CS262836B1 - Zařízení pro zkoušky únavových vlastností materiálu - Google Patents

Abstract

Zařízení sestává z rámu, k jehož prvnímu příčníku je uchycen první člen upínacího zařízení zkoušeného vzorku, zatímco jeho druhý člen je spojen s tep ­ lotně dilatujíoím zatšžovacím prvkem u protějšího druhého příčníku rámu. Teplot ­ ně dilatující zatěžovací prvek je svým vnitřním koncem opřen o vnější stranu druhého příčníku rámu a jeho vnější konec je s druhým členem upínacího zařízení spojen prostřednictvím teplotně dilatují- cího odlehčovacího prvku. Mezi vnitřním koncem zatěžovacího prvku a vnější stranou druhého příčníku mohou být uloženy sílové snímgče pro regulaci cyklického ohřevu od- lehčovaoího prvku. Zařízení je určeno pro zkoušky nízkooyklových únavových vlastností kovových materiálů.

Description

Vynález se týká zařízení pro zkoušky únavových vlastností materiálu. Je určeno pro zatěžování zkušebních vzorků do frekvence cca 0,017 Hz·

Pro zkoušky únavových vlastností o nízké frekvenci zatěžovacích cyklů jsou známy v podstatě tři systémy vyvozování zatěžovací sily, a to mechanický, hydraulický a systém využívající tepelnou dilataci kovů. Systém mechanického zatěžování vzorků lze použít jen velmi omezeně nebo krátkodobě z toho důvodu, že zatěžovací síla je vyvozována mechanicky, t*j. ozubenými koly z převodovky a pohybovými šrouby a maticemi na táhle upínacích čelisti, eventuelně řemeny mezi elektromotorem a převodovkou. Tento typ převodů špatně snáší častou opakovanou reverzaci chodu, stejně tak i motor, a to zvláště v zatíženém stavu. Pro reverzaci za plného zatížení a za chodu není ani tento systém určen a konstrukčně takovému režimu nevyhovuje. Navíc je výsledný průběh sil na zkušebním vzorku vzhledem k vůlím v převodech skokový a nepřesný a je možné ho například počítačová řídit velmi obtížně tak, aby zatěžovací křivka byla hlmdká a měla naprogramovaný průběh.

Hydraulický systém nízkocyklického zatěžování zkušebních vzorků je oproti mechanickému velmi přesný, pružný a nepřináší problémy při reverzaci zatěžující síly během pracovního cyklu· Systém je však velmi náročný a nákladný po stránce konstrukčněstavební. Celý proces zatěžování lze velmi přesně řídit počítačově podle naprogramovaného průběhu, ovšem výroba hydraulického zařízení pro únavové zkoušky za nízké frekvence vyžaduje použiti špičkových strojírenských výrobků - zejména hydraulického Čerpadla a vícecestných servoventilů. Ty totiž pracují s vysokým tlakem pracovního média a musí velmi přesně regulovat průtočná množství

- 2 262 836 média, což vyžaduje vysokou přesnost výroby součástí a s ni spojenou vysokou ekonomickou náročnost celého zařízení·

V AO č. 210 079 je popsán zatěžovací systém, který obsahuje alespoň jeden teplotně dilatujlcí prvek, kolem něhož je umístěna topná spirála, připojená ke zdroji elektrického proudu.

výhodného provedení vynálezu je osa teplotně dilatujícíhe prvku totožná s osou, vedenou zatěžovací tyčí a čelisti. Zatěžovací systém m&že obsahovat dva teplotně dilatujlcí prvky, umístěné po stranách prostoru pro zkoušený vzorek, paralelně s osou zatěžovací tyče. Jo žádoucí, jo-li alespoň jeden teplotně dilatujlcí prvek připojen na řízený zdroj elektrického proudu a opatřen dutinami pro připojení k regulovanému přívodu a odvodu chladicího média v závislosti na požadovaném režimu zatěžování. Rychlejší teplotní změny dilatujícíhe prvku je možno realizovat kombinací ohřevu odporovým elektrickým topením a nucenou cirkulací chladicí tekutiny, která je ve styku s povrchem dilatujícíhe prvku.

V závislosti na časovém průběhu teploty dilatujících prvků je možno dosáhnout časově proměnného průběhu různých způsobů namáhání zkoušených vzorků - tah, tlak, ohyb, krůt. Při použití vyššího stupně regulační a řídicí techniky je možno tímto způsobem docílit na zkoušeném vzorku i velmi složitých způsobů namáháni s deterministickým a stochastickým průběhem, jehož maximální frekvence je dána časovou konstantou systému, ktorá je určena topoluou setrvačností systému. Toto známé zařízení má však některé nedostatky. Především není dostatečně účinný systém chlazení zatěžujícího elementu zařízení· Zatěžujícím elementem jo trubka, ohřívaná na vnějším povrchu topnou spirálou, chlazen jo její vnitřní povrch, a to obecně tekutinou· Nejsnadněji použitelným me'diom je vzduch, vodni mlha případně voda.

Chlazení tlakovým vzduchem je sice jednoduché a umožňuje dodržet hladký průběh zatěžující síly, je však velmi málo účinné vzhledem k vysoké tepelné setrvačnosti ohřívané trubky a špatnému přestupu tepla mezi povrchem kovu a. chladicím vzduchem, ktorý okolo povrchu proudí. Při chlazení tlakovým vzduchem frekvence zatěžovacích cyklů dosáhla hodnoty maximálně 0,0048 Hz, t.j. 1 cyklus za 3,5 minuty. To je oproti požadované

262 838 frekvenci jednoho cyklu za minutu hadu·ta příliš nízká·

Chlazení vědní mlhou, t.j· zvlhčováaí proudící)!· chladicího vzduchu přes trysku, jo siee volni účinné, nicméně nestálé· Přisávané množství vody přes trysku nelze totiž běžnými prostředky udržet konstantní· Navíc v části pracovního cyklu, kdy topná trubka má nejnižší teplotu, dochází často ke kondenzaci kapek vody, na stěnách trubky a do okamžiku, kdy se kapky odpaří po zvýšeni příkonu topení, i ko značnému zkreslování požadovaného průběhu dilatací trubky·

Chlazeni trubky zevnitř přímo tlakovou vodou jo sico nejúčinnější, ale také nejméně vhodné· Je schopné trubku ochladit téměř okamžitě, ale změna zátěžné síly je skoková, což je nežádoucí. Regulační blok topeni není v tomto případě schopen udržot hladký průběh zátěžné síly* Při vyšším příkonu ohřevu se také tvoří u vnitřních stěn trubky parní film, který způsobí značné rázy mechanické uvnitř trubky a vzniká i nebezpečí pro obsluhu· Může dojít i k nepřípustnému zvýšení vlhkosti vzduchu v okolí zařízení, ktoré jo v provozu. Tyto nedostatky se ještě zvýší so zvětšováním celého zkušebního zařízení pro zkoušky rozměrnějších vzorků a vyšší zátěžné síly, kdy jo nutné přejít na zátěžné elementy s většími tloušťkami stěn.

Nedostatky těchto známých zařízení se do značné ^íry odstraňují zařízením pro zkoušky nlzkocyklových únavových vlastností materiálu, tvořeným rámem, k jehož prvnímu příčníku je uchycen první člen upínacího zařízení zkoušeného vzorku, zatímco jeho druhý člen je spojen s teplotně dilatujícím zatěževacím prvkem u protějšího druhého příčníku rámu· Podstata vynálezu spočívá v tom, žo teplotně dilatující zatěžovací prvek je svým vnitřním koncem opřen o vnější stranu druhého příčníku rámu a jeho vnější konec jo s druhým členem upínacího zařízení zkoušeného vzorku spojen prostřednictvím teplotně dilatujícího odlehčovacího prvku. Je výhodné, jsou-li mezi vnitřním koncem teplotně dilatujícího zatěžovacího prvku a vnější stranou druhého příčníku rámu uloženy silové snímače pře regulaci cyklického ohřevu teplotně dilatujícího odlehčovacího prvku.

262 836 ~ 4 Zařízení pro zkoušky únavových vlastností materiálu podle vynálezu řeší nedostatky známého stavu techniky zdvojením teploťKíilatujících prvků tak, Se při ohřevu vyvolávají vůči sobě síly opačné orientace - první ohříváním zkoušený vzorek zatěžuje a druhý jej ohříváním odlehČuje, Oba teplotně dilatující prvky jsou přitom souosé a přenášejí zátěftné síly přímo na Čepy zkoušeného vzorku, s kterým mají také společnou osu. Tímto konstrukčním uspořádáním lze úplně vyloučit nutnost chlazení teplotně dilatujících prvků při změně zatěžující síly, aniž by se prodloužila časová konstanta systému. Ta 3e naopak zkrátí a lze ji dále zkracovat i prodloužením ohřívaných teplotně dilatujících prvků, kdy je požadované dilatace dosažena menším rozdílem teplot. Přitom chlazení teplotně dilatujících prvků nemusí být vyloučeno úplně. Režimy ohřevu obou teplotně dilatujících prvků lze také libovolně kombinovat - lze je použít v režimu, kdy první je maximálně ohříván a druhý chladne, ale i v režimu naprosto nezávislém vůči sobě - například pro vyvozování stochastických průběhů sil. Změnu síly může samozřejmě zajišťovat jediný z teplotně dilatujících prvků, druh$ může být využit například jen pro vyvození konstantního výchozího předpětí vzorku, eliminaci parazitních deformací a sil, posuv úrovně cyklického namáhání atd. Vyloučení nutnosti chladit teplotně dilatující prvky je výhodné především v tom, že proces ohřevu teplotně dilatujících prvků lze výrazně snadněji a efektivněji řídit než proces chlazení.

Vynález je v dalším blíže vysvětlen na příkladu jeho konkrétního provedení pomocí popisu přiloženého výkresu.

Zařízení pro zkoušky únavových vlastností materiálu sestává z rámu X, opatřeného prvním příčníkem 2. Na prvním příčníku je prostřednictvím stavěči matice 13 zavěšen horní první člen 2 upínacího zařízení zkoušeného vzorku spojený s prvním ramenem tohoto vzorku £. K druhému ramenu zkoušeného vzorku £ je při pojen dolní druhý člen % upínacího zařízeni. Celé upínací zařízení, tvořené horním prvním členem J a dolním druhým členem je umístěno ve zkušební komoře 11. K čelu dolního druhého členu 2 upínacího zařízení je souose připojen teplotně dilatující odlehčovaci prvek 10. který má tvar táhla a volně prochází druhým příčníkem 2 a dutým teplotně dilatujícím zatěžovací* prvkem 6, k jehož dnu je pevně připojen . Dutý teplotně dilatující

- 5 282 838 zatěžovací prvek 6 je ohříván topnou spirálou 12. Vnitřní Selo dutého teplotně dilatujícího zatěžovacího prvku 6 je prostřednictvím příruby 8 a silových snímačů % opřBno o spodní vnější stranu dolního druhého příčníku J. Kolem horní části teplotně dilatujícího odlehČovacího prvku 10 je umístěna odlehčovací topná spirála 15.

Zařízení podle vynálezu pracuje tak, že se zkušební vzorek £ upne mezi horní první člen 2 a dolní druhý Člen £ upínacího zařízení a pomocí stavěči matice 13 se seřídí počáteční předpětí zkušebního vzorku £. Po připojení elektrického proudu do ohřívací topné spirály 12 se vlivem tepelné dilatace zvětši délka dutého teplotně dilatujícího zatěžovacího prvku ť>, čímž se prostřednictvím teplotně dilatujícího odlehČovacího prvku JO, pevně spojeného se dnem 14 a dolním druhým členem % upínacího zařízení, vyvolá roztažná síle na ramena zkoušeného vzorku £.

Po vypnutí proudu z topné spirály 12 se zavede elektrický proud do Odlehčovací topné spirály 15. Tím dojde ke zvětšení délky tepelně dilatujícího odlehČovacího prvku JO, čímž se odlehčí zatížení ramen zkoušeného vzorku £ a dosáhne se tak jeho cyklického namáhání. Cyklického namáhání podle zvoleného programu se dosáhne u daného příkladu provedení tím, že mezi horním, resp. vnitřním čelem dutého teplotně dilatujícího zatěžovacího prvku 6 resp. přírubou 8 a spodní stranou dolního druhého příčníku 2t ⁰ který se toto čelo opírá, jsou vloženy silové snímače jejichž výstupy jsou napojeny na programovaný ovládač zapínání a vypínaní elektrického proudu topných spirál 12 _| 15. U daného příkladu provedení je teplotně dilatující odlehčovací prvek 10 proveden ve formě dutého tělesa, což umožňuje pro zkrácení zatěžovacího cyklu i použití chladicího media.

Vynález je možno využívat ve zkušebnách strojírenských podniků pro zkoušky únavových vlastností materiálu.

Claims (2)

1· Zařízení pro zkoušky únavových vlastností materiálu tvořená rámem, k jehož prvnímu příčníku je uchycen první člen upíná čího zařízení zkoušeného vzorku, zatímco jeho druhý člen je spojen 8 teplotně dilatujícím zatěžovacím prvkem u protější ho druhého příčníku rámu, vyznačující se tím, že teplotně dilatující zatěžovací prvek /6/ je svým vnitřním koncem /8/ opřen o vnější stranu druhého příčníku /7/ rámu /1/ a jeho vnější konec je s druhým členem /5/ upínacího zařízení zkou ěeného vzorku /4/ spojen prostřednictvím teplotně dilatujícího odlehčovacího prvku /10/·

2. Zařízení podle bodu 1,vyznačující se tím, že mezi vnitřním koncem /8/ teplotně dilatujícího zatěžovacťho prvku /6/ a vnější stranou druhého příčníku /7/ rámu ./1/ jsou uloženy silové snímače /9/ pro regulaci cyklického ohřevu teplotně dilatujícího odlehčovacího prvku /10/.