SU121586A1 - Машина дл исследовани сложного напр женного состо ни трубчатых образцов материалов - Google Patents

Description

Описываема  машина предназначена дл  исследовани  сложного напр женного состо ни  трубчатых образцов материала. Машина состоит в основном нз устройства дл  программировани  нагрузок, нрилагаемых к иснытуемому образцу, и нагружающих его устройств. Последние привод тс  в действие отдельными электродвигател ми, уиравл е мыми посредством след щей электронной системы. Машина содержит тензометрические датчики и регистрирующие приборы.

Отличительна  ее особенность заключаетс  в применении комбинированного нагружающего устройства, выполненного в виде нодпрул иненного двуплечего рычага, перемещаемого электродвигателем посредством черв чной передачи, нагрузочного винта и т ги при раст жении испытуемого образца. Последний устанавливаетс  в жесткой направл юп;ей трубе, на которой смонтирована вращаема  электродвигателем черв чна  передача.

Передача эта служит дл  нагружени  образца крут щим моментом. В направл ющей трубе смонтированы захваты, снабженные штуцерами , предназначенными дл  выпуска воздуха из внутренней полости образца и дл  подачи в нее гидронасосом регулируемого гидравлического давлени .

Такое устройство машины обеспечивает возможность одновременного нагружени  образца раст гивающим усилием, крут и;им моментом и гидра.«лическим давлением, подаваемым в его внутреннюю полость.

В машине применены упругопластические управл ющие и регистрирующие тензометрические датчики, наклеенные на образец и расположенные один над другим. Этим создаетс  возможность программирова№ 121386- 2 -

ни  по деформаци м, а также устойчивость работы машины. Кроме того , в машине применено устройство дл  программировани , содержаш,ее ленточный упор, настраиваемый выдвижными И1тифтал1и. По унору скользит штифт расходного датчика, перемещаемого ползуном, нес 1цим щетки, контакти|)ующие с линейным и ступенчатым реохордами. Такое выполнение устройства дл  программировани  обеспечивает возмож}гасть его ведени  по любой наперед заданной функцин.

На фиг. 1 изображена конструктивна  схема нагрузочного ycT)oiiства; на фиг. 2 и 3 - вид по стрелке А и сечение но ББ на фиг. 1; на фиг. 4-вид сбоку устройства дл  программировани ; на фиг. 5-его поперечный разрез; на фиг. 6 - мостова  схема; на фиг. 7 - схема (рг.ззертка) расположен1-1  тензометрических ДсПЧ1н :о 5 на об)азце.

Устроена машина следующим образом.

Магрузочное устройство собрано на жестком основании / {фиг. 1). Ко.лонны 2 поддерживают траверсу 3, на которой размещены седла центральной н)пзмы 4. Нагрзжение об :1азца раст гиваюни-ьм усилием |-;сдетс  посредство.м двухнлечего рычага 5.

В правой части рычага, на призд1е, подвешена серьга 6, к которой нальием 7 крепитс  захват 8. Взаимно-нернендикул рное расно.чоженне призмы и нальца захвата позвол ет иметь необходимые степени свободы подвеса.

Усилие к рычагу передаетс  т гой 9, котора  ввертываетс  в ушко, подвешенное на рычаге на сферическом шариковом подшипнике. В разрез т ги и нагрузочного винта /О поставлена пружина 11, котора  позвол ет деформировать образец в упрзгой зоне при больших оборотах электродвигател  12. По данны.м индикатора 13, показывающего деформацию пружины, можно визуально судить о приложенном к образцу усилии. В процессе нагруженп  образна 14 двигатель перемещает винт через черв чную передачу 15.

Центральность приложени  раст гнваюш.его усили  обеспечиваетс  сферическими подкладны.ми шайбами 16 и 17.

Крут щий .момент от захватов передаетс  к образцу через лыски, срезанные на головках образца. Раст гивающее усилие прикладываетс  к Г|ЛС1цад.:а1м ма торцах головок. Ценгровка образца по отношению к захватам выполнена по отверстию в образце.

Образец ц его захваты /6 и 19, в кото)ых он зак 1епл етс  поворотными кольцами, размещаютс  в жесткой трубе 20. При такой схеме труба через направл ющие по ски верхнего захвата воспринимает па себ  все внсщние моменты, действующие в вертикальных плоскост х. Подобное копструктивное решение возможно только при условии измерени  величин раст гивающего усили  и мол1ента в неносредстзенной близости от образца проволочными теизодатчиками, которые размеш.аютс  на динамометрической части верхнего захвата. Такое размен1ение датчиков по отношению к образцу исключает вли ние сил трени  на замер емые величины раст гиваюгцего усили  и момепта.

Нагружение образца моментом производитс  электродвигателем 21, который подключен к образцу посредством черв чной передачи 22 (фиг. 2). Передача заключена в корпус 23, который напрессован на верхнюю часть направл ющей трубы. Крут щий момент от черв чного колеса тихоходной ступени передаетс  траверсе верхнего захвата 24 через jHapHKOBbie нодшипники 25 (фиг. 3). Между подшипниками вход т пальцы 26, вставленные во втулки траверсы. По мере выт гивани  образца верхний захват выходит из трубы, с захватом поднимаетс  траверса и пальцы, а внешние кольца шариковых подптппников при этом перекатываютс  по лыскам пальцев. Наличие такого устройства в механизме нагружени  образца моментом способствует устранению заклиниваний

верхнего захвата при увеличении д.чины образца вследств 1е его деформации .

При закручивании образца верхнш захват и траверса поворачиваютс  относительно нижнего захвата. Дл  легкости их вращени  под шайбой со сферическим гнездом и пластиной верхнего захвата размещен упорный шариковый подшипник 17 (фиг. 1). При этом зеактивный момент захвата через торцевые шлицы передаетс  к трубе и далее замыкаетс  на корпус черв чной передачи. Подача давлени  в полость образца производитс  через щтуцер 2fS. Штуцер и винт с иглой (на чертеже не показаны), расположенные ; верхнем захвате, служат дл  уда .1ени  воздуха из полости образца перед испытанием. Уплотнение между образцом и направл ющими стержн ми захватов осуществл етс  манжетами , выполненными из малостойкой резины.

Установка образца в машину прО зводитс  следующим образом. Обра;:ец с наклеенными на него проволочными упругопластиче -кими датчика .ми вставл етс  в гнездо верхнего захвата и. запираетс  там поворотным кольцом. Далее верхний захват с образцом опускаютс  в трубу, котора  в этот М01мент размещаетс  на кронштейнах машины. Затем в трубу вставл етс  нижний захват, и через окна поворачиваетс  ко.чьцо нижнего захвата. Подобный метод сборки исключает возможность изгиба тонкостенного образца.

Темп работы машины (нагружение образца раст гивающ1 м усилием , моментом, давлением во времени) задаетс  программирующим устройством . Электронные сшд щие системы. управл юии1е двигател ми нагружени , включаютс  в мостовые схемы. Одним из плеч моста  вл етс  переменное сопротивление программирующего устройства. Мен   это сопротивление во времени по определенному закону, тем самым i определенном соотношении измен ют величины деформации образца.

Устройство содержит две группы реохордов; реохордный датчшч, мен ющий соиротив.чеиие при полном перемещении его щтифта; линейный и ступенчатый 1)еохорды. Совместна  работа двух реохордов и датчика позвол ет осуществить нагружение образца по любому наперед заданному закону.

Программирующее устройство состоит из станины 29 (фиг. 4), на которой смонтирован копир с з ругой лентой 30, настраиваемой на заданную функцию. Настройка ленты ведетс  выдвижными шт1;фтам1 31, имеющими в верхней своей части скобы 32 (фиг. 5), через которые пропускаетс  лента. Тонкую регулировку высоты выдвижени  ппифтов можно производить винтолг 33. Лента копира, огиба  концы выдвижных штифтов, в итоге должна соответствовать заданной функции. Естественно , функци  ие должна иметь резких перегибов. По ленте копира скс.льзит щтифт реохордного датчика, укрепленного на ползуне 34. Перемещение ползуна осуществл етс  винтолт, который приводитс  во враи;ение двигателем через редуктор со сменными шестерн ми. Сменные шестерни и двигатель с регулируемыми оборотами позвол ют осуишствить ишрокий предел изменени  скоростн движени  ползуна, а следовательно , и темпа нагружени  образца. По,1зун, кроме двух реохордиых датчиков, несет две пары щеток с серебр ными напайками, которые контактируют с двум  линейными и ДВУМЯ ступенчатыми реохордами.

Датчик содержит реохорд из тонкой нихромовой проволоки, по которой перемещаетс  щетка, присоединенна  к вЫлТ,вижной ножке датчика . Величина перемещени  ножки пропорциональна изменению сопротивлени  реохорда.

Линейный реохорд состоит из текстолитовой колодки с укреп.1ен}и)й на ней- нихромовой проволокой. На той же колодке размещен ступенчатый реохорд, у которого нихромова  проволока подпа на на всей длине

JV 121586- 4

к р ду латунных пластин, врезанных в текстолит колодки. При движении щетки по такому реохорду общее сопротивление его нарастает только на участках проволоки, лежащих на текстолите, и остаетс  посто нным , когда щетка проходит участки, подпа нные к латунным пластинам. Это позвол ет вести нагружение образна ступен ми. Число ступеней нагружени  зависит от числа латунных пластин.

Линейные реохорды копира могут быть использованы салшсто тельно дл  аагружени  образна 1нутренним давлением, кручением или раст жением по линейному закону. Изменение крутизны нагружени  может быть выполнено за счет подключени  щунтирующих сопротивлений . Второе назначение линейных реохордов - работать совместно с реохордными датчиками ii ступенчатыми реохордами. Копир с упругой леггтой, удобный при настройке на заданные кривые, однако, не может быть настроен на функции с больнтой крутизной отдельных участков. Подключа  к реохордному датчику линейный реохорд, мы тем самым можем развернуть кривую на определенный угол, уменьша  этим крутизну ленточного копира. Примен   секционированный линейный реохорд (т. е. реохорд, имеющий защунтированный участок), можно практически получить кривые любой крутизны на отдельных участках.

Пастройка ленточного копира производитс  по реохордному датчику , подключенному к универсальному мосту. При этом дл  каждого из дев ти выдвижных штифтов рассчитываетс  величина ординаты и соответствующее ей сопротивление отрезка реохорда датчика.

В качестве исполнительиых механизмов в регистраторах дл  фиксации действующих усилий, моментов и деформаций применены малоинерционные электродвигатели, например типа АДП. Кривые записываютс  пером на миллиметровой бумаге, навернутой на барабан. Вращение барабана (регистраци  деформаций) производитс  электродвигателем через черв чную передачу. С противоположной стороны барабана размещен двухвитковый реохорд, подключенный в мостовую схему след нхей системы.

Запись величин усили  и момента осуществл етс  посредством другого электродвигател , который посредством черв чной, передачи и барабана с тросом перемещает каретку с укрепленным на ней пером. Каретка несет щетку, контактирующую с проволокой реохорда. В процессе записи перо отт гиваетс  от бумаги электромагнитом, получающим импульсы от реле времени.

При испытании трубчатых образцов внутренн   их полость увеличиваетс  в объеме за счет раст жени  и внутреннего давлени . Дл  сохранени  давлени  в полости образца необходимо вести пополнение объема жидкостью, сохран   при этом величину заданного давлени , которое может мен тьс  во времени. Регул тор давлени , установленный в гидравлической системе мащины, рассчитан на поддержание заданного давлени  и при необходимости нодачу жидкости в полость образца . Регул тор состоит в основном из станины, на которой размещены втулка с плунжерной парой топливного насоса, рычаг и упор дл  его фиксации в нижнем положении. В правой части станины укреплена стойка дл  размещени  на ней ламелей, включающих и выключающих электродвигатель насоса. Величины давлени  устанавливаютс  подвижным грузом, который перемещаетс  по верхней плоскости рычага на шариковых подщипниках. Груз выполнен составным, что позвол ет иметь повыщенную точность работы регул тора при малых конечных давлени х . Перемещение груза по рычагу осуществл етс  электродвигателем, подключенным к т говому барабану, через черв чную передачу. На верхней плоскости рычага укреплен линейный реохорд, по проволоке которого скользит HieTKa, укрепленна  на тележке, несущей груз. Положение груза на рычаге задаетс  программирующим устройством машины , а последнее управл ет двигателем регистратора через след щую систему . В отдельном случае давление быть задано как параметр.

Регул тор работает на тракте от насоса к образцу. Плунжерный насос при работе подает жидкость в полость образца; при ее заполнении жидкость выжимает плунжер системы регул тора. При этом давление в системе устанавливаетс  в зависимости от величины усили  на головке плунжера. В верхнем кравшем положении плунжера рычаг выключает электродвигатель насоса и полссть образна питаетс  жидкостью , котора  вытесн етс  плунжером. При подходе плунжера в ннжнее положение рычаг включает электродвигатель насоса.

Работой двигателей нагружсни  образца и двнгате.чей регистраторов управл ют электроннослед щие системы машины. След щие системы собраны в трех блоках, в четвертом размещен блок питани . Блоки объединены стойкой, расположенной в непосредственной близости с машиной.

Каждый блок след щей системы состоит из двух каналов, содержащих:

1)мостовую схему типа моста Уитстона, котора  питаетс  гоком от общего генератора;

2)усилитель переменного тока;

3)i фазочувствительный выпр митель;

4)конвертер;

5)усилитель переменного тока;

6)усилитель .мощности с выходом на двигатель типа АДП.

Первый блок своими двум  каналами обслуживает двнгате.ти, создающие нагрузку раст жени  и крученн ; второй и третий блоки питают двигатели регистраторов.

Мостовые схемы электроннослед щих систем составлены из проволочных теизодатчиков, реохордов программирующих устройств и регистраторов .

Ниже описана работа одного из каналов след щей системы с электродвигателем , закручивающим образец. Сопротивление моста R и Rz (фиг. 6) - упругопластическне датчики, наклеенные на образец навстречу друг другу под углом 45° к вертикали. Сопротивлени  тензодатчиков -/ и RZ уравновешиваютс  сопротивлением реохорда программирующего устройства и ба.лластными сопротивлени ми н R. Мост работает в режиме равновесного состо ни  (нулевой метод) н снабжен дл  подстройки разновеси  на всем диапазоне работы переменным сопротивлением дл  регулировки по активной составл ющей и переменной емкостью С-дл  подстройки по реактивной составл ющей. Питание моста током с частотой 1000 гц и напр жением б в осуш,ествл етс  от соответствующей обмотки трансформатора буферного каскада генератора .

В процессе проведени  испытани  сопротивление участков реохорда программирующего устройства мен етс . Это изменение сопротивлени  создает небаланс моста, вследствие чего на зажимах измерительной диагоиали возникает сигнал ошибки, который поступает на операционный усилитель и подаетс  на двигатель.

Подача сигнала на двигатель будет происходить до тех пор, пока возрастание сопротивлени  датчиков на образце не сбалансирзет мост. Но так как процесс изменени  сопротивлени  реохорда программирующего устройства может быть непрерывным во времени, то двигатель будет следовать за программой, вед  нагружение образца.

Как видно из схемы, изображенной на фнг. 7, на образце имеютс  две группы упругопластических датчиков. Перва  используетс  в схемах

oVo 121586

.мостов нагружени , втора -в схемах регистрирующих устройств. Перва  группа датчиков по схеме и параметрам аналогична второй. Наклонно наклеенные датчики первой группы используютс  в схеме закручивани  образпа, второй группы - в схеме регистратора, фиксирующего деформацию кручени  в момент. Вертикально наклеенные датчики первой группы работают в мостовой схеме, регулирующей раст жение, датчики второй группы работают в схеме регистратора, фиксирующего деформацию раст жени  и усилие. Горизонтально наклеенные датчики используютс  как компенсационные.

Все св зи между узлами машины чисто электрические, кроме насоса высокого давлени , регул тора и испытуемого образца. Эти три узла св заны гидросистемой.

Изменение сопротивлени  реохордов программирующего устройства через след щие системы вызывает работу электродвигател , скручивающего образец, и работу исполнительного механизма, ведущего раст жение образца. Верхн   группа датчиков, наклеенных на образце и подключенных к след щей системе, при деформации образца измен ет свое сопротивление и тем самым небаланс моста, который посто нно создаетс  программирующим устройством.

Нижн   группа датчиков образца подключена к след щим системам , к которым также подключены датчики динамометрической части верхнего захвата машины. Один из блоков след щих систем питает двигатели регистратора, фиксирующего деформацию раст жени  и уси;1и , а другой блок обслуживает регистратор, фиксирующий деформацию кручени  и момент. Третий блок след щих систем используетс  дл  иагружени  образца внутренним давичением по заданной программе, дл  чего используетс  один из реохордов программирующего устройства.

Н р е д м е т изобретени 

Claims (3)

1.Машина дл  исследовани  сложного напр женного состо ни  трубчатых образцов материалов, содержаща  устройство дл  програл мировани  прилагаемых к испытуемому образцу нагрузок, нагружающие его устройства, приводимые в действие отдельными электродвигател ми , след щую электронную систему дл  управлени  последними, тензометрические датчики и регистрирующие приборы, отличающа с  тем, что, с целью совместного нагружени  испытуемого образца раст гивающим усилнем, крут п1,и.м моментом и гидравлическим давлением , подаваемым во внутреннюю полость образца, в ней применепо комбинированное нагружающее устройство, выполненное в виде подпружиненного двуплечего рычага, перемещаемого электродвигателем, посредством черв чной передачи, нагрузочного винта и т ги при раст жении испытуемого образца, устанавливаемого в жесткой направл ющей трубе, на которой смонтирована вращаема  электродвигателем черв чна  передача дл  .нагружени  образца крут щим моментом и в которой размещены захваты, снабженные щтуцерами дл  выпуска воздуха из внутренней полости образца и дл  подачи в нее гидронасосом регулируемого гидравлического давлени .

2.Мащина по п. 1, от л ич а ю п; а   с   тем, что, с целью обеспечени  возможности программировани  по деформаци м, а также устойчивой работы машины, в ней применены упругопластические управл ющие и регистрирующие тензометрические датчики, наклеенные на образец и расположенные один над другим.

3.Машина по пп. 1 и 2, отличающа с  тем, что, с целью обеспечени  возможности ведени  программировани  по любой наперед

заданной функции, ее устройство дл  программировани  состоит из настраиваемого выдвижными штифтами ленточного упора, по которому скользит штифт реохордного датчика, перемеш,аемого , песушчм И1етки, контактирующие с линейными и ступенчатыми реохордами.

ВиЗ

пострепке f) 12.

Фиг Z

CeveHus fio ББ

ff

I ii