Устройство для испытаний образцов материалов Советский патент 1982 года по МПК G01N3/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ

1

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания образцов материалов на различные виды деформации.

Известно устройство для испытаний образцов материалов, содержащее активный и пассивный захваты образца, связанный с активным, захватом двуплечий рычаг, на одном конце которого установлен контактный элемент, привод перемещения пассивного захвата, нагружатель с приводом, блок управления, включающий контактную группу, ycтaнoвлeннyJo с возможностью взаимодействия с контактным элементом рычага, и электрически связанный с приводами нагружателя и перемещения пассивного захвата, и блок индикации {.

Недостатком этого устройства являются ограниченные функциональные возможности, поскольку оно пoзвoляet испытывать образцы только на ползучесть.

Цель изобретения - расщирение функциональных возможностей путем обеспечения различных видов испытаний -без переустановки образца. ,

Для достижения указанной цели нагружатель выполнен в виде упругого элемента.

связанного одним концом с активным захватом, а другим - с приводом нагружателя. Кроме того, устройство снабжено установленными по обе стороны рычага регулируемыми упорами.

5 На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - блок-схема устройства. Устройство содержит направляющие колонны 1 и 2, установленные на них нижнюю 3, среднюю 4 и верхнюю 5 траверсы, размещен Q ный на средней траверсе 4 привод -нагружателя, включающий электродвигатель 6, червяк 7, червячное колесо 8, выполненное заодно со шкивом 9 и имеющее внутреннюю резьбу, и взаимодействующий с этой резьбой винт Ш, нагружатель, выполненный в виде

15 упругого элемента 11, жестко связанного одним концом с винтом 10, а другим - с активным захватом 12, жестко связанный с активным захватом 12 щток 13, установленный внутри упругого элемента 11 и винта 10,

2Q шарнирно связанный со щтоком 13 двуплечий рычаг 14 с соотнощением плеч 1:10, малое плечо которого щарнирно закреплено на верхней траверсе 5, установленный на большом плече рычага 14 контактный элемент 15, блок 16 управления и электричеси соединенные с ним регулируемые контакы 17 и 18, регулируемые упоры 19 и 20, становленные по обе стороны рычага 14, лок 21 индикации, каретка 22 которого ерез трос 23 с грузом 24 связана со шкивом, включающий также концевые выключатели 25. .и 26, регулирующие величину усилия уп-ругого элемента 11, шкалу 27, концевые выключатели 28 и 29, регулирующие величину деформации образца, и каретку 30, связанный с пассивным захваом 31 привод, включающий электродвигаель 32, червяк 33, червячное колесо 34 со шкивом 35, имеющее внутреннюю резьбу, и взаимодействующий с этой резьбой винт 36. Каретка 30 связана со щкивом 35 через рос 37 с грузом 38.

В устройстве предусмотрена устанавливаемая на направляющих колоннах 1 и 2 на заданной высоте испытательная камера 39 с теплоизолированными стенками 40, Б которой размещен нагревательный элемент 41, имеется полость 42 для хладагена и съемный стакан 43 для испытательной среды. Блок 44 регулирования и записи температуры включает связанный с электродвигателем 45 постоянного тока винт 46, перемещающуюся по нему гайку 47 с контактом 48, щкалу 49, концевые выключатели 50 и 51 и реле 52 времени, изменяющее напряжение на двигателе 45, за счет чего меняется скорость перемещения контакта 48 и, в свою очередь, повышается или понижается температура в камере 39.

Блок-схема автоматического управления стройством кроме блока 16 управления, блока 21 индикации и блока 44 регулирования и записи температуры включает .блок 53 нагрузки, блок 54 деформации, пульт 55 с переключателем программ и световое табло 56.

Устройство работает следующим образом.

На блоке 21 индикации установкой концевого выключателя 26 относительно шкалы 27 задается значение сжимающего усилия упругого элемента И, а на блоке 44 регулирования и записи температуры - значение температуры образца установкой концевого выключателя 51 относительно шкалы 49.

На пульте 55 включают тумблеры питания всех блоков устройства, указатель переключателя программ устанавливают в положение, соответствующее установке образца.

Испытуемый образец 57 закрепляют в захватах 12 и 31. За счет неизбежного зазора между нижним концом образца 57 и верхним концом винта 36, при затяжке гайки захвата 12 образцу сообщается растягивающее усилие, которое через щток 13 передается рычагу 14, который поворачивается по часовой стрелке до тех пор, пока не соприкоснется с нижним регулируемым упором 19. При этом замыкаются контактный элемент 15

И контакт 17 и электрический сигнал с выхода блока 53 нагрузки поступает на вход блока 16 управления, а с выхода последнего - на вход блока 54 деформаций. Включается электродвигатель 32, его вращение

через червяк 33 передается на червячное колесо 34, где преобразуется в поступательное движение ходового винта 36, жестко связанного с пассивным захватом 31. Захват 31, перемещаясь вверх,-снимает растягиваю1йее усилие, приложенное к образцу 57 в момент закрепления в захватах. При этом шток 13, перемещаясь вверх, поворачивает рычаг 14 против часовой стрелки до тех пор, пока не разомкнутся контактный элемент 15 и контакт 17 и не обесточится электродвигатель 32.

После этого подтягивают гайку пассивного захвата 31. Если зазор между образцом 57 и ходовым винтом 36 не ликвидирован, то образцу 57 опять сообщается растягивающее усилие, снова включается электродвигатель 32 и захват 31 поднимается. Это повторяется до тех пор, пока не ликвидируется зазор между образцом 57 и ходовым винтом 36 и не снимается растягивающее усилие при закреплении образца.

При закреплении образца 57 в захватах камера 38 для испытания образца находится в верхнем нерабочем положении, т.е. над захватом 12 и зафиксирована на колоннах 1 и 2. После закрепления образца камера 39 опускается в нижнее рабочее положение, при этом образец располагается во внутреннем отверстии камеры 39.

На пульте 55 указатель переключателя программ устанавливают против цифры, соответствующей заданной программе, например испытанию на сжатие. Один из электрических сигналов с выхода пульта 55 поступает на вход блока 44 регулирования и записи температуры, а с выхода последнего - на вход камеры 39, включая нагревательный элемент 41, другой - на вход светового табло 56, на котором напротив надписи «температура загорается лампочка. Одновременно включается электродвигатель 45 блока 44 регулирования и записи температуры и записывается кривая нагрева образца 57.

Когда температура образца 57 достигнет заданной величины, то гайка 47 блока регулирования и записи температуры набегает на концевой выключатель 51, и электродвигатель 45 обесточивается.

Один из электрических сигналов с выхода блока 44 регулирования и записи температуры поступает на вход блока 16 управления, а с одного из выходов последнего - на вход светового табло 56, при этом напротив надписи «температура гаснет лампочка, а с другого выхода - на вход блока 53 нагрузки, включая электродвигатель 6. Другой электрический сигнал с выхода блока 44 поступает на вход блока 21 индикации, включая его лентопротяжный механизм. При включении электродви1-ателя 6 с выхода блока 53 нагрузки, поступает электрический сигнал на вход блока 16 управления, а с выхода последнего - на вход светового табло 56, при этом напротив надписи «сжатие загорается лампочка. На блоке 21 индикации осуществляется запись процесса формирования усилий на упругом элементе 11. Вращение электродвигателя 6 через червяк 7 передается на червячное колесо 8, где преобразуется в поступательное движение нагружающего винта 10, который сжимает упругий элемент 1, который передает на захват 12 усилие, воспринимаемое щтоком, 13 за счет жесткой связи между ними. Шток 13 через щарнир передает усилие на рычаг 14, поворачивая его по часовой стрелке до тех пор, пока он не соприкоснется с нижним упором 19, при этом осуществляется замыкание контактного элемента 15 и контакта 17. Усилие на образец 57 в этот момент не передается. При достижении заданной величины усилия каретка 22 блока 21 индикации, приводимая в движение тросом 23, набегает на концевой выключатель 26 и отключает электродвигатель 6, при этом увеличение усилия на упругом элементе И прекращается. Электрический сигнал с выхода блока 53 нагрузки поступает на вход блока 16 управления. с одного из выходов последнего - на вход светового табло 56, при этом напротив надписи «сжатие гаснет лампочка, а с другого выхода - на вход блока 54 деформации, включая электродвигатель 32. Его вращение через червяк 33 передается на червячное колесо 34, где преобразуется в поступательное движение ходового винта 36, жестко свя,занного с пассивным захватом 31, который, перемещаясь вверх, действует на образец 57, который, в свою очередь, действует на активный захват 12, жестко связанный со щтоком 13. Шток 13, перемещаясь вверх, через щарнир действует на рычаг 14 и поворачивает его против часовой стрелки. Больщое плечо рычага 14 выходит из соприкосновения с нижним упором 19, при этом контактный элемент 15 и контакт 17 размыкаются. Электрический сигнал с выхода блока 53 нагрузки поступает на вход блока 16 управления, а с выхода последнего - на вход блока 54-деформации, выключая электродвигатель 32. В этот момент происходит передача усилия, приложенного ранее к упругому элементу 11, образцу 57, который испытывается на сжатие. В зависимости от поведения образца 57 после приложения усилия происходит замыкание и размыкание контактного элемента 15 с контактами 17 и 18, по сигналу от которых через блок 16 управления включаются или отключаются электродвигатели 6 и 32. Одповременно осуществляется запись процесса испытания в виде двух диаграмм с помощью блока 21 индикации, а также запись температуры в центре образца 57 с помощью блока 44 регулирования и записи температуры. При испытании образца 57 на растяжение положение его в захватах 12 и 31 не меняется. Переход от одного вида испытания к другому осуществляется автоматически при помощи реле времени, установленного в блоке 16 управления. Когда произойдет соответствующее переключение, то на световом табло 56 загорается лампочка напротив надписи «растяжение и включается электродвигатель 6, который вращается в сторону, обратную вращению при испытаНИИ на сжатие. Ходовой винт 10, поднимаясь вверх, растягивает упругий элемент 11, который передает усилие через активный захват 12 щтоку 13. Шток .13 через щарнир передает усилие на рычаг 14, поворачивая его против часовой стрелки до тех пор, пока он не соприкоснется с верхним упором 20, при этом осуществляется замыкание контактного элемента 15 и контакта 18. Усилие на образец 57 в этот момент не передается. Как и при испытании на сжатие, блок 44 регулирования и записи температуры осуществляет непрерывное регулирование и поддержание заданной температуры образца и ее запись, а блок 21 индикации в начальный период осуществляет запись процесса формирования усилий на упругом элементПри достижении заданной величины усилия один из концевых выключателей 25 или 26 отключает электродвигатель 6, при этом увеличение усилия на упругом элементе 11 прекращается. По сигналу от контакта 18 и контактного элемента 15 через блок 16 управления на световом табло 56 напротив надписи «растяжение гаснет лампочка и одновременно включается двигатель 32, вращающийся в обратную сторону. Пассивный захват 31, перемещаясь вниз, действует на образец 57, который в свою очередь действует на активный захват 12, жестко связанный со щтоком 13. Больщое плечо рычага 14 выходит из соприкосновения .с верхним упором 20, при этом контактный элемент 15 и контакт 18 размыкаются и отключается электродвигатель 32. В этот момент происходит йередача усилия, приложенного ранее к упругому элементу 11, образцу 57, который испытывается на растяжение. В зависимости от поведения образца 57 после приложения усилий происходит замыкание и размыкание группы контактов 17 и 18 и контактного элемента 15, по сигналу от которых через блок 16 управления включаются или отключаются двигатели 6 и 32. Одновременно осуществляется запись процесса испытания в виде двух диаграмм с

помощью блока 21 индикации, а,также запись температуры в центре образца 57 с помощью блока 44 регулирования и записи температуры.

Если в процессе испытания температура образца 5f снизится, то с выхода образца поступит электрический сигнал на вход,блока 44 регулирования и записи температуры, при этом включается электродвигатель 45 и замыкается электрическая цепь камеры 39 и тем самым поддерживается заданная температура образца.

Устройство позволяет осуществлять как мгновенную, так и главную передачу усилий или деформаций на испытуемый образец, причем одновременно могут перемещаться как активный, так и пассивный захваты или один из них.

Возможность мгновенной и плавной передачи усилий и деформаций наОбразец позволяет выявить релаксационные процессы, протекающие в образце и дать их сравнительную оценку.

По аналогии с испытаниями на сжатие .и растяжение, устройство позволяет испытывать материалы, например полимерные, по следующим программам: определение температурных напряжений при изотермическом нагреве, определение температурных напряжений при циклических воздействиях температуры, снятие термомеханических кривых отдельно при сжатии, растяжении или сжатии по цикловой программе, определение температурных деформаций и коэффициента линейного теплового расщирения. Кроме того, определение ползучести при постоянных напряжении и температуре, определение деформационных характеристик в зависимости от напряжения и температуры с различными скоростями изменения последних, определение релаксации напряжений и деформации .при постоянной температуре, определение релаксаций напряжений при многоцикловой знакопеременной нагрузке и определение твердости пенетрационным методом.

Переход от одной программы к другой при испытании образца материала может быть осуществлен в любой последовательности в зависимости от задач, стоящих перед исследователем. Это осуществляется автоматически при помощи реле времени, установленного в блоке 16 управления. При необходимости может быть использовано и ручное управление.

Для испытания стандартных образцов из блочных материалов, а также волокнистых (сухожилий) и текстильных материалов (тканей, нитей и волокон) в устройстве заменяются захваты 12 и 31, а в зависимости от

базы образца и максимального усилия - направляющие колонны 1 и упругий элемент 11. Расщирение функциональных возможностей устройства достигается за счет комплексного изучения свойств по заданным программам с автоматической записью протекаю° щих процессов, при этом, используется один и тот же образец, что повыщает точность получаемых результатов, упрощает их дальнейщую обработку и исключает влияние масштабного фактора, а также снижает расход

5 испытуемых материалов. Кроме того, снижаются материальные затраты, так как устройство универсально и заменяет целый ряд существующих приборов, например, мащины для растяжения, сжатия, для снятия термомеханических кривых, релаксометр, дилатометр, прибор для испытания на твердость, что позволит снизить трудоемкость обслуживания и потребность в производственных площадях.

Формула изобретении

„„

материалов, содержащее активный и пассивный захваты образца, связанный с активным захватом двуплечий рычаг, на одном конце которого установлен контактный элемент, привод перемещения пассивного захвата, нагружатель с приводом, блок управления, включающий контактную группу, установленную с возможностью взаимодействия с контактным элементом рычага, и электрически связанный с приводами нагружате5 ля и перемещения пассивного захвата, и блок индикации, отличающееся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей путем обеспечения различных видов испытаний без переустановки образца, ааQ гружатель выполнен в виде упругого элемента, связанного с одним концом с активным захватом, а другим - с приводом нагружателя.

5 обе стороны рычага регулируемыми упорами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 526802, кл. G 01 N 3/18, 1974 (прототип).

1

f

Я

Фиг.1.