ES2240855T3 - Maquina con cuerpo tubular para ensayo de torsion, comprension y traccion. - Google Patents
Maquina con cuerpo tubular para ensayo de torsion, comprension y traccion.Info
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Abstract
Una máquina para ensayos que comprende un primer y un segundo dispositivo de sujeción (4, 5), que están alineados a lo largo de un eje dado (9) y aprisionan los extremos opuestos de una muestra (2) de ensayo; un dispositivo (6) de aplicación de cargas de ensayo para aplicar cargas de ensayo a dicha muestra (2); y un bastidor (3, 42) para soportar los dispositivos de sujeción primero y segundo (4, 5) y el dispositivo (6) de aplicación de las cargas de ensayo; caracterizada porque dicho bastidor (3, 42) comprende un cuerpo tubular (15; 45; 53; 55) que se extiende a lo largo de dicho eje (9) y entre dichos dispositivos de sujeción (4, 5) para resistir la reacción transmitida al bastidor (3, 42).
Description
Máquina con cuerpo tubular para ensayo de
torsión, compresión y tracción.
El presente invento se refiere a una máquina para
ensayos.
Más específicamente, el presente invento se
refiere a una máquina para realizar ensayos estáticos o variables
con el tiempo, de torsión, compresión y tracción en muestras de
ensayo. Los ensayos comprenden someter una muestra de ensayo a
cargas independientes de torsión, tracción y compresión, y a torsión
y compresión simultáneas o a cargas de tracción.
Son conocidas las máquinas de ensayo del tipo
anterior, y normalmente comprenden bastidores, comprendiendo cada
uno una placa inferior conectada con una placa superior mediante
cuatro o dos columnas. Las placas superior e inferior soportan los
respectivos dispositivos de sujeción de las muestras; el dispositivo
de sujeción está sobre la placa inferior; y la placa superior
soporta un dispositivo de aplicación de la carga de ensayo
conectado al otro dispositivo de sujeción que, por lo tanto, es
movible.
La aplicación de cargas de ensayo a la muestra de
ensayo produce tensiones en la muestra y una reacción sobre el
bastidor, que, en máquinas para ensayo del tipo descrito
anteriormente, está diseñado para resistir sin deformación la
reacción transmitida a él por la muestra a través de los
dispositivos de sujeción y el dispositivo de aplicación de la
carga. Para un bastidor del tipo anterior, el ensayo combinado de
torsión y tracción de la muestra es especialmente critico por
producir un momento combinado de flexión y una reacción de
compresión en las columnas, que por consiguiente han de tener una
sección recta muy grande en relación con su longitud. Como
consecuencia, el bastidor, en su conjunto, es de tamaño
considerable, de forma que la máquina es pesada, voluminosa y cara
en relación con el tamaño de las muestras de ensayo, es difícil de
transportar, y por tanto es sólo de uso limitado sobre el
terreno.
Es un objeto del presente invento proporcionar
una máquina para ensayos diseñada para eliminar las desventajas del
estado de la técnica conocido, y que, en particular, es
razonablemente compacta en relación con el tamaño de las muestras,
y combina un alto grado de fiabilidad con un bajo coste.
De acuerdo con el presente invento se ha
proporcionado una máquina para ensayos que comprende un primer y un
segundo dispositivo de sujeción, que están alineados a lo largo de
un eje dado y aprisiona los extremos opuestos de una muestra de
ensayo; un dispositivo de aplicación de cargas de ensayo para
aplicar cargas de ensayo a dicha muestra; y un bastidor para
soportar los dispositivos de sujeción primero y segundo, y el
dispositivo de aplicación de las cargas de ensayo; caracterizada
porque dicho bastidor comprende un cuerpo tubular que se extiende a
lo largo de dicho eje y entre dichos dispositivos de sujeción para
resistir la reacción transmitida al bastidor.
El presente invento proporciona un bastidor que a
la vez es rígido y compacto, empleando un cuerpo tubular que
reacciona a torsión, compresión y tracción a lo largo del eje de la
máquina para ensayos, sin generar momentos de flexión a lo largo
del cuerpo tubular propiamente dicho.
Varias realizaciones no limitativas del presente
invento se describirán a modo de ejemplo haciendo referencia a los
dibujos anejos, en los que:
la Figura 1 muestra una vista frontal, con piezas
en sección y piezas retiradas para mayor claridad, de una máquina
para ensayos de acuerdo con una primera realización del presente
invento;
la Figura 2 muestra una sección a lo largo de la
línea II-II de la máquina de la Figura 1;
la Figura 3 muestra una sección a lo largo de la
línea III-III de la máquina de la Figura 2;
la Figura 4 muestra una sección, con piezas
retiradas para mayor claridad, de una máquina de acuerdo con una
segunda realización del presente invento;
las Figuras 5 y 6 muestran vistas en perspectiva
de variaciones respectivas de una pieza componente de la máquina de
la Figura 1.
El número 1 en las Figuras 1 a 3 indica como un
conjunto una máquina para ensayo de muestras (2) que tiene dos
extremos aprisionados por la máquina (1). La máquina (1) se usa
para ensayos que comprenden la aplicación de cargas a muestras (2).
Los ensayos pueden ser de torsión, tracción o compresión estáticos o
de fatiga; por una parte, los ensayos de torsión, y por otra parte,
los ensayos de compresión, pueden ser realizados de forma simultánea
o independiente; y la muestra puede ser encerrada en una funda
térmica para su ensayo a alta y baja temperatura.
La máquina (1) comprende un bastidor (3) para
resistir la reacción de las cargas aplicadas a las muestras (2);
dos dispositivos de sujeción (4) y (5) para aprisionar los extremos
opuestos de una muestra (2); un dispositivo (6) de aplicación de
una carga de ensayo que tiene actuadores (7) y (8); conocidas celdas
de carga (no mostradas), tales como torsiómetros; y una unidad
conocida (no mostrada) para controlar los actuadores (7) y (8) y
procesar las señales emitidas por las celdas de carga.
Con referencia a la Figura 1, la máquina (1)
tiene un eje vertical (9), y un bastidor (3) está soportado por una
bancada (10) y cuatro columnas (11) que se extienden encima de la
bancada (10). El bastidor (3) comprende una placa inferior (12), una
placa superior (13) sobre y conectada con la placa (12) por cuatro
columnas (14); y un cuerpo tubular (15) fijado por tomillos a la
parte superior de la placa (13). La bancada (10) y las placas (12)
y (13) tienen aberturas circulares que se extienden a lo largo del
eje (9); y el cuerpo tubular (15) tiene una pared (16) lateral de
sección circular cilíndrica con un eje que coincide con el eje
(9).
Con referencia a las Figuras 2 y 3, el
dispositivo (6) de aplicación de carga está situado en las placas
(12) y (13), y, además de los actuadores (7) y (8), comprende una
leva de escape (17) que gira alrededor y que se mueve a lo largo
del eje (9). La leva de escape (17) comprende cuatro brazos (18)
cada uno de los cuales comprende una guía (19), una deslizadera (20)
alojada en la guía (19), y un cojinete (21) soportado por la
deslizadera (20). Los brazos (18) están dispuestos para formar dos
pares de brazos superpuestos (18); estando cada par diametralmente
opuesto al otro con respecto al eje (9); y siendo los brazos (18) en
cada par paralelos, enfrentados entre sí, y cooperando con un
actuador respectivo (7). Las guías (19) se extienden radialmente
paralelas entre sí y transversalmente al eje (9), de forma que
permiten el ajuste de la distancia entre la deslizadera (20) y el
eje (9).
Los actuadores (7) son dos actuadores
hidráulicos, cada uno de los cuales comprende dos cilindros (22)
hidráulicos de efecto simple fijados a las columnas (14); y una
varilla (23), cuyos extremos se aplican simultáneamente en ambos
cilindros (22), y cuya parte media se extiende entre un par de
brazos (18). La varilla (23) es parte integrante de un árbol (24),
que está fijado a la parte media de la varilla (23), se extiende
paralela al eje (9), y se aplica en dos cojinetes (21). El extremo
inferior del árbol (24) tiene un pasador (25), que se aplica en una
guía recta (26) paralela a la varilla (23) y formada en la placa
(12). El actuador (8) es un actuador hidráulico de doble efecto que
comprende un cilindro (27) fijado a la placa (12) y alojado dentro
de la abertura central de la placa (12); y un pistón (28) que
desliza a lo largo del eje (9) dentro del cilindro (27) y fijado a
la leva de escape (17).
Los dispositivos de sujeción (4) y (5) están
alojados en los asientos respectivos (29) y (30) formados
respectivamente en una parte central de la leva de escape (17) y en
el cuerpo tubular (15). Con referencia a la Figura 2, cada
dispositivo de sujeción (4), (5) comprende dos manguitos expansibles
(31), teniendo cada uno un asiento (32) para la muestra (2) y dos
partes (33) en forma de cuñas que cooperan con las caras inclinadas
(34) del asiento relativo (29), (30); y dos tornillos hidráulicos
(35) para los manguitos expansibles (31). Los tomillos (35) y los
manguitos (31) se extienden transversalmente al eje (9).
La pared cilíndrica (16) del cuerpo tubular (15)
comprende tres partes sucesivas (36), (37), (38) de las cuales las
partes (36) y (38) tienen el mismo espesor y son más gruesas que la
parte (37).
En el extremo superior, el cuerpo tubular (15)
tiene una pared (39), en la cual está formado el asiento (30) del
dispositivo de sujeción (5), y que tiene una abertura axial (40) a
través de la cual se insertan y se extraen las muestras (2).
En reposo, los dispositivos de sujeción (4) y (5)
están separados por una distancia D determinada por la longitud de
las muestras (2). De hecho, realmente la distancia D es
sustancialmente igual a la longitud de las muestras (2), y
solamente varia ligeramente cuando se aplican las cargas de ensayo;
y el cuerpo (15) se extiende paralelo al eje (9) en una longitud
mayor de la mitad de la distancia D.
En uso real, y con referencia a la Figura 3, una
muestra (2) se inserta a través de la abertura (40) y entre los
dispositivos de sujeción (4) y (5), los cuales son activados
hidráulicamente para sujetar los extremos opuestos de la muestra
(2), que así son conectados rígidamente a la leva de escape (17) y
al cuerpo tubular (15). Con referencia a la Figura 2, durante el
ensayo de torsión, los actuadores (7) son operados para mover las
varillas (23) en direcciones paralelas opuestas para aplicar la
carga de ensayo. El movimiento de las varillas (23) hace girar los
cojinetes (21), mueve las deslizaderas (20) dentro de las
respectivas guías (19), y hace girar la leva de escape (17)
alrededor del eje (9) para aplicar a la muestra (2) una carga de
torsión dada. La carga de torsión genera tensiones en la muestra
(2), que a su vez produce una reacción por medio de los
dispositivos de sujeción (4) y (5), del dispositivo (6) de
aplicación de la carga, de la placa (13), de las columnas (14), y
del cuerpo tubular (15). Como el cuerpo tubular (15), sin embargo,
cubre la mayor parte de la distancia D, las columnas (14) son
razonablemente cortas con respecto a la longitud de la muestra (2),
y por consiguiente no requieren una gran sección para resistir la
reacción del momento de flexión generado que actúa sobre ellas. Por
otra parte, al ser tubular, el cuerpo (15) es altamente capaz de
absorber las fuerzas de corte, sin generar momentos de flexión en
el cuerpo tubular (15) propiamente dicho.
Al aplicar cargas de tracción o de compresión
axiales, el actuador (8) es operado, la leva de escape (17), debido
a la conexión entre los árboles (24) y los cojinetes (21), es libre
de moverse con respecto a los actuadores (7) a lo largo del eje (9)
y de transmitir la cargas axiales a la muestra (2). En este caso, la
reacción es descargada a través del cuerpo tubular (15), la placa
(13), las columnas (14), y la placa (12); y, como antes, siendo
cortas, las columnas (14) no necesitan una gran sección para
resistir la reacción axial.
El número (41) en la Figura 4 indica una máquina
para realizar ensayos de torsión, tracción, y compresión de
muestras (2), y la cual comprende dos dispositivos de sujeción (4)
y (5); un dispositivo (6) de aplicación de la carga de ensayo; y un
bastidor (42), que difiere del bastidor (3) de la máquina (1), está
soportado por una bancada (43), y comprende una placa (44), y un
cuerpo tubular (45) conectado a la bancada (43) y a la placa (44).
El cuerpo tubular (45) tiene sustancialmente las mismas
características que el cuerpo tubular (15), de forma que las piezas
similares a las del cuerpo tubular (15) de la máquina (1) están
indicadas en la Figura 4 utilizando los mismos números de
referencia. El cuerpo tubular (45) difiere del cuerpo tubular (15)
en la pared (39) que mira hacia abajo, está fijada a la bancada
(43), y por tener más espesor. La placa (44) está fijada al extremo
superior del cuerpo tubular (45), tiene dos ranuras (46) para guiar
los árboles (24), y soporta cuatro columnas (47), cada una equipada
con un cilindro (22). El dispositivo (6) de aplicación de la carga
de la máquina (41) comprende los actuadores (7) como los ya
descritos, y un actuador (48) en lugar de un actuador (8). El
actuador (48) comprende un cilindro hidráulico de doble efecto
definido por el cuerpo tubular (45) y por dos anillos (49) fijados
dentro del cuerpo tubular (45); y un pistón anular (50) fijado a
una leva de escape (51), que solamente difiere de la leva de escape
(17) por tener una abertura pasante (52) a través de la cual se
insertan las muestras (2).
En uso real, una muestra (2) se inserta a través
de la abertura (52) en la máquina (41) y se sujeta en ambos
extremos mediante dispositivos de sujeción (4) y (5); se aplica una
carga de torsión como ya se ha descrito; y la reacción se descarga
a través del cuerpo tubular (45), la placa (44), las columnas (47),
y el dispositivo (6) de aplicación de la carga. Cuando se aplican
unas cargas de tracción axial o de compresión, la reacción se
transmite por el actuador (48) al cuerpo tubular (45) y no implica
a las columnas (47) o a la placa (44).
En comparación con la máquina (1), la máquina
(41) para ensayos está compuesta por menos piezas, es más compacta,
y no transmite cargas axiales a las columnas (47). Por otra parte,
la máquina (1) es más versátil lo que permite una más fácil
sustitución del cuerpo tubular (15), por ejemplo, con un cuerpo
tubular más largo para muestras más largas.
El número (53) de la Figura 5 indica una
variación de los cuerpos tubulares (15) y (45), en la que el cuerpo
tubular (53) comprende una pared lateral (54) cilíndrica de sección
hexagonal.
El número (55) de la Figura 6 indica una
variación adicional del cuerpo tubular, en la que el cuerpo tubular
(55) comprende una pared lateral (56) cilíndrica de sección
circular, y varias aberturas (57), a través de las cuales dichos
transductores (no mostrados) pueden ser aplicados directamente a la
muestra (2). Las aberturas pueden tener diversas formas.
Las variaciones del cuerpo tubular de las Figuras
5 y 6 muestran los asientos (58) de los tornillos, y las muescas
(59) que cooperan con los salientes (no mostrados) sobre la placa
(13).
Los cuerpos tubulares tienen longitudes y
espesores diferentes, dependiendo del tamaño de la muestra.
Los cuerpos tubulares (15) y (45) al tener más de
la mitad de la longitud de la muestra (2), las columnas (14) y (47)
de las máquinas (1) y (41) son mucho más cortas que la muestra (2),
y, por lo tanto, no constituyen componentes críticos de los
bastidores (3) y (42) respectivos. Además, para muestras más largas
que las muestras (2), los cuerpos tubulares (15) y (45) son
sustituidos por cuerpos tubulares de longitud adecuada, mientras
que la longitud de las columnas (14) y (47) permanece sin cambio.
En otras palabras, las columnas (14) y (47) son independientes de
la longitud de las muestras, y no constituyen componentes críticos
de los bastidores (3) y (42) respectivos en ninguna condición de
funcionamiento.
Claims (20)
1. Una máquina para ensayos que comprende un
primer y un segundo dispositivo de sujeción (4, 5), que están
alineados a lo largo de un eje dado (9) y aprisionan los extremos
opuestos de una muestra (2) de ensayo; un dispositivo (6) de
aplicación de cargas de ensayo para aplicar cargas de ensayo a dicha
muestra (2); y un bastidor (3, 42) para soportar los dispositivos
de sujeción primero y segundo (4, 5) y el dispositivo (6) de
aplicación de las cargas de ensayo; caracterizada porque
dicho bastidor (3, 42) comprende un cuerpo tubular (15; 45; 53; 55)
que se extiende a lo largo de dicho eje (9) y entre dichos
dispositivos de sujeción (4, 5) para resistir la reacción
transmitida al bastidor (3, 42).
2. Una máquina como la reivindicada en la
Reivindicación 1, caracterizada porque dicho bastidor (3,
42) comprende al menos una placa (13, 44) fijada a un extremo de
dicho cuerpo tubular (15, 45, 53, 55).
3. Una máquina como la reivindicada en la
Reivindicación 2, caracterizada porque el dispositivo (6) de
aplicación de la carga comprende una leva de escape (17, 51) que
gira alrededor de dicho eje (9) y porque tiene un primer asiento
(29) para alojar el primer dispositivo (4) de sujeción.
4. Una máquina como la reivindicada en la
Reivindicación 3, caracterizada porque dicha leva de escape
(17, 51) puede moverse a lo largo del eje (9).
5. Una máquina como la reivindicada en la
Reivindicación 4, caracterizada porque dicha leva de escape
(17, 51) está soportada por dicho bastidor (3, 42) por medio de
medios de actuación (7, 8; 7, 48).
6. Una máquina como la reivindicada en la
Reivindicación 5, caracterizada porque dichos medios de
actuación (7, 8; 7, 48) comprenden dos primeros actuadores
hidráulicos (7) conectados a dicha placa (13; 44) de dicho bastidor
(3, 42) por medio de columnas (14, 47), y a dicha leva de escape
(17, 51) para transmitir un momento de torsión a dicha muestra
(2).
7. Una máquina como la reivindicada en la
Reivindicación 6, caracterizada porque dichos medios de
actuación (7, 8; 7, 48) comprenden un segundo actuador hidráulico
(8, 48) conectado al bastidor (3, 42) y a dicha leva de escape (17,
51) para transmitir una fuerza de compresión o de tracción a dicha
muestra (2).
8. Una máquina como la reivindicada en la
Reivindicación 7, caracterizada porque los primeros
actuadores (7) están conectados a dicha leva de escape (17, 51)
para permitir los movimientos axiales de la leva de escape (17, 51)
con respecto a los primeros actuadores (7); permitiendo dicho
segundo actuador (8, 48) el giro de dicha leva de escape (17, 51)
alrededor del eje (9) con respecto al bastidor (3, 42).
9. Una máquina como la reivindicada en la
Reivindicación 8, caracterizada porque cada primer actuador
(7) comprende dos primeros cilindros (22); y una varilla (23)
conectada a la leva de escape (17, 51) por medio de un árbol (24)
paralelo al eje (9) y que se aplica en cojinetes (21) encajados en
las deslizaderas (20) movibles a lo largo de la leva de escape (17,
51) y radialmente con respecto al eje (9).
10. Una máquina como la reivindicada en la
Reivindicación 8 ó 9, caracterizada porque el segundo
actuador (8, 48) comprende un segundo cilindro (27, 45, 49) fijado
al bastidor (3, 42) y coaxial con el eje (9); y un pistón (28, 50)
fijado a la leva de escape (17, 51), coaxialmente con el eje (9), y
movible a lo largo, y girando libremente alrededor del eje (9) con
respecto al cilindro (27, 45, 49).
11. Una máquina como la reivindicada en la
Reivindicación 10, caracterizada porque dicho segundo
cilindro (45, 49) está fijado directamente a dicho cuerpo tubular
(45); siendo dicho pistón (50) anular para permitir la inserción de
dicha muestra (2) a través del pistón (50).
12. Una máquina como la reivindicada en la
Reivindicación 11, caracterizada porque dicho segundo
cilindro (45, 49) está definido parcialmente por el cuerpo tubular
(45) y por anillos (49) fijados dentro del cuerpo tubular (45).
13. Una máquina como la reivindicada en
cualquiera de las Reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque dichos dispositivos de sujeción (4, 5)
están situados separados una distancia dada (D) a lo largo del eje
(9); extendiéndose dicho cuerpo tubular (15, 45, 53, 55) paralelo
al eje (9) en una longitud mayor que la mitad de dicha distancia
(D).
14. Una máquina como la reivindicada en
cualquiera de las Reivindicaciones 2 a 13, caracterizada
porque dicho cuerpo tubular (15, 45, 53, 55) comprende una pared
extrema (39) que tiene un segundo asiento (30) para alojar el
segundo dispositivo (5) de sujeción.
15. Una máquina como la reivindicada en la
Reivindicación 13, caracterizada porque dicho cuerpo tubular
(15, 45, 53, 55) está fijado rígidamente a dicha placa (13, 44) en
el extremo opuesto de la pared extrema (39).
16. Una máquina como la reivindicada en
cualquiera de las Reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque dicho cuerpo tubular (15, 45, 55) tiene
una pared lateral (16, 56) cilíndrica de sección circular.
17. Una máquina como la reivindicada en
cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 16, caracterizada
porque dicha pared lateral cilíndrica (56) tiene aberturas laterales
(57).
18. Una máquina como la reivindicada en
cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 16, caracterizada
porque dicho cuerpo tubular (53) tiene una pared lateral (54) de
sección poligonal.
19. Una máquina como la reivindicada en
cualquiera de las Reivindicaciones 16 a 18, caracterizada
porque la pared lateral cilíndrica comprende tres partes (36, 37,
38) en sucesión a lo largo del eje (9); y una parte (37), situada
centralmente, es más delgada que las otras partes (36, 38).
20. Una máquina como la reivindicada en
cualquiera de las Reivindicaciones precedentes, caracterizada
porque cada uno de dichos dispositivos de sujeción (4, 5) comprende
dos manguitos expansibles (31); y dos tornillos hidráulicos
respectivos (35) que se extienden transversalmente a dicho eje (9) y
situados dentro de dichos manguitos expansibles (31).
Applications Claiming Priority (2)
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