CZ18921U1 - Zařízení pro kombinované zatěžování zkušebních vzorků - Google Patents

Description

Zařízení pro kombinované zatěžování zkušebních vzorků

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro kombinované zatěžování zkušebních vzorků, sestávající z rámu, v němž je uložena pohonná jednotka s výstupním hřídelem a čítačem počtu cyklů, k níž je připojena převodová skříň, ve které je umístěn čtyřkloubový mechanizmus, jehož kyvná páka je nasazena na hnací hřídel, který je uložen v převodové skříni a zároveň i v upínací hlavě, připojené k převodové skříní a skříně hnaného soustrojí, v níž je uložen hnaný hřídel, se setrvačníkem, který je souose uspořádán s hnaným hřídelem, opatřeným tenzometrickým snímačem, přičemž k hnanému hřídeli, je z opačné strany připojena pístnice, hydraulického válce, kde mezi hnací hříio del a hnaný hřídel je situován zkušební vzorek.

Dosavadní stav techniky

U dosud známých zkušebních zařízení pro namáhání vzorků především z kovového materiálu, se na vzorky působí silou, vyvozenou buď pohybovým šroubem nebo silou vyvinutou elektrohydraulickým strojem, obsahujícím tlakové čerpadlo a hydraulický válec. Tato zařízení vyvolávají ve i? zkušebních vzorcích pouze jednoosový napěťový stav. Jsou známa zkušební zařízení, která umožňují namáhat vzorek současně osovým tahem/tlakem a kroucením, ale pouze v omezeném rozsahu krutu ± 50°.

Je známo zkušební zařízení ke kombinovanému namáhání vzorků podle CZ užitného vzoru, číslo zápisu 6977, které umožňuje namáhat vzorek současně osovým tahem/tlakem a kroucením. Jeho :o podstata spočívá v tom, že sestává ze základové desky, v níž jsou vertikálně upevněny nejméně dva nosné sloupy, spojené dvěma příčníky, z nichž jeden je opatřen rotačním a druhý přímočarým hydromotorem a dále z regulační, měřicí, registrační a vyhodnocovací jednotky, přičemž horní příčník je opatřen rotačním hydromotorem, k jehož hřídeli je připojen axiálně fixovaný průběžný hřídel, zakončený horní čelistí a dolní příčník je opatřen hydromotorem a prodlouženou rotačně fixovanou pístnicí, která je zakončena dolní čelistí a mezi oběma čelistmi je umístěn zkušební vzorek.

Dalším ze známých řešení je Přípravek pro kombinované namáhání zkušebních vzorků, zejména krutém a ohybem, připojitelným k trhacímu stroji podle CZ užitného vzoru č. 16107.

Podstatou přípravku je, že je tvořen základnou, k jejíž jedné straně je připojena pevná opera pro pevné uchycení jednoho konce zkušebního vzorku a k opačné straně základny je souose připojena další opera, uložená otočné pro uchycení druhého konce zkušebního vzorku. Otočná další podpěra je pro přenos síly z opěrného trnu trhacího stroje opatřena excentrickým prvkem, který tuto sílu transformuje na silovou dvojici, která je využívána ke kombinovanému namáhání zkušebních vzorků. Otočná další opěra je tvořena deskou, určenou pro připojení zkušebního vzorku, která je spojena s hřídelí, uloženou ve dvojici ložisek umístěných v domečku, spojeném se základnou a hřídel je opatřena excentrem ve tvaru hranolu, s vybráními pro umístění opěrného tmu trhacího stroje.

Uvedené technické řešení se tedy týká přípravku, který po instalaci do klasického trhacího stroje, užívaného běžně k namáhání zkušebních vzorků tahem nebo tlakem, umožňuje podrobovat zku40 šební vzorky kombinovanému namáhání.

Mezi známá řešení patří i Kombinované zatěžování zkušebních vzorků podle CZ užitného vzoru č. 17286. Jeho podstatou je, že sestává z rámu, k němuž je připojena pohonná jednotka, s výstupním hřídelem a se snímačem otáček, z převodové skříně, v níž je situován čtyřkloubový mechanizmus, jehož kyvná páka je nasazena na hnací hřídel a skříně hnaného soustrojí, v níž je uložen hnaný hřídel se setrvačníkem, který je souose uspořádán s hnaným hřídelem, opatřeným tenzometrickým snímačem, kde mezi hnací hřídel a hnaný hřídel je uchycen zkušební vzorek, přičemž hnací hřídel, který je uložen v převodové skříni, je zároveň uložen i v upínací hlavě, připojené k převodové skříni. K hnanému hřídeli, je pak z opačné strany připojena pístnice hydraulického válce.

- 1 CZ 18921 Ul

Hnací hřídel ve výhodném uspořádání je v upínací hlavě uložen v axiálním ložisku a pístnice hydraulického válce je k hnanému hřídeli připojena pomocí vyrovnávací spojky.

Naměřené hodnoty, získané z tenzometrického snímače kroutícího momentu a ze snímače otáček jsou pak vyhodnocovány pomocí hardware a software počítače.

Nevýhody všech známých zařízení lze spatřovat především v nutnosti překonávat značné technická nároky při jejich zhotovování, v přílišné komplikovanosti, ve značné prostorové náročnosti, často i ve vysoké spotřebě elektrické energie při jejich provozu, ale zejména ve skutečnosti, že neumožňují provádět zatěžování zkušebních vzorků v kombinaci tah/tlak, cyklický kroutící moment a vnitřní přetlak.

i o Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody odstraňuje zařízení pro kombinované zatěžování zkušebních vzorků, sestávající z rámu, v němž je uložena pohonná jednotka s výstupním hřídelem a čítačem počtu cyklů, k níž je připojena převodová skříň, ve které je umístěn čtyřkloubový mechanizmus, jehož kyvná páka je nasazena na hnací hřídel, který je uložen v převodové skříni a zároveň i v upínací hlavě. i5 připojené k převodové skříni a skříně hnaného soustrojí, v níž je uložen hnaný hřídel, se setrvačníkem, který je souose uspořádán s hnaným hřídelem, opatřeným tenzometrickým snímačem, přičemž k hnanému hřídeli, je z opačné strany připojena pístnice, hydraulického válce, kde mezí hnací hřídel a hnaný hřídel je situován zkušební vzorek, podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že zkušební vzorek je jedním koncem uložen v zátěžové přetlakové sou20 stavě, připojené k hnací hřídeli a napojené na hydraulický agregát a druhým koncem je uchycen v hnaném hřídeli.

Je účelné, aby zátěžová přetlaková soustava sestávala z montážní spojky, a aby k ní byla připojena hydraulická kostka, a aby ta byla opatřena pístem.

Je vhodné, aby píst byl opatřen alespoň dvěma těsnicími elementy.

Je výhodné, aby hydraulická kostka byla opatřena snímačem tlaku.

Je samozřejmě rovněž výhodné, aby výstupy z tenzometrického snímače, z čítače cyklů a ze snímače tlaku, byly propojeny a snímány do počítače,

Výhodu tohoto technického řešení lze dále spatřovat v jednoduchosti konstrukčního uspořádání, v provozní spolehlivosti, ve snadnosti manipulace při provádění testování zkušebních vzorků, při současném zajištění bezpečnosti práce, v získání přesných hodnot parametrů osové síly tah/tlak, cyklického kroutícího momentu a vnitřního přetlaku u zkoušeného vzorku a v jejich vyhodnocení prostřednictvím výpočetní techniky. V neposlední řadě je nespornou výhodou tohoto technického řešení nízká spotřeba elektrické energie najeho provoz a tím i značná úspora nákladů.

Přehled obrázku, na výkrese

Na přiloženém výkresu je schematicky znázorněno příkladné provedení zařízení pro kombinované zatěžování zkušebních vzorků, kde obr. 1 představuje jeho princip.

Příklad provedení

Zařízení pro kombinované zatěžování zkušebních vzorků, a to cyklickým kroutícím momentem, osovou silou tah/tlak a vnitřním přetlakem sestává z rámu 01, k němuž je připojena pohonná jed40 notka [, například asynchronní elektromotor s frekvenčním měničem a převodová skříň 2. K výstupnímu hřídeli 1J_. pohonné jednotky 1, je v převodové skříni 2 připojen čtyřkloubový mechanizmus 24, ovládaný šnekovým převodem 22 a z opačné strany je k hřídeli H připojen frekvenční měnič a čítač cyklů 12. Kyvná páka 211, čtyrkloubového mechanizmu 21, je nasazena na hnací hřídel 3. Převodová skříň 2 je opatřena upínací hlavou 23, v níž je uspořádáno axiální lo45 žisko 231, které je například provedeno jako dvouřadé, axiální, obousměrné a v němž je hnací hřídel 3 uložen. K hnacímu hřídeli 3 je na výstupu připojena zátěžová přetlaková soustava 3U

CZ 18921 Ul

Zátěžová přetlaková soustava 31_, která je napojena na hydraulický agregát LO, sestává z montážní spojky 311, k níž je připojena hydraulická kostka 312, s pístem 313, který je opatřen alespoň dvěma těsnicími elementy 314, například O-kroužky. Hydraulická kostka 312 je rovněž opatřena snímačem tlaku 315. Hnací hřídel 3 je souose situován s hnaným hřídelem 44, opatřeným setr5 vačníkem 42, uspořádaným například jako deskový, skládací. Hnaný hřídel 44 je spolu se skládacím setrvačníkem 42 uložen ve skříni 4 hnaného soustrojí, která je rovněž upevněna v rámu OL Mezi hnací hřídel 3 a hnaný hřídel 44 je uchycen zkušební vzorek 5. K hnanému hřídeli 44, v těsné blízkosti zkušebního vzorku 5, je připojen nejméně jeden tenzometrický snímač 6, osové síly a kroutícího momentu, jehož tenzometry 01 jsou rozmístěny po jeho obvodu, například v ío úhlech ± 45° vůči podélné ose tenzometrického snímače 6. K hnanému hřídeli 44, je z opačné strany připojena pístnice 74, hydraulického válce 7, a to prostřednictvím vyrovnávací spojky 8. Naměřené hodnoty z tenzometrického snímače 6, čítače cyklů 1_2 a snímače tlaku 315 jsou vyhodnocovány hardware a software počítače 9.

Zkušební vzorek 5 se uloží do zátěžové přetlakové soustavy 3_1, hnacího hřídele 3 tak, že se nasa15 dí na píst 313, hydraulické kostky 312. uložené v montážní spojce 311 a utěsní se dvěma těsnicími elementy 314. K hydraulické kostce 312 se připojí snímač tlaku 315 a hydraulický agregát 10. Druhý konec zkušebního vzorku se upevní v hnaném hřídeli 44.

Po připojení pohonné jednotky 1_, například asynchronního elektromotoru s frekvenčním měničem ke zdroji elektrické energie, (není kresleno), se pohyb kyvné páky 211 čtyřkloubového menu chanizmu 21 přenáší na hnací hřídel 3, uložený v axiálním ložisku 231, upínací hlavy 23, které zabraňuje přenosu osové síly na uložení čtyřkloubového mechanizmu 21. Kyvný pohyb hnacího hřídele 3 se přenáší na hnaný hřídel 44, se skládacím setrvačníkem 42. Hnaný hřídel 44 společné se setrvačníkem 42, jako tzv. volný člen, způsobuje vznik kroutícího momentu, přenášeného na zkušební vzorek 5, Zároveň na zkušební vzorek 5 působí osová síla, vyvinutá pomocí hydraulic25 kého válce 7, a to buď tahová či tlaková, konstantní nebo proměnná, přenášená na hnaný hřídel 44 z pístnice 71, hydraulického válce 7, přes vyrovnávací spojku 8. Nahrazením torzní tyče volně uloženým hřídelem 4J se výrazně změní charakter zatěžování zkušebního vzorku 5. Silové účinky nyní vznikají vlivem dynamických setrvačných účinků. Velikost maximálního dynamického momentu lze pak stanovit ze základní pohybové rovnice:

A' «,íu — Ψ max *7 kde J je moment setrvačnosti hnaného hřídele 44 a setrvačníku 42 a ψ _max představuje maximální úhlové zrychlení kyvné páky 211 čtyřkloubového mechanizmu 2L Změny zatěžujícího kroutícího momentu se dosáhne změnou excentricity „e“ čtyřkloubového mechanizmu 21 a rovněž změnou momentu setrvačnosti skládacího setrvačníku 42. Naměřené hodnoty získané čítačem cyklů

12, tenzometrickým snímačem 6 kroutícího momentu a osové síly jsou pak přímo vyhodnocovány pomocí software počítače 9.

Řízeným tlakem tlakového média na vnitřní povrch zkušebního vzorku 5 prostřednictvím pístu 313, lze současně vyvodit konstantní nebo časově proměnnou složku obvodového normálového napětí σ_τ Napěťový stav σ_: generovaný ve stěně zkušebního vzorku 5 řízením tlaku tlakového média přivedeného pístem 313 lze kombinovat s napěťovými stavy, vyvolanými cyklickým kroutícím momentem na hnacím hřídeli 3 (kroucení, smykové napětí τ) a posunem hnaného hřídele 44 (tah/tlak ± σ_Λ). Naměřené hodnoty ze snímače tlaku 315, jsou pak rovněž přenášeny do počítače 9.

Průmyslová využitelnost

Technické řešení může být využito pri veškerém získávání údajů o kombinovaném namáhání zkušebních vzorků osovou silou tah/tlak, cyklického kroutícího momentu a vnitřního přetlaku, v oblasti nízkocyklové a vysokocyklové únavy, pro proporcionální i neproporcionální zatížení a pro všechna průmyslová odvětví, zejména pro strojírenství, stavebnictví, automobilový a letecký průmysl.

Claims (4)

1. Zařízení pro kombinované zatěžování zkušebních vzorků, sestávající z rámu (01), v němž je uložena pohonná jednotka (1) s výstupním hřídelem (11) a čítačem počtu cyklů (12), k níž je připojena převodová skříň (2), ve které je umístěn čtyřkloubový mechanizmus (21), jehož kyvná

5 páka (211) je nasazena na hnací hřídel (3), který je uložen v převodové skříni (2) a zároveň i v upínací hlavě (23), připojené k převodové skříni (2) a skříně (4) hnaného soustrojí, v níž je uložen hnaný hřídel (41), se setrvačníkem (42), který je souose uspořádán s hnaným hřídelem (41), opatřeným tenzometrickým snímačem (6), přičemž k hnanému hřídeli (41), je z opačné strany připojena pístnice (71), hydraulického válce (7), kde mezi hnací hřídel (3) a hnaný hřídel (41) je io situován zkušební vzorek (5), vyznačující se tím, že zkušební vzorek (5) je jedním koncem uložen v zátěžové přetlakové soustavě (31), připojené k hnací hřídeli (3) a napojené na hydraulický agregát (10) a druhým koncem je uchycen v hnaném hřídeli (41).

2. Zařízení pro kombinované zatěžování zkušebních vzorků podle nároku 1, vyznačující se tím, že zátěžová přetlaková soustava (31) sestává z montážní spojky (311), k níž je

15 připojena hydraulická kostka (312), která je opatřena pístem (313).

3. Zařízení pro kombinované zatěžování zkušebních vzorků podle nároků 1 a 2, vyznačující se t í m , že píst (313) je opatřen alespoň dvěma těsnicími elementy (314).

4. Zařízení pro kombinované zatěžování zkušebních vzorků podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že hydraulická kostka (312) je opatřena snímačem tlaku (315).

20 5. Zařízení pro kombinované zatěžování zkušebních vzorků podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že výstupy z tenzometrického snímače (6), z čítače cyklů (12) a ze snímače tlaku (315), jsou propojeny do počítače (9).