SK1082023A3 - Zariadenie na vykonávanie únavovej skúšky ohybom za rotácie - Google Patents

Abstract

Zariadenie na vykonávanie únavovej skúšky ohybom za rotácie je založené na princípe počítačovo riadeného cyklického zaťažovania a softvérového vyhodnotenia nameraných hodnôt, obsahuje rám (1), na ktorom sú upevnené dve čeľuste (2, 2´) na prichytenie skúšobného telesa (3), pričom čeľusť (2, 2´) je poháňaná samostatným elektromotorom (4, 4´) a ich rotačný pohyb je vzájomne synchrónny.

Description

Vynález sa týka zariadenia na vykonávanie únavovej skúšky ohybom za rotácie pre skúšobné telesá kruhového prierezu, najmä drôtov, pri ktorom sa skúšobné teleso opakovane zaťažuje a tým sa simuluje správanie daného materiálu pri bežnom použití v určitom časovom rozsahu, s cieľom získania informácií o mechanických vlastnostiach materiálu počas zaťažovania a vyhodnotenia životnosti materiálov strojných súčastí.

Doterajší stav techniky

Z doterajšieho stavu techniky sú známe metódy a zariadenia na vykonávanie skúšky únavy ohybom, ktoré spočívajú v cyklickom zaťažovaní vzorky napätím menším, než je medza klzu materiálu, pretože únava materiálu vzniká pri súčastiach, ktoré sú v prevádzke namáhané opakovaným zaťažením menším než medza klzu materiálu, ale vyšším než je medza únavy. O únave materiálu hovoríme vtedy, keď počet zaťažovacích cyklov dosiahne státisíce, milióny a viac. Pri takto zaťažených súčastiach sa môže následne objaviť trhlina, ktorá sa pomaly šíri, až dôjde k lomu súčasti, tzv. únavovému lomu, ktorý je charakteristický tým, že mu nepredchádza žiadna plastická deformácia a súčasť praskne. Trhliny vznikajú v miestach koncentrácie napätia, teda v miestach vrubov. Únavové skúšky prebiehajú na skúšobných vzorkách hladkých alebo vzorkách s vrubom, kde vrub je akákoľvek zmena prierezu a vlastností materiálu, napríklad zápich, otvor, závit, veľká drsnosť povrchu, zvar, trhlina, kaz materiálu či iná zmena vlastností materiálu.

Z patentového spisu CZ 304633 „Zarízení pro únavové zkoušky ohybem na skúšanie skúšobných telies s vrubom, je známe zariadenie na vykonávanie únavovej skúšky ohybom, ktoré mimo iné obsahuje vodiace puzdro na upnutie skúšobného telesa, ktoré je umiestnené v klietke, a vo vodiacom puzdre je umiestnené upínacie puzdro na zovretie skúšobného telesa. Ku klietke je pripojený vodorovný a zvislý strmeň, ktorý slúži na monitorovanie priebehu zaťaženia v oboch zaťažovacích osách pohybu s rámom zariadenia. Uvedený spis poskytuje úplne odlišné technické riešenie než prihlasovaný vynález.

Z prihlášky úžitkového vzoru CZ 2016-32591 „Prípravek pro víceosé neproporcionální zatežování v podmínkách nízkocyklové únavy je známe riešenie, ktoré sa týka upínania valcových vzoriek pre kombinované namáhanie ťah-krútenie pri izbových a zvýšených teplotách. Prípravok obsahuje spodný a horný nadstavec, ktoré umožňujú na jednom konci pripevnenie skúšobnej vzorky valcového tvaru, a na druhom konci pripevnenie do skúšobného stroja. Uvedený spis poskytuje úplne odlišné technické riešenie od prihlasovaného vynálezu a rovnako tak patentový spis CZ 304633 „Prípravek k upevnení zkušebních vzorku v testovacím zarízení pro kontaktné únavové zkoušky materiálu, ktorý je určený na upevnenie skúšobných vzoriek v testovacom zariadení na kontaktne únavové skúšky materiálu. Prípravok pozostáva z nosného a prítlačného prstenca, ktoré zaisťujú vzájomne sústredné uloženie a zovretie v smere osi nosného hriadeľa. Nosný aj prítlačný prstenec sú vybavené sústavou po obvode pravidelne rozmiestnených polkruhových lôžok, ktoré vytvárajú pri kompletizácii prípravku zhora otvorené valcové dutiny na vkladanie skúšobných vzoriek.

Z prihlášky úžitkového vzoru CN212301150U „The microcomputer controls bending fatigue test bench of hydraulic pipeline member je známe riešenie využitia mikrokontrolóra na riadenie tlaku oleja v pieste, ktorý zaisťuje zaťažovanie rotujúcej skúmanej vzorky.

Z prihlášky úžitkového vzoru CN211740855U „Full-size marine pipeline resonance rotary bending fatigue testing machine je známe zariadenie určené na vykonávanie únavovej skúšky za rotácie pre lodné potrubia, keď sa počas rotácie skúšanej vzorky merajú vibrácie skúšanej vzorky pomocou frekvenčného kontrolóra.

Z patentového spisu CN101221108A „Rotating and bending corrosion fatigue testing device je známe zariadenie na vykonávanie únavovej skúšky za rotácie vzoriek podliehajúce korózii. Počas skúšania vzorky sa skúmanou vzorkou rotuje a zároveň sa pomocou čerpadla a trysky aplikuje roztok spôsobujúci koróziu.

Súčasné zariadenie prispôsobené na vykonávanie skúšky ohybom teda typicky pozostáva z motora, hnacieho vretena a oporného ložiska. Skúmaná vzorka, spravidla tyč, je uložená medzi hnacie vreteno a oporné ložisko, pričom vzorka je upnutá na hnacie vreteno a podľa potreby skúšky môžu byť tieto telesá vybavené koncentrátormi napätia (vrub, otvor alebo osadenie). Nevýhodou tohto riešenia je, že skúmané vzorky musia byť z výroby rovné. V prípade testovania napríklad drôtu, ktorý je z výroby prirodzene v tvare kruhu a určitom polomere krivosti, je nutné najprv drôt narovnať, potom ho upnúť a skúšať. Pri narovnávaní drôtu však dochádza k plastickej deformácii a tým k zásadnej zmene mechanických vlastností skúmanej vzorky.

SK 108-2023 A3

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody odstraňuje zariadenie na vykonávanie únavovej skúšky ohybom za rotácie, založené na princípe počítačovo riadeného cyklického zaťažovania a softvérového vyhodnotenia nameraných hodnôt obsahujúce rám, na ktorom sú upevnené dve čeľuste na uchytenie skúšobného telesa, podľa tohto vynálezu, ktorého podstata spočíva v tom, že každá čeľusť je poháňaná samostatným elektromotorom a ich rotačný pohyb je vzájomne synchrónny.

Je účelné, aby rám pozostával z najmenej jednej pevnej časti a z najmenej jednej pohyblivej časti, pričom pohyblivá časť je prispôsobená na zmenu polohy z vertikálnej do horizontálnej.

Ďalej je účelné, aby vzájomný uhol vektorov osí čeľustí bol ľubovoľne voliteľný v rozsahu 0° - 270°.

Je výhodné, aby čeľuste boli prispôsobené na zmenu polohy po upínacej lište.

Je výhodné, aby zariadenie na vykonávanie únavovej skúšky ohybom za rotácie bolo vybavené snímačom sily, a rovnako je výhodné, aby bolo vybavené snímačom na detekciu lomu skúšobného telesa.

Je účelné, aby zariadenie na vykonávanie únavovej skúšky ohybom za rotácie obsahovalo prepojenie s počítačom, za účelom sledovania, záznamu či následného dopočtu potrebných veličín pre stanovenie materiálových charakteristík.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na obrázku č. 1 je schematicky zobrazené zariadenie na vykonávanie únavovej skúšky ohybom za rotácie.

Na obrázku č. 2 je zariadenie zobrazené v bočnom pohľade, kedy pohyblivá časť, resp. čeľuste sú vo zvislej polohe. Na obrázku č. 3 je zobrazený pohyb pohyblivej časti rámu a na obrázku č. 4 je zobrazené umiestnenie pohyblivej časti rámu, resp. čeľustí vo vodorovnej polohe.

Na obrázku č. 5 je vyobrazený čelný pohľad na čeľuste vo vodorovnej polohe.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Zariadenie na vykonávanie únavovej skúšky ohybom za rotácie založené na princípe počítačovo riadeného cyklického zaťažovania a softvérového vyhodnotenia nameraných hodnôt obsahuje rám 1, na ktorom sú upevnené dve čeľuste 2, 2' na uchytenie skúšobného telesa 3, podľa tohto vynálezu spočíva v tom, že každá čeľusť 2, 2' je poháňaná samostatným elektromotorom 4, 4' a ich rotačný pohyb je vzájomne synchrónny.

Vo výhodnom vyhotovení je rám 1 tvorený pevnou časťou 11 a pohyblivou časťou 12, ktoré sú spolu vzájomne spojené, pričom pohyblivá časť 12 je prispôsobená na preklopenie z vertikálnej polohy do horizontálnej polohy. Rám 1 je príkladne predstavený ako hliníková alebo oceľová konštrukcia.

Vo výhodnom vyhotovení je na ráme 1 upravená upínacia lišta 13, ktorá umožňuje zmenu polohy upínacích čeľustí 2, 2'.

Príkladne je upínacia lišta 13 umiestnená na pohyblivej časti 12 rámu a pri preklopení pohyblivej časti 12 do vodorovnej polohy je tak umožnené obsluhe pohodlne a bezpečne upnúť skúšobné teleso 3 do čeľustí 2, 2'.

Čeľuste 2, 2' sa na upínacej lište 13 môžu posúvať vo vodorovnej osi a tým je možné meniť ich vzájomnú vzdialenosť a taktiež je možné meniť uhol, ktorý čeľuste 2, 2' spolu zvierajú.

Princíp skúšania na predloženom vynáleze, zariadení na vykonávanie únavovej skúšky ohybom za rotácie prebieha tak, že pohyblivá časť rámu 12 je preklopená do vodorovnej polohy. Do čeľustí 2, 2' je upnuté skúšobné teleso 3, príkladne je upnutý drôt s priemerom 0,90 mm, skúšobnou dĺžkou 230 mm, module pružnosti E = 210 000 MPa.

Vzájomný uhol čeľustí 2, 2' pre skúšanie je volený 120°, pričom veľkosť uhla je volená v závislosti od požiadaviek skúšania, resp. podľa zadanej skúšobnej dĺžky drôtu.

Pohyblivá časť 12 rámu je potom preklopená do vertikálnej polohy a to tak, že osi čeľustí 2, 2' spolu s upnutým skúšobným telesom 3 smerujú dole, čím je eliminované pôsobenie gravitačnej sily na skúšobné teleso 3 a ovplyvnenie získaných výsledkov skúšky nežiaducim bočným ohybom tiaže vzorky.

Potom je zariadenie spustené a čeľuste 2, 2' začnú synchrónne rotovať a skúšobné teleso 3 je otáčané okolo svojej osi.

Priebeh zaťaženia skúšobného telesa 3 je meraný snímačom sily 5, pričom tieto hodnoty sú zaznamenávané prostredníctvom počítača s potrebným obslužným softvérom, variantne sú zo získaných hodnôt stanovené ďalšie veličiny.

SK 108-2023 A3

Po dosiahnutí lomu a jeho detegovaní snímačom 6 detegovania lomu a/alebo po dosiahnutí požadovaného počtu cyklov skúšania je zariadenie automaticky ihneď zastavené.

Priemyselná využiteľnosť

Zariadenia na vykonávanie únavovej skúšky ohybom za rotácie podľa predkladaného vynálezu, založené na princípe počítačovo riadeného cyklického zaťažovania a softvérového vyhodnotenia nameraných hodnôt, je možné využívať v skúšobných laboratóriách a vedeckých pracoviskách vykonávajúcich deštruktívne 10 skúšanie na získanie informácií o mechanických vlastnostiach materiálov, najmä drôtov.

SK 108-2023 A3

Zoznam vzťahových značiek rám stroja pevná časť rámu stroja pohyblivá časť rámu stroja upínacia lišta , 2' čeľusť skúšobné teleso , 4' elektromotor snímač sily snímač detegovania lomu

Claims (6)

1. Zariadenie na vykonávanie únavovej skúšky ohybom za rotácie založené na princípe počítačovo riadeného cyklického zaťažovania a softvérového vyhodnotenia nameraných hodnôt obsahujúci rám (1), na ktorom sú upevnené dve čeľuste (2, 2¹) na uchytenie skúšobného telesa (3), vyznačujúce sa tým, že každá čeľusť (2, 2¹) je poháňaná samostatným elektromotorom (4, 4¹) a ich rotačný pohyb je vzájomne synchrónny.

2. Zariadenie na vykonávanie únavovej skúšky ohybom za rotácie podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že rám (1) pozostáva z najmenej jednej pevnej časti (11) a z najmenej jednej pohyblivej časti (12), pričom pohyblivá časť (12) je prispôsobená na zmenu polohy z vertikálnej do horizontálnej.

3. Zariadenie na vykonávanie únavovej skúšky ohybom za rotácie podľa niektorého z nárokov 1 alebo 2, vyznačujúce sa tým, že vzájomný uhol vektorov osí čeľustí (2, 2') je ľubovoľne voliteľný v rozsahu 0°- 270°.

4. Zariadenie na vykonávanie únavovej skúšky ohybom za rotácie podľa niektorého z nárokov 1 až 3, vyznačujúce sa tým, že čeľuste (2, 2¹) sú prispôsobené na zmenu polohy po upínacej lište (13).

5. Zariadenie na vykonávanie únavovej skúšky ohybom za rotácie podľa niektorého z nárokov 1 až 4, vyznačujúce sa tým, že je vybavené snímačom sily (5).

6. Zariadenie na vykonávanie únavovej skúšky ohybom za rotácie podľa niektorého z nárokov 1 až 5, vyznačujúce sa tým, že je vybavené snímačom pre detekciu lomu (6) skúšobného telesa (3).