеспечиваю- щим одинаковый масштаб сигналов датчика и задатчика); регулятор 5 нагрузок, включаниций в себя элемент 6 сравления заданного и фактического значений возбуясдаемых нагрузок, формирователь 7 сигнала, определяющий закон регулирования, усилитель 8 мощности, орган 9, воздействующий на силовозбудитель 1, программное устройство 10, блок 11 аварийной защиты, которьпЧ контролирует состояние испытуемого объекта 2, режим нагружения (например, по сигналам о превышении максимально допустимых возбуждаемых нагрузок, поступающим от датчика 4), исправность элементов системы управления нагружением, например по сигналам о недопустимом росте рассогласования на выходе элемента 6 сравнения регулятора (датчики аварийных режимов нагружения и исправности элемен тов системы управления, а также их связи с блоком I 1 аварийной защиты на чертеже условно не показаны). В опасных ситуациях блок II вьщает команду программному устройству 10, которое, воздействуя на задатчики 3, обеспечивает разгрузку испытуемого объекта 2 ипи зяморяживание нагрузок, достигну

,

JQ

е 2025 ,« 55 45

50

тых к моменту появления опасных ситуаций .

Кроме того, стенд содержит датчики 12 деформации элементов испытуемого объекта, масштабирующрш преобразователь 13, коммутатор 14, элемент 15 сравнения, датчик 16 циклов (нагруже- ние), счетчик 17 циклов нагружения, регистрирующий прибор 18 с измерительным устройством 19 и лентопротяжным механизмом 20, имеющим шаговый привод, двухпороговый элемент 21, один из уровней (порогов) срабатывания которого устанавливается равным величине сигнала с выхода элемента 15 сравнения, соответствующей зарождению повреждения, а второй уровень- величине этого сигнала, соответствующей опасным размерам разрушений, и включающий элемент 22.

В качестве датчика 4 нагрузки применен тензодинамометрический датчик с мостовой измерительной схемой; в качестве датчика 12 деформации также используется тензорезисторный датчик с мостовой измерительной схемой. Роль масштабирующего преобразователя выполняет потенциометр, включен- :Щз1й параллельно измерительной диагонали моста датчика 12 деформации. liзмepитeльнaя диагональ моста датчика 4 и выход потенциометра соединены последовательно встречно и через фильтр подключены к дифференциональ- ному входу операционного усилителя. Потенциометром компенсируется дрейф нуля. Выходной сигнал операционного усилителя, пропорциональный разности сигнала датчика 4 возбуждаемой нагрузки и масштабированного сигнала датчика 12 деформации, через развязывающий диод направляется в двухпороговый элемент 21, выполненный в Е.иде компараторов на операционных усилителях и ключей на тиристорах. Одновременно сигнал с выхода усилителя через контакт реле, выполняющего роль включающего элемента 22, подводится к измерительному устройству 19 регистрирующего прибора 18. Пороговые значения разности сигналов датчиков возбуждаемых нагрузок 4 и деформаций 12 задаются значениями напряжений, поступающих от программного устройства 10 на инвертирующие входы операционных усилителей компараторов . Нижнему порогу соответствует срабатывание компаратора на усилителе и тиристора, в анодную цепг- которого включена обмотка реле, определяющего начало записи процесса развития повреждения регистрирующим прибором 18. Верхнему порогу соответствует срабатывание компаратора на другом усилителе и другом тиристоре, в анодную цепь которого включена обмотка другого реле, контакты которого включают блок I1 автоматической защиты при достижении опасных размеров повреждений.

В качестве датчика 16 циклов может использоваться триггер Шмитта,

Регистрирующим прибором 18 могут служить разнообразные самопишущие приборы с последовательным преобразованием или автокомпенсационного типа (например, типа КСТ-4), в которых синхронный двигатель привода диаграммной ленты заменен шаговым двигателем (например, в простейшем случае приводом шагового искателя типа ШИ),

Программное устройство 10 выполняется в виде мног оцепного реле времени (при программном управлении в функции времени), счетно-импульсной системы (при программном управлении в функции числа циклов нагружения) или др.

Роль коммутатора 14 выполняют шаговые искатели, многофазные мультивибраторы и триггеры, и др. При использовании, например, шагового искателя его контакты вводятся в разрыв цепей подключения потенциометра к мосту датчика 12.

Стенд работает следующим образом.

Перед началом работы, когда испытуемый объект еще не имеет разрушений, потенциометром нормируют выходной сигнал моста датчика I2 деформации таким образам, что разность этого сигнала и сигнала моста датчика 4 возбуждаемой нагрузки, поступающая на вход усилителя, была нулевой на протяжении всего цикла погружения.

При включении стенда сигнал задат- чика 3, определяющий заданный характер изменения многозвенных значений возбуждаемой нагрузки, сравнивается с сигналами отрицательной обратной связи, вырабатываем}11ми датчиком 4 и характеризующими фактическое значение нагрузки. В элементе 6 сравнения регулятора вырабатывается сигнал рассогласования, из которого в блоке 7 формируется сигнал управления, воз

10

15

20

25

30

35

40

15

50

55

16

nei ic твуыший iioc: if ус:11.11еиия по MoinHtJC- ти I усилитгтю 8 мощности на исполнительный орган 9 таким образом, чтс1 силовозбудитель 1 отртб.пывает задли ное яиаче ие нагрузок. Режим нягруже- ния программируется путем перестройки задатчик,) 3 по кома1адам гфогрпм- миого устройства 10.

При циклическом нагружении испытуемого объекта после каждого цикла датчик 16 вырабатывает импульсы, учитываемые счетчиком 17. При отсутствии повреждений одно реле включающего элемента отключено, его контакты разомкнуты и сигнал с выхода усилителя, зависяпшй от размеров повреждения, не поступает в измерительное устройство 19 регистрирующего прибора I 8 .

При возникновении поврёж;1енк 1 .бъ- екта 2 в ходе испьчтаний (например, при появлении и развитии усталостных трещин, ослаблении соединешп элементов объекта 2) , ведущих к изме нению (уменьшению) его жес;кости, перераспределению напряжений в элементах, увеличению деформаций объекта при неизменных параметрах прикладываемых нагрузок, наруии. ется первоначальное соотношение (например, пропорциональность) между curiiajiaKH датчика 4 возбуждаемой нагруз -;и и датчика 12 деформации и возникаи от;1ич- ная от нуля разность этих сигналов. При достижении разностью сигналов датчиков 4 и 12 определенного уровня, соответствующего началу разрушения, на выходе усилителя элемента 15 сравнения сигнал достигает уровня, соответствующего величине напряжения с выхода программного устройства 10, приложенного к инвертирующему входу усилителя компаратора двухпорогового элемента 21, срабатывает компаратор, включаются тиристор и реле включающего элемента 22 в его анодной цепи. Контакты этого реле замыкаются и к измерительному устройству 19 начинает поступать и регистрироваться сигнал, пропорциональный размерам повреждения.

Дополнительные за1мьи ающие контакты этого же реле включают одновременно лентопротяжный механизм 20.

Благодаря связи привода лентопротяжного механизма 20 регистрирующего прибора t8 с датчиком 16 циклов цик5)3

лограмма меняет свой масштаб при изменении темпа (частоты) циклического нагружения, что упрощает обработку результатов испытаний.

После достижения опасного размера рлярутеиия сигнал на выходе усилителя элемента 15 сравнения достигает уровня, заданного для срабатывания компаратора на операционном усилите- ле двухпорогового элемента 21. При этом включается тиристор и срабатывает реле. Его контакты, воздействуя на блок I1 аварийной защиты, обеспечивают прекращение нагружения путем замораживания достигнутой нагрузки или программной разгрузки испытуемого объекта. Одновременно прекращает работу регистрирующий прибор 18 (для четкой его остановки дополнительные размыкающие контакты реле вводятся в цепи передачи сигналов к измерительному устройству 19 и лентопротяжному механизму 20.

Данный стенд позволит повысить .

точность испытаний, получить информацию о динамике разрушений, регистрировать процесс развития повреждений от момента зарождения до полного (или частичного) разрушения.

Формула изобретения

Стенд для испытаний на прочность, содержащий силовозбудитель с исполни тельным органом, задатчик, датчик нагрузки, датчик деформации, усилитель мощности, масштабирующий преобразователь, первый элемент сравнения коммутатор, программное устройство и блок аварийной защиты, причем вход задатчика подключен к первому выходу

программного устройства, а усилитель мощности соединен с исполнительным органом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности испытаний, оно снабжено формирователем сигнала, вторым элементом сравнения, двухпороговым элементом, включающим элементом, счетчиком, датчиком циклов и регистрирующим прибором причем датчик нагрузки соединен с первыми входами элементов сравнения, выход второго элемента сравнения через формирователь сигнала подключен к входу усилителя мощности, датчик деформации соединен с первым входом коммутатора, выход которого соединен с входом масштабирующего преобразователя, первый выход которого подключен к второму входу первого элемента сравнения, первый выход которого соединен с первым входом двухпорогового элемента, второй вход которого подключен к первому выходу программного устройства, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, второй выход первого элемента сравнения соединен с первым входом включающего элемента, второй вход которого соединен с первым выходом двухпорогового элемента, второй выход которого подключен к входу блока аварийной защиты, выход которого соединен с входом программного устройства, выход задатчика соединен с вторым входом второго элемента сравнения, второй выход масштабирующего преобразователя соединен с входом датчика циклов, первый выход которого соединен с счетчиком, а второй выход счетчика и выход включающего элемента подключены соответственно к входам регистрирующего прибора.

Изобретение относится к области испытаний образцов материалов, конструктивных элементов и конструкций на статическую и усталостную прочность, вибропрочность, надежность и позволяет повысить точность испытаний. Стенд содержит силовоэбудитель 1, действующий на испытуемый объект 2, задатчик 3, датчик 4 нагрузки, регулятор 5, включающий элемент 6 сравнения, формирователь 7 сигнала, усилитель 8 мощности, исполнительный орган 9, программное устройство 10, блок 11 аварийной защиты, датчик 12 деформации, масшатабирующий преобразователь 13, коммутатор 14, элемент 15 сравнения, датчик 16 циклов, счетчик 17 циклов, регистрирукяций прибор 18 с измерительным устройством 19 и лентопротяжным механизмом 20, двухпороговый элемент 21 и включающий элемент 22. 1 ил. i СЛ