Устройство для усталостных испытаний образцов на изгиб Советский патент 1993 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для оценки качества материалов в металлургии и в машиностроении.

Цель изобретения - повышение точности за счет обеспечения слежения за ростом трещины в образце непосредственно по форме кривой тока в обмотках шаговых электродвигателей.

На чертеже изображена блок-схема описываемого устройства. Здесь блок А, очерченный штриховой линией, включает основные элементы устройства, а блок Д - элементы, введенные в устройство согласно настоящему дополнительному изобретению. Устройство содержит два ШД-1 и схему управления 2, обеспечивающую задание всей системе частоты реверсирования, максимального угла поворота валов двигателей, частоты вращения валов. Дополнительно введено шунтирующее сопротивление 3; напряжение с шунта-3, пропорциональное току в фазе ШД управляет генератором

(ГУН-4), который преобразует колебания напряжения в унитарную последовательность импульсов на выходе. Количество п импульсов за один шаг вращения вала ШД подсчитывается счетчиком импульсов и поступает на ЦПУ 5. По изменению числа импульсов п судят об изменениях кривой тока в обмотке ШД, а, имея предварительно построенную тарировочную зависимость между величиной п и длиной трещины, - определяют длину трещины в ходе испытания через заданные временные интервалы. Блок 6 на фиг. - усилитель сигнала с шунта и фильтр низкой частоты.

Устройство работает следующим образом.

Исполнительному органу устройства - ШД 1 от типовой схемы управления 2 задаются: максимальный угол поворота валов, частота реверсирования, а также шаговая частота вращения валов. В ходе циклического нагружения испытуемого образца в каждой фазе обмотки ШД 1 протекает ток,

V

+

е

00

ю о ю ю

характеризующийся определенной формой. Эта форма соответствует величине момента сопротивления на валу ШД (1) при изгибании образца, еще не содержащего усталост- но.г.0 повреждения, т.е. имеющего конкретную изгибную жесткость.

На шунте 3,.поскольку он включен в фазу обмотки ШД, существует напряжение, пропорциональное току в этой обмотке и, следовательно, указанной выше величине момёнт а сопротивления вращению вала ШД. Этим напряжением управляется ГУН 4, преобразующий сигнал с шунта 3 в униполярную последовательность импульсов. Период этих импульсов, в свою очередь, зависит от напряжения на шунте 3, и, поэтому, количество импульсов являются индикатором исходного физического параметра системы - момента сопротивления вращения вала ШД 1.

При возникновении усталостной трещины в испытуемом образце, снижаются его изгибная жесткость, и, следовательно, момент сопротивления на валу. Это мгновенно отражается на форме тока в обмотке ШД 1, в том числе и в той фазе ее, куда включен шунт 3. Напряжение на шунте изменяется, и, вслед за ним - количество импульсов, в которые ГУН 4 преобразует это напряжение. Для определения длины образовавшейся в образце усталостной трещины необходимо регистрировать количество импульсов, вырабатываемых ГУН А. Это делает автоматически счетчик 5. Нужная точность контроля длины трещины обеспечивается, кроме прочего, тем, что: в блок регистрации Д введен высокоомный усилитель с фильтром низкой частоты б, чтобы минимизировать, влияние разброса низкочастотных колебаний параметров ШД на каждом шаге; весь блок Д подключается автоматически к шунту (3) всегда при одном и том же положении ротора ШД через достаточно малые интервалы времени {1...5 с).

Счетчик 5, подсчитав количество импульсов, передает результат на ЦПУ, а сам после этого обнуляется и оказывается готовым к приему новой информации при очередном подключении блока Д к шунту 3.

Периодичность измерений и их продолжительность (частота включения счетчика)- могут быть организованы известными аппаратными или программными средствами.

Зная периодичность подключения блока Д к шунту 3 и используя распечатанную информацию ЦПУ 5, строят график изменения числа импульсов во времени, сравнивают его с предварительно полученной тарировочной зависимостью и судят о. моменте возникновения трещины в образце

или о ее длине. Таким образом, контроль усталостного повреждения испытуемого образца выполняется прямо в связи с изменением тока в обмотке ШД 1 без попыток

измерять шаговую частоту вращения вала ШД.

В ходе экспериментальной проверки заявляемого решения испытывали на усталость образцы из стали ОХ12Н10Т

толщиной 0,15 мм, шириной 10 мм. В качестве источников колебаний использовали двигатели марки ДШ-0,4А.

Для создания в образце изгибных напряжений 200 МПа установили максимальное значение угла поворота вала ШД, равное 67 град. Возбуждение ШД организовали в однофазном режиме. Сопротивление шунта-3 (фиг.) выбрали в 1 (один) Ом. Измерения шаговой частоты вращения ШД не производили. К тому же учитывали, что шаговая частота - параметр для синхронных электродвигателей типа ШД - консервативный, мало зависящий от момента сопротивления на валу (кн. Ф.М.Юферева - Электрические машины автоматических устройств - М. Высшая школа, 1988 г., с.102 ис.337)..

В ходе испытания образца циклическим

чистым изгибом использовали заявленное техническое решение - контролировали образующуюся трещину по числу импульсов на выходе ГУН, пропорциональных изменению тока в фазе ШД. При изменении числа

импульсов на 3% удалось зафиксировать трещину минимальной длины 0,5 мм. Далее, путем периодического сравнения фактической длины растущей трещины с колебаниями частоты импульсов на выходе ГУН,

построили тарировочную кривую для испытуемого класса материала, не прибегая к регистрации шаговой частоты вращения ва- лаШД.

Таким образом, заявляемое техническое решение дает преимущество: обеспечивает автоматический точный контроль длины образующейся в образце устало$т- ной трещины за счет непосредственного слежения формы кривой тока в обмотках

ШД.

Формула изобретения Устройство для усталостных испытаний образцов на изгиб, содержащее основание, две поворотные опоры с захватами для защемления концов образца, установленные на основании источники колебаний, выполненные в виде шаговых электродвигателей, на валах которых закреплены соответствующие поворотные опоры, и связанную с элек- тродвигателями систему управления, отл ичающееся тем, что. с целью повышения точности за счет обеспечения слежения формы кривой тока в обмотках электродвигателей за ростом трещины в образце, оно снабжено шунтирующим сопротивлением.

связанным с системой управления, генератором напряжений, вход которого подсоединен к шунтирующему сопротивлению, и подключенным к выходу генератора счетчиком импульсов.

Изобретение относится к испытательной технике Оно имеет целью обеспечить точную автоматическую регистрацию длины усталостной трещины, возникающей в образце, причем в качестве источников колебаний используются шаговые электродвигатели. Сущность изобретения в том, что устройство снабжено шунтом, включенным в обмотку двигателя, генератором напряжений, подсоединенным к шунту и связанным с генератором счетчиком импульсов. Изменение момента сопротивления вращению в связи с образованием трещины отражается на форме кривых тока в обмотке двигателя. Подробности этих кривых регистрируют в виде количества импульсов, снимаемых с генератора напряжений и счетчика. 1 ил.

V 0 В, 50Гц

0 Я

5.