CZ2000623A3 - Způsob řízení pneumatického zatěžovacího zařízení a přístroj pro provádění tohoto způsobu - Google Patents

Description

Způsob řízení pneumatického zatěžovacího zařízení a přístroj pro provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Předložený vynález se týká způsobu řízení pneumatického zatěžovacího zařízení, kde pneumatické zatěžovací zařízení sestává z pneumatických silových prostředků, spojených se zdrojem tlaku a vyvozujících zatížení na zkušební vzorek a čidla pro měření účinku zatěžování na zkušební vzorek a dále se týká přístroje pro pro provádění způsobu řízení pneumatického zatěžovacího zařízení.

Dosavadní stav techniky

V různých zatěžovacích a zkušebních zařízeních pro zkoušení materiálů, jsou použity obvykle servo hydraulické systémy, u kterých síla, působící na zkušební vzorek je ovládána řízením proudu a tlaku hydraulického oleje. Avšak, hydraulické systémy mají určité nedostatky. I nejnepatrnější chyby, které se mohou objevit v řídících signálech mají okamžitý účinek na zkušební vzorek, takže hydraulický systém vyžaduje mimořádně přesný a precisní řídící systém. Dále, v mnoha případech, zejména jestliže se mají materiály zkoušet v určitých pracovních podmínkách, např. v průmyslovém procesu nebo v jádru reaktoru jaderné elektrárny, je zkušební materiál použit za okolností, při kterých je použití hydraulických systému vyloučeno, z důvodů nebezpečí úniku oleje.

Dosud je také známé použití různých pneumatických systémů, u kterých síla, působící na zkušební vzorek je regulována nastavením proudu a tlaku stlačeného vzduchu, jako je např. popsáno v patentu US 3 548 646 a US 3 628 378. V těchto patentech jsou použity dva ventily a tlak se zvyšuje řízeným způsobem tím, že se stlačený vzduch nechá » ··· proudit ventilem do tlakového okruhu. Tlak se udržuje konstantní držením obou ventilů v uzavřeném stavu. Tlak se sníží otevřením výstupního ventilu. Nedostatkem podobných pneumatických systémů je nepřesnost a nepravidelnost řízení. Otvírání a zavírání ventilů, i když přesně a opatrně, generuje impulsy v proudu oleje a vytváří tlakové rázy, které podstatně ovlivňují přesnost výsledků měření.

Úkolem předloženého vynálezu je vyloučit shora uvedené nedostatky. Předmětem předloženého vynálezu je Zejména předvést nový typ způsobu a odpovídajícího přístroje, který umožňuje uskutečnit výzkum materiálů nebo zatěžování zkušebních vzorků vysoce přesným a bezpečným způsobem ve všech možných prostředích při různých tlakových a teplotních podmínkách.

Podstata vynálezu

Znaky charakteristické pro předložený vynález jsou uvedeny v nárocích.

Při způsobu podle předloženého vynálezu se používá zařízení s pneumatickým zatěžováním, toto zařízení obsahuje pneumatické silové prostředky, spojené se zdrojem tlaku pro zatěžování zkoušeného vzorku a čidla pro měření účinku zatížení na vzorek. Podstata způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že se přivádí plynulý, nepřerušovaný a konstantní proud plynu do tlakového okruhu pneumatických silových prostředků během měření a tlak v tlakovém okruhu, tj. síla vyvozovaná sílovými prostředky na zkušební vzorek, se řídí pouze nastavováním proudu plynu, který se nechá proudit z tlakového okruhu.

Ve výhodném provedení, konstantní proud plynu přiváděný do tlakového okruhu se může nastavit nebo

0 0 · 0 0 • · « · 0 ·· 0· ·· • 0 • 0

0 0 * • 0000 0 * • 0

00* * přizpůsobit na požadované množství podle potřeby zkušebním přístrojem, použitým v každém případě.

Proto při způsobu podle předloženého vynálezu, tlak v tlakovém okruhu silových prostředků zůstává konstantní, když přiváděný proud plynu je stejný jako odváděný proud plynu. Má-li se tlak v tlakovém okruhu zvýšit, odváděný proud plynu se přiškrtí a má-li se tlak v tlakovém okruhu snížit, škrcení odváděného plynu se zmenší.

Přístroj podle předloženého vynálezu se používá pro řízení pneumatického zatěžovacího zařízení, které obsahuje pneumatické silové prostředky spojené se zdrojem tlaku pro vyvozování zatížení zkušebního vzorku a čidla pro měření účinku zatížení na zkušební vzorek. Podstata přístroje pro řízení pneumatického zatěžovacího zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že sestává z prvku s konstantním průtokem, pro udržování konstantního proudění plynu z tlakového zdroje do tlakového okruhu silových prostředků a ovládacího ventilu pro ovládání proudu plynu, proudícího ven z tlakového okruhu silových prostředků na základě informace, obdržené z čidla.

Použitý prvek s konstantním průtokem může být např. škrtící klapka nebo některý jiný vhodný proudu odolný ventil, jako je jehlový ventil, který lze použít pro omezení proudu plynu tak, aby nastalo hladké konstantní proudění. Prvek s konstantním průtokem, jako je Škrtící klapka, s výhodou obsahuje seřízení nebo nastavení, které dovoluje nastavení na požadovanou úroveň konstantního proudění ventilem.

Použitý regulační ventil je s výhodou magnetem ovládaný nebo motorem ovládaný servoventil, pro který se elektrický řídící signál tvoří elektrickou zpětnou vazbou z použitého čidla. Tak přístroj s výhodou obsahuje řídící jednotku, ke které je připojeno čidlo a regulační ventil, • ··· 0

4 « 0 »*· ·

44 pro řízení regulačního ventilu podle naměřených výsledků, obdržených z čidla.

Přístroj s výhodou obsahuje před prvkem s konstantním průtokem redukční ventil pro ovládání konstantního tlaku, působícího na prvek s konstantním průtokem. To zajišťuje, že průtok plynu prvkem s konstantním průtokem je co možná hladký a neměnný.

Způsob a přístroj podle vynálezu byl zkoušen při výzkumu materiálu pro jadernou elektrárnu, při ovládání zařízení pro zkoušení lomové pevnosti pod maximálním tlakem 200 barů. Stejná technika podle vynálezu může být použita i u jiných pneumatických zatěžovacích zařízeních.

Výhody vynálezu ve srovnání s běžně používanými servohydraulickými systémy spočívají ve schopnosti kompenzovat chybné signály, které mohou nastat při řízení a ve skutečnosti, že jakýkoliv únik, který se v systému objeví, nebude znečisťovat prostředí. Dále, řídící systém je významně rychlejší a citlivější, přičemž dovoluje velmi nízké rychlosti přenosu a malé zatěžovací síly. Další výhodou vynálezu je velmi malá spotřeba energie. Při kombinaci s přístrojem pro měření pevnosti v lomu zatěžováním měchem, vynález umožňuje zkoušet materiál bez ztrát třením při tlakových podmínkách, např. v průmyslovém procesu nebo v jádru reaktoru jaderné elektrárny.

Dále, protože korekce průtoku přístrojem je plynulá, regulace je také plynulá a nepřerušovaná, což znamená, že přístroj a způsob podle vynálezu lze rovněž použít pro vyrovnávání změn vnitřního tlaku, což je mnohem obtížnější, jsou-li použity známé prostředky, u nichž jsou ventily opakovaně otvírány a zavírány.

I »

ΙΟ ·« ··

Dále bude vynález podrobně popsán s odkazem na připojený výkres, který představuje schéma znázorňující přístroj podle vynálezu.

Zkušební vzorek 1^ je zkoušen v zatěžovacím rámu 11, který obsahuje silové prostředky 2' tj. měchy, které vyvozují tlak na zkušební vzorek 1, který leží na podpěrách 12. Pohyb středu zkušebního vzorku se měří s použitím čidla £, což může být např. čidlo LVDT.

Zdroj 2 tlaku napájející silové prostředky 3 sestává z kompresoru a k němu připojeného akumulátoru 13 tlaku. Ze zdroje 2 tlaku, stlačený vzduch proudí reduktorem 10 tlaku pod konstantním tlakem prvkem 5 konstantního tlaku, t j. škrtící klapkou, do tlakového okruhu 6 silových prostředků

3. Množství plynu 9, které může proudit ven z tlakového okruhu 6 je řízeno prostřednictvím regulačního ventilu 7, který je např. servem ovládaný magnetický ventil. Celý systém je řízen řídící jednotkou která obsahuje zesilovače 14, generátor 15 funkce, hlavní regulátory 16 a měřící karty 17. Čidlo ·4 má elektrickou zpětnou vazbu 18 s řídící jednotkou 8. a elektrický řídící vstup 19 řídící servoventil je podobně spojen s řídící jednotkou.

Přístroj pracuje následujícím způsobem. Pneumatický, servem řízený tlakový regulační, systém je založen za spolupůsobení mezi škrtící klapkou 5 a pouze jedním ventilem, servoventilem 7. Regulace tlaku v tlakovém okruhu 6 pneumatických silových prostředků 3 se uskutečňuje snižováním nebo zvyšováním škrcení proudu plynu, procházejícího servoventilem zatímco proud plynu škrtící klapkou 5 zůstává konstantní. Jakmile se množství plynu proudícího servoventilem 7 přiškrtí, tlak v měchách 3 , spojených s tlakovým okruhem čj, se zvýší, čímž vyvozují zvyšující se sílu zatížení na zkušební tyč L· Skutečná vynálezecká myšlenka tlakového regulačního systému bude patrnější, má-li se snížit tlak měchů. Aby k tomu došlo, • · · * 9·9· 9 • · • 99 9 » ^w • 9 · • · 9 · »9 ·· škrtící činnost servoventilu 7 se zmenší, což znamená, že množství plynu, procházejícího servoventilem 7 vzroste a vzniklý tlakový rozdíl má sklon se vyrovnávat. Jakmile se systém snaží vyrovnat tlakový rozdíl, nastane prakticky nevýznamné zvýšení průtoku plynu škrtící klapkou 5; jinými slovy, proudění škrtící klapkou je prakticky konstantní, takže servoventil Ί_ bude moci snížit tlak v tlakovém okruhu 6 na požadovanou hodnotu. Proto řídící smyčka se zpětnou vazbou může pomocí čidla £ přesně regulovat sílu, působící na zkušební vzorek 1 bez jakýchkoli změn v tlaku a zatížení, působícího na zkušební vzorek 1_.

Přístroj usnadňuje provádění zkoušek materiálu např. v tlakových nádobách reaktoru v jaderných elektrárnách, protože zatěžovací rám, zavěšený pouze na jediné pneumatické hadici a jediný elektrický vodič, se mohou spouštět za prakticky jakýchkoliv okolností, bez zařízení pro přenos mechanické a hydraulické energie.

Přístroj může být použit pro provádění měření stálých posunů, kdy zkušební vzorek se drží v konstantní poloze během měření, lineárních měření posunů, kdy se posun mění, tj. zvyšuje se nebo snižuje lineárně jako funkce času s přesností změny tak malé jako 0,05 pm za minutu a měření konstantní síly, kdy zkušební vzorek je vystaven konstantnímu tlaku po požadované časového období.

Vynález byl shora popsán pomocí příkladu s odkazem na připojený výkres, přičemž jiná provedení vynálezu jsou v rozsahu vynálezecké myšlenky uvedené v patentových nárocích možná.

Claims (10)

1. Patentové nároky

   1. Způsob řízení pneumatického zatěžovacího zařízení, kde pneumatické zatěžovací zařízení sestávajícího z pneumatických silových prostředků (3), spojených se zdrojem (2) tlaku a vyvozujících zatížení na zkušební vzorek (1) a čidla (4), pro měření účinku zatěžování na zkušební vzorek (1), vyznačený tím, že se plynulý a konstantní proud plynu přivádí do tlakového okruhu (6) pneumatických silových prostředků (3) a tlak v tlakovém okruhu (6) zůstává konstantní a zvyšuje se a snižuje pouze regulováním proudu plynu, který se nechá unikat z tlakového okruhu.
2. 2. Způsob podle nároku , vyžne; .3202 n .3203 03204 každým jednotlivým měřením.
3. 3. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že plynulý proud plynu se přivádí z konstantního tlaku.
4. 4. Způsob podle některého z nároků 1 až 3, vyznačený tím, že způsob se použije u měření prováděných v uzavřených prostorech, jako jsou v elektrárnách a výrobních prostředích.
5. 5. Přístroj pro řízení pneumatických zatěžovacích zařízení, kdy pneumatické zatěžovací zařízení obsahuje pneumatické silové prostředky (3) spojené se zdrojem (2) tlaku a vyvozující zatížení na zkušební vzorek (1) a čidlo (4) pro měření účinku zatížení na zkušební vzorek (1), vyznačený tím, že přístroj obsahuje prvek (5) konstantního průtoku pro udržování konstantního průtoku plynu proudícího ze zdroje (2) tlaku do tlakového okruhu (6) z pneumatických silových prostředků (3) a regulační ventil (7) pro regulaci proudění plynu proudícího ven z • · · tlakového okruhu silových prostředků na základě informace dodané čidlem(4).
6. 6. Přístroj podle nároku 5, vyznačený tím, že prvek (5) konstantního průtoku je škrtící klapka.
7. 7. Přístroj podle nároku 6, vyznačený tím, že škrtící klapka obsahuje nastavení pro seřízení požadované úrovně konstantního průtoku.
8. 8. Přístroj podle některého z nároků 5 až 8, vyznačený tím, že regulační ventil (7) je magnetem ovládaný nebo motorem ovládaný servoventil.
9. 9. Přístroj podle některého z nároků 5 až 8, vyznačený tím, že obsahuje řídící jednotku (8), s kterou jsou spojeny čidlo (4) a regulační ventil (7), pro řízení regulačního ventilu (7) podle informace dodané čidlem (4).
10. 10. Přístroj podle některého z nároků 5 až 9, vyznačený tím, že obsahuje tlakový reduktor (10), umístěný před prvkem (5) konstantního průtoku, pro vyvozování požadovaného konstantního tlaku na prvek (5) konstantního průtoku.