SU1647357A1 - Устройство дл испытани на усталость двух образцов эластичных материалов - Google Patents

Abstract

Устройство относитс  к испытательной технике, а именно к устройствам дл  испытани  на усталость при осевом нагружении двух образцов эластичных материалов. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей путем обеспечени  импытаний не только в жестком режиме на- гружени , но и в м гком режиме, а также снижение энергозатрат за счет испытани  образцов в противофазе нагружени . Устройство содержит установленные на раме 1 привод 2 и полый вал 3 с маховиком 4, две пары захватов 6,7 и 8,9 образцов 10, и нагру- жатель, включающий траверсу 11 с направл ющими в виде труб 12 дл  силовых цилиндров 13, кривошипно-шатунный механизм перемещени  захватов 8 и 9 в виде вала 15, установленного в полости вала 3, двух пар кинематически св занных друг с другом дисков 16,17 и 18,19, закрепленных на концах валов 3 и 15, и ползунов 25, расмещен- ных в направл ющих 22 дисков 17 и 19 и шарнирно св занных с захватами 8 и 9, направл ющую траверсы 11 в виде ходового винта 26 и блок регулировани  минимального значени  усили  на образце в виде сообщенных между собой и с силовыми цилиндрами 13, дополнительных силовых цилиндров 55, размеренных в отверсти х 56 труб 12. Дл  испытаний в жестком режиме нагружени  цилиндра 55 замен ют заглушками. 9 ил. сл с

Description

Устройство относитс  к испытательной технике, а именно к устройствам, обеспечивающим осевое циклическое нагружение образцов.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей путем обеспечени  испытаний не только в жестком режиме нагружени , но и в м гком режиме, а также снижени  энергозатрат за счет испытани  образцов в противофазе нагружени .

На фиг,1 схематично изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг.2 - вид А на фиг. 1; на фиг.З - электромагнитный тормоз устройства, конструктивное решение; на фиг.4 - захват образца, конструктивное решение; на фиг.5 - силовой цилиндр нагружател , разрез; на фиг.6 - дополнительный силовой цилиндр блока регулировани  минимального значени  усили , конструктивное решение; на фиг.7 - задат- чик минимального значени  усили ; на фиг.8 - электрическа  схема управлени  устройством; на фиг.9 - схема магнитостопор- ного устройства.

Устройство содержит силовую раму 1, установленные на раме привод 2 вращени  и полый вал 3 с маховиком 4, св занным с приводом 2 трансмиссией 5, две пары захвао

4 vj СО О XI

тов б, 7 и 8, 9 образцов 10, нагружатель, включающий траверсу 11, жестко св занные с ней две параллельные направл ющие в виде труб 12, установленные в полост х соответствующих направл ющих, два силовых цилиндра 13, корпуса которых св заны с захватами б, 7, кривошипно-шатунный механизм циклического перемещени  захватов 8, 9, выполненный в виде установленного на подшипниках 14 и коаксиально в полости вала 3 вала 15, двух пар параллельных дисков 16,17 и 18,19, закрепленных на концах валов 3 и 15, причем диски 16 и 18, закрепленные на внешнем валу 3, выполнены каждый с цилиндрической выемкой, образованной буртиком 20 с конической зубчатой поверхностью 21 внутреннего зацеплени , а диски 17 и 19 размещены в выемках дисков 16,18 и выполнены каждый с радиальной направл ющей 22 на наружной поверхности, и двух винтовых пар, винт в виде вала 23 каждой из которых выполнен с закрепленным на одном его конце коническим колесом 24, предназначенным дл  взаимодействи  с зубчатой поверхностью соответствующего диска 16 (18), и установлен с возможностью вращени  на наружной поверхности соответствующего диска 17 (19) параллельно радиальной направл ющей , а гайка представл ет собой ползун 25, шарнирно св занный с соответствующим захватом 8 (9) и установленный в соответствующей направл ющей 22, и блок управлени .

Траверса 11 установлена с возможностью перемещени  на направл ющей, выполненной в виде ходового винта 26, св занного с маточной гайкой 27 траверсы и с редуктором 28 привода 29 вращени .

На каждом из дисков 17,19 внутреннего вала 3 размещен электромагнитный тормоз, содержащий соединенные шарниром 30 тормозной 31 и прижимной 32 рычаги. Тормозной рычаг 31 установлен с возможностью продольного перемещени  в направл ющих 33. Шарнир 30 с помощью т ги 34 прикреплен к сердечнику 35 электромагнита и подпружинен упругим элементом 36.

Устройство оснащено магнитостопор- ным механизмом, выполненным в виде расположенных в одной плоскости, установленных соосно на раме 1 неподвижных частей , представл ющих собой сердечники 37 катушек 38 и установленных соосно и ради- ально. например, на маховике 4 сердечников 39 катушек 40.

Захват 8 (9), св занный с ползуном 25, имеет утолщение 41, в торцовой части которого выполнена выемка по форме головки образца 10. Головка образца 10 охвачена

двум  полусферами сухарей 42, наружный диаметр цилиндрической части которых равен наружному диаметру утолщени  41. На наружной поверхности утолщени  41 и сухарей 42 выполнена резьба.на которую навернута гайка 43, удерживающа  узел в собранном состо нии.

Корпус захвата 6 (7) выполнен с динамометрическим (упругим) элементом, напри0 мер, в виде кольца 44 с наклеенными датчиками 45 (тензорезисторами). В нижней части захвата 6 (7) выполнено утолщение 46, в цилиндрической полупроточке 47 которого закреплен корпус силового цилиндра 13,

5 выполненный с продольными отверсти ми 48 в стенке. Внутри корпуса цилиндра размещен поршень 49 с уплотнени ми 50 и штоком 51, образующим замкнутое подпор- шневое пространство 52. На штоке 51 вы0 полнены коромысла 53, вход щие своими консол ми в отверсти  48 цилиндра 13. В придонной части силового цилиндра 13 выполнены резьбовые отверсти  54, в которых закреплены дополнительные силовые ци5 линдры 55, предназначенные дл  регулировани  минимального значени  усили . Консоли коромысел 53 взаимодействуют с торцом соответствующей трубы 12, в боковых стенках которой выполнены продоль0 ные отверсти  56, а нижн   часть св зана т гой 57 с траверсой 11.

Цилиндр 55 выполнен с плунжером 58, уплотненным со стороны цилиндра 13 манжетами 59. В средней части плунжера вы5 полней буртик 60, размещенный в цилиндрической кольцевой проточке 61. Уплотнени  62 предотвращают перетоки рабочей жидкости в проточку 61. Соосно плунжеру 58 в цилиндре 55 закреплен наконечник 63

0 гибкого трубопровода 64. Другой конец трубопровода 64 присоединен к жестко закрепленному на раме 1 (полому штоку 65 с поршнем 66. Поршень 66 размещен в цилиндре 67, свободно перемещающемс  в осевом

5 направлении. В днище цилиндра 67 выполнено отверстие, закрываемое заглушкой 68, а на внешней поверхности выполнен буртик 69, на котором установлены сменные грузы 70.

0 Блок управлени  устройством включает реле 71, в цепи питани  которого последовательно установлены три нормально разомкнутых выключател  (три группы контактов ) 72-74. Параллельно контактам 74 вклю5 чено реле 75, параллельно контактам 73 - реле 76, параллельно контактам 74 - кнопка

77ручного управлени . Между реле 75 и 76 последовательной цепи подключен счетчик

78оборотов (ходов). Сопротивление 79 включено в цепь дл  предотвращени  короткого замыкани . Выключатель 74 управл етс  бесконтактным реле (например, фотореле ), шторка 80 которого расположена, например, на маховике 4, а светодиод 81 - на раме 1. Угол замыкани  контактов реле отрегулирован в зависимости от требуемой скорости деформировани  образцов. Выключатель 74 управл етс  реле 76, а реле 71 управл ет выключателем 82.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Перед началом испытаний в режиме м гкого нагружени  диски 17, 19 растормаживаютс  путем подачи электрического тока в катушки середечников 35 и привод тс  во вращение до установлени  необходимого значени  эксцентриситета, соответствующего размаху амплитудного напр жени . Валы 23 привод тс  в вертикальное положение. Дл  образца, условно прин того в испытании за основной (например, правого на фиг.1), он ориентируетс  так, что захват 8 находитс  в крайнем нижнем положении , а другой (например, левый на фиг.1) захват 9 - в крайнем верхнем положении Таким образом, в исходном положении эксцентриситеты ползунов 25 относительно оси вала 23 дл  обоих образцов 10 противоположны . Система привода перемещени  захватов затормаживаетс  путем отключени  тока в катушках сердечников 35. Одновременно , чтобы кривошипный механизм не опрокинулс  из-за разности усилий на ползунах 25 и возможных эксцентриситетов , вызванных неточностью изготовлени  образцов или самого устройства, с помощью кнопки 77 ручного управлени  подаетс  электрический ток в катушки 38, 40, магнитостопорного устройства. Подвижные части магнитостопорного устройства прит гиваютс  к неподвижным и преп тствуют возможному угловому смещению дисков 16, 18.

Посредством привода 29, передающего вращение через редуктор 28 на ходовой винт 26, траверса 11 перемещаетс  вверх до тех пор, пока левый (по фиг.1) образец 10 вложитс  в захваты 7, 9. Откручивают все четыре гайки 43 и снимают сухари 42. В выемки утолщений41 захватов и 9 вкладываютс  головки образца, устанавливают сухари 42 и узлы скрепл ютс  навинчиванием гаек 43. Датчики 45 левого образца подключают на вход регистрирующего прибора (на фиг. не показан), а датчики 45 правого образца - на вход управл юще-регистриру- ющего прибора (на фиг. не показан). На цилиндр 67 блока регулировани  усили  устанавливают грузы 70, соответствующие минимальному уровню напр жений в поперечном сечении образца в цикле. Реверсированием привода 29 траверса 11 перемещаетс  вниз на величину двойного эксцентриситета ползуна 25 относительно оси вала 5 3. В таком же пор дке, как и левый, устанавливают в захваты правый образец. Привод 29 снова включаетс  на опускание траверсы 11. Перемещение траверсы вниз вызывает перемещени  в эту же сторону трубы 12,

0 внутри которой расположен корпус силового цилиндра 13. Перемещение трубы 12 передаетс  через коромысла 53 нэ поршень 49 силового цилиндра, в результате чего в под- поршневом пространстве создаетс  рабо5 нее давление. Воспринимаемое днищем цилиндра 13 давление через корпус передаетс  на утолщение 46 и через кольцо 44 - на захват 6. Как только усилие на левый образец достигает запланированного в опыте

0 уровн , соответствующего максимальному напр жению в цикле, привод 29 останавливают . Соответствие усили  в правом образце минимальному напр жению в цикле свидетельствуете правильном выборе вели5 чины эксцентриситета и величине грузов 70. При этом плунжеры 58 должны оказатьс  полностью введенными в корпуса цилиндров 55, что определ етс , например, по положению (по высоте) цилиндра 69. Если

0 усилие на правый образец соответствует минимальному значению напр жени  в цикле, а плунжеры значительно вышли из корпусов цилиндров 55, регулированием массы грузов 70 и опусканием траверсы 11 плунжеры

5 58 ввод т в корпуса цилиндров 55. После установки образцов на вход управл юще- регистрирующего прибора подключаетс  либо группа датчиков динамометра основного образца, либо (в зависимости от

0 цели и методики испытаний) датчики динамометров обоих образцов объедин ютс , например, в мостовую схему и подключаютс  на вход управл юще-регистрирующего прибора.

5Дл  проведени  испытани  включают

привод 2. Вращение маховика 4 через вал 3 передаетс  на валы 23 захватов 8, 9. Поскольку диски 17, 19 заторможены по отношению к дискам 16, 18, оба диска 17 и 19

0 начинают вращатьс , а вместе с ними начинают вращатьс  и направл ющие 22, Синхронность вращени  направл ющих 22 обеспечиваетс  валом 15. Левый образец начинает сокращатьс , выдел   запасенную

5 энергию, а правый образец раст гиваетс . После поворота направл ющих 22 на 180° левый образец сократитс  до величины, соответствующей минимальному значению напр жени  в цикле, а правый раст нетс  до значени  деформации, соответствующей

максимальному напр жению в цикле. Когда захват 8 правого образца достигнет верхнего положени , шторка 80 перекрывает луч в фотореле 81, что приводит к замыканию контактов 74. На счетчик 78 циклов подаетс  сигнал и на его шкале фиксируетс  первый цикл нагружени . Если продольна  нагрузка на образец не снизилась при установленном ранее эксцентриситете, то показани  управл юще-регистрирующего прибора соответствуют максимальному значению напр жений .в цикле, выключатель 73 замыкаетс , шунтиру  реле 76, контакты 22 выключател  72 остаютс  разомкнутыми и направл юща  22 продолжает вращение. Нагрузка на правый образец падает. Когда захват 8 правого образца перейдет в нижнее положение, нагрузка на образец определ етс  положением плунжера 58 и величиной грузов 70. Поскольку шток 65 полый , а подпоршневое пространство цилиндра 69 сообщено каналом гибкого трубопровода 64 с подпоршневым пространством силовых цилиндров 13, то на плунжер 58 действует посто нна  сила. Если за цикл кагружени  образец не получил остаточное удлинение, давление на левый торец плунжера 58 равно давлению на правый торец и это давление соответствует минимальному напр жению цикла. Далее циклы повтор ютс .

В процессе испытаний в образцах накапливаютс  продольные остаточные деформации , которые в режиме м гкого нагружени  необходимо выбирать, чтобы поддерживать посто нный уровень максимального и минимального напр жений в цикле (посто нный по величине эксцентриситет не может обеспечить этого). До тех пор, пока остаточные деформации не превышают порога чувствительности управл юще-регистрирующего прибора, циклиро- вание образцов происходит без остановки. При наработке определенного количества циклов остаточные деформации достигают запланированных значений, фиксируемых выходным управл юще-регистрирующим прибором. При достижении захватом 8 правого образца верхнего положени  замыкаетс  контакт выключател  74. Однако контакт выключател  73 остаетс  разомкнутым, так как нагрузка не достигла нужного уровн . Это приводит к срабатыванию реле 76 и замыканию контактов выключател  72 и к срабатыванию реле 71, управл ющего контактами выключател  82. При замыкании контактов выключател  82 электрический ток подаетс  в катушки 38, 40 магнитосто- порного устройства и катушки сердечников 35 электромагнитных тормозов. В результате подвижна  и неподвижна  части магни- тостопорного устройства устанавливаютс  соосно и предотвращают опрокидывание направл ющих 22 от воздействи  раст гивЈ ющей силы правого образца, наход щегос  в это врем  в максимально раст нутом состо нии.

Тормозной рычаг 31 растормаживает систему, отжима сь от буртика 20. Посколь0 ку диски 17 и 19 расторможены и удерживаютс  магнитостопорным устройством, а диски 16 и 18 продолжают вращатьс . Вращение колеса 24 передаетс  валам 23, которые перемещают ползуны 25, раст гива 

5 правый образец. Как только нагрузка достигнет величины, соответствующей максимальному напр жению в цикле, контакты выключател  73 замыкаютс , блокиру  реле 76, контакты выключател  72 размыкаютс ,

0 Обесточива  реле 71, что приводит к размыканию контактов выключател  82 и обесточи- ванию катушек 38, 40 магнитостопорного устройства и катушек сердечников 35 электромагнитных тормозов.

5 Диск 17 затормаживаетс  относительно диска 16 и начинает вращатьс  вместе с ним. Поскольку диски 17 и 19 соединены валом 15, левый образец раст нетс  на ту же длину, что и правый, но при подходе

0 захвата 9 к верхней точке. Чтобы при перемещении правого захвата 8 от верхней точки к нижней усилие в образце не могло достигнуть минимального значени  раньше, чем захват 8 опуститс  в нижнее положение

5 (это может произойти в случае, если плунжер 58 выберет весь ход и упретс  буртиком 60 в торец выемки 61), на цилиндр 69 предусмотрен выключатель (на фиг. не показан ), который включает привод 29 при

0 определенном осевом смещении цилиндра 67 вниз (фиг.7). Включение привода 29 производитс  через реле времени (на фиг. не показано) с тем условием, чтобы одно включение перемещало поршень 49 на величину,

5 увеличивающую объем подпоршневого пространства 52 на обьем плунжеров 58. Если усилие на образец случайно достигнет максимума до того, как направл юща  22 займет вертикальное положение, контакт выклю0 чател  73 замыкаетс  раньше, чем контакт выключател  74. Это приводит к срабатыванию реле 75 и аварийному останову устройства . Ввод устройства в режим испытаний проводитс  в этом случае вручную. При раз5 рушении образца предусмотрен останов с помощью аварийного выключател , установленного , например, на упрэвл юще-ре- гистрирующем выходном приборе.

Дл  проведени  испытани  в жестком

режиме пары силовых цилиндров 55 вывертываютс  из гнезд в корпусах цилиндров 13, в отверсти  56 труб 12 вставл ютс  сухари с отверсти ми, через которые пропускаютс  болты (на фиг. не показаны), вворачиваемые в резьбовые отверсти  54 вместо цилиндров 55. В этом случае управл юще-регистриру- ющий прибор фиксирует изменени  нагрузки при посто нной деформации образца, определ емой величиной эксцентриситета захвата 8.

Перед очередным испытанием в м гком режиме уровень рабочего тела в над- поршневом пространстве цилиндра 67 регулируетс  путем нагнетани  его через отверстие 9 после вывертывани  заглушки 68.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  испытани  на усталость двух образцов эластичных материалов, содержащее две пары захватов, раму с направл ющей , нагружатель, включающий установленную на направл ющей с возможностью перемещени  траверсу, св занные с траверсой два силовых цилиндра, каждый из которых св зан с одним из захватов соответствующей пары, а их оси параллельны оси направл ющей, установленные на раме кривошипно-шатунный механизм, включающий кривошип и ползун с регулируемым эксцентриситетом, привод и блок управлени , отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей путем обеспечени  испытаний не только в жестком режиме нагружени , но и в м гком режиме, а также снижени  энергозатрат за счет испытани  образцов в проти- вофазе нагружени , оно снабжено дополнительными направл ющими в форме труб, жестко св занными с траверсой и предназначенными дл  размещени  в их полост х соответствующих силовых цилиндров, св занных с основными силовыми цилиндрами парами дополнительных силовых цилиндров , кажда  из которых установлена в стенке соответствующего основного силового цилиндра и сообщена с его подпоршневым пространством, дополнительным ползуном

   и дополнительным приводом, св занным с основной направл ющей, кривошип выполнен в виде двух коаксиально установленных валов и двух пар параллельных дисков, за- 5 крепленных на концах соответствующих валов , одни из которых, закрепленные на наружном валу, выполнены каждый с цилиндрической выемкой, конической зубчатой поверхностью внутреннего зацеплени  и

   0 осевым отверстием дл  внутреннего вала, а другие, закрепленные на внутреннем валу , размещены в выемках соответствующих дисков наружного вала и выполнены каждый с радиальной направл ющей на наруж5 ной поверхности, предназначенной дл  размещени  соответствующего ползуна, шарнирно св занного с захватом соответствующей пары, не св занной с основными силовыми цилиндрами, ползуны выполнены

   0 в виде гаек соответствующих винтовых пар, винт каждой из которых выполнен с закрепленным на его конце коническим зубчатым колесом, предназначенным дл  взаимодействи  с конической зубчатой поверхностью

   5 соответствующего диска, и установлен с возможностью вращени  на наружной поверхности соответствующего диска внутреннего вала параллельно его радиальной направл ющей, захваты, св занные с ос0 новными силовыми цилиндрами, жестко закреплены на корпусах соответствующих цилиндров, з стенках каждого из которых выполнены продольные отверсти , шток поршн  каждого основного силового цилин5 дра выполнен с коромыслами, консоли которых размещены в соответствующих продольных отверсти х с возможностью периодического взаимодействи  с торцовой поверхностью соответствующей трубы, выпол0 ненной с продольными отверсти ми, предназначенными дл  размещени  корпусов дополнительных-силовых цилиндров с возможностью взаимного осевого перемещени  каждого из основных силовых цилинд5 ров и соответствующей трубы, а направл юща  траверсы выполнена в виде ходового винта и кинематически св зана с дополнительным приводом.

   1 гпф

   ///у////////

   /.SEAt-gi

   LS

   Zi

   М

   0Ј

   Ъ гпф

   9Ј

   iseiwi

   Г

   I

   L-.

   Фиг.7

   74

   S3

   м

   6В

   Риг. 6

   -J 7,

   J

   .55

   57 66

   65

   7773

   72

   79

   Фиг. 8

   +