Устройство для циклических испытаний одногофровых сильфонов

Изобретение относится к механическим испытаниям изделий, а именно к устройствам для вибрационных усталостных испытаний одногофровых сильфонов на циклическую осевую деформацию и изгиб. Устройство для циклических испытаний одногофровых сильфонов в режиме автоколебаний содержит соосные пассивный и активный захваты, установленный на раме магнитоэлектрический привод с тягой, предназначенной для взаимодействия с активным захватом, и блок управления приводом, блоками фиксации сильфона, имеющими вид детали типа втулка с двумя ступенями, соединенными с захватами. Причем цилиндрические части сильфона закреплены на ступенях большего диаметра, а захваты установлены в ступенях меньшего диаметра. Цилиндрические части закреплены кольцами, выполненными из волокнистых композиционных материалов методом намотки, например послойной укладкой стекловолокна, а между кольцами и цилиндрическими частями установлены Г-образные в радиальном сечении втулки. В устройстве пассивный захват выполнен в виде цангового крепления, а ступень для активного захвата выполнена внутри ступени большего диаметра. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к механическим испытаниям изделий, а именно к устройствам для вибрационных усталостных испытаний одногофровых сильфонов на циклическую осевую деформацию и изгиб.

Известно устройство для испытаний сильфонов на циклическую прочность по Авторскому свидетельству №903639, F16J 3/04; G01M 13/00, 13.02.1980. Устройство содержит корпус, в котором выполнен канал для подвода среды внутрь сильфона и установлены втулка и приводной орган, содержащий цилиндр с плунжером, образующим рабочую камеру, шток, регуляторы для установки величины хода сильфона, образованные на концах штока, один из которых выполнен в виде винтовой пары, а другой - в виде упора, и каналы для подачи пульсирующей среды в рабочую камеру. Шток размещен во втулке, которая неподвижно установлена на корпусе и на которой установлен цилиндр, связанный с ней винтовой парой. Причем между втулкой и штоком образована промежуточная камера, а каналы для подачи пульсирующей среды выполнены в штоке и втулке и соединены между собой через промежуточную камеру.

Устройство позволяет производить независимую установку величины хода сильфона на сжатие и на растяжение, однако, имеет ограниченные функциональные возможности и не позволяет проводить испытания сильфона при деформации сильфона по собственным формам колебаний при сжатии-растяжении и при изгибе и высокой частоте нагружения.

Наиболее близким к настоящему изобретению является «Устройство для циклических испытаний образцов в режиме автоколебаний» по Патенту RU №2196315 (G01N 3/38, G01N 3/32, 2000.04.20), содержащее соосные пассивный и активный захваты для образца, магнитоэлектрический привод, выполненный в виде постоянного магнита, и расположенную в его поле приводную катушку, предназначенную для взаимодействия с активным захватом, связанные последовательно фотодатчики, триггер и усилитель, подключенный к приводной катушке, и закрепленную на активном захвате шторку для перекрытия светового потока осветителя фотодатчика, приводная катушка выполнена в виде рамки с закрепленной на ней осью и подвижными опорами, в которых с возможностью вращения установлена эта ось, дополнительно снабжено блоком фиксации, жестко связанным с активным захватом, для крепления образцов в радиальном направлении с возможностью перемещения их перпендикулярно оси вращения.

Блок фиксации образцов в радиальном направлении содержит основание, имеющее вид детали типа втулка с двумя ступенями, торцевая поверхность ступени большего диаметра имеет радиальные пазы со стороны ступени меньшего диаметра, диаметральная поверхность меньшей ступени имеет радиальные резьбовые отверстия, упругий элемент из эластичного материала, выполненный в виде сегмента, с отверстием в центре, в которое запрессована металлическая втулка, и торцевыми выступами, входящими в радиальные пазы основания, распределительный элемент, выполненный также в виде сегмента из металлического материала с отверстием, соосным с отверстием упругого элемента, в соосные отверстия распределительного и упругого элементов вставлен прижимной элемент, кроме того, блок фиксации образцов в радиальном направлении снабжен крышкой с центральным отверстием, соосным с отверстием основания, жестко связанной с основанием.

Недостаток известного устройства состоит в том, что оно имеет ограниченные функциональные возможности и не может быть использовано для испытаний одногофровых сильфонов.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в создании устройства для испытания одногофровых сильфонов на циклическую прочность в режиме автоколебаний при осевой деформации сжатия-растяжения и при изгибе, соответствующей собственным формам колебаний сильфона.

Для решения этой задачи в устройстве для циклических испытаний одногофровых сильфонов в режиме автоколебаний, содержащем соосные пассивный и активный захваты, установленный на раме магнитоэлектрический привод с тягой, предназначенной для взаимодействия с активным захватом, и блок управления приводом, блоками фиксации сильфона, имеющими вид детали типа втулка с двумя ступенями, соединенными с захватами, цилиндрические части сильфона закреплены на ступенях большего диаметра, а захваты установлены в ступенях меньшего диаметра.

Кроме того, в устройстве цилиндрические части сильфона закреплены на ступенях большего диаметра кольцами, выполненными из волокнистых композиционных материалов методом намотки, например послойной укладкой стекловолокна.

Дополнительно, в устройстве между кольцами и цилиндрическими частями сильфона установлены Г-образные в радиальном сечении втулки.

Кроме того, в устройстве пассивный захват выполнен в виде цангового крепления.

Дополнительно, в устройстве ступень для активного захвата выполнена внутри ступени большего диаметра.

Кроме того, в устройстве на блоке фиксации сильфона с активным захватом закреплена дополнительная масса, расположенная между втулками, сдвигающая центр инерции блока с активным захватом на ось симметрии поперечного сечения сильфона.

Дополнительно, в устройстве на тяге установлен акселерометр, соединенный с блоком управления.

Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого изобретения, заключается в создании надежного инструмента для ускоренных циклических испытаний одногофровых сильфонов в одинаковых условиях нагружения различных образцов осевыми или изгибными нагрузками, обеспечивающего получение оперативных и стабильных данных по циклической стойкости одногофровых сильфонов в процессе их производства.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых:

на фиг.1 показан общий вид устройства;

на фиг.2 показан вариант закрепления сильфона в устройстве.

Устройство содержит раму 1, установленный на ней магнитоэлектрический привод 2 с тягой 3, соединенной с активный захватом 4, блок управления 5. Соосный с активным захватом 4 пассивный захват 6 в виде цангового крепления закреплен на раме 1. Сильфон 7 установлен на блоках фиксации, выполненных в виде двухступенчатых втулок 8 и 9. На ступени 10 большего диаметра втулки 8 закреплена цилиндрическая часть 11 сильфона 7, а на ступени 12 меньшего диаметра втулки 8 закреплен пассивный захват 6. На ступени 13 большего диаметра втулки 9 закреплена цилиндрическая часть 14 сильфона 7, а на ступени 15 меньшего диаметра втулки 9, выполненной внутри ступени 13 большего диаметра, закреплен активный захват 4.

Цилиндрические части 11 и 14 сильфона 7 закреплены на ступенях 10 и 13, соответственно, кольцами 16, выполненными из волокнистых композиционных материалов методом намотки, например послойной укладкой стекловолокна.

В варианте закрепления сильфона, показанном на фиг.2, между кольцами 16 и цилиндрическими частями 11 и 14 сильфона установлены Г-образные в радиальном сечении втулки 17.

На ступени 15 втулки 9 закреплена дополнительная масса 18, расположенная между втулками 8 и 9, которая сдвигает центр инерции втулки 9 на ось симметрии поперечного сечения сильфона.

На тяге 3 установлен акселерометр 19. Блок управления 5 соединен кабелем 20 с приводом 2 и проводом 21 с акселерометром 19.

В варианте крепления привода 2 к раме 1 привод 2 с тягой 3 и акселерометром 19 может быть установлен в обозначенную пунктиром на фиг.1 позицию 22.

Работа устройства происходит следующим образом.

Для проведения циклических испытаний при осевом нагружении сильфона 7 на привод 2 по кабелю 20 подается переменное напряжение от блока управления 5. Блок управления 5 автоматически или вручную настраивается на собственную частоту осевых колебаний сильфона 7 и поддерживает режим осевых резонансных автоколебаний сильфона 7 с заданной амплитудой, определяющей максимальный уровень переменных напряжений в сильфоне 7 при осевом нагружении.

Минимальный разброс максимальных напряжений в сильфоне 7 при испытаниях различных образцов и получение надежных и стабильных результатов испытаний обеспечивается установкой между кольцами 16 и цилиндрическими частями 11 и 14 сильфона 7 Г-образных в радиальном сечении втулок 17.

Нагружение сильфона 7 с собственной частотой его осевых колебаний, которая имеет, как правило, большую величину, позволяет быстро набрать испытательное число циклов и сократить время испытаний. Эта частота и амплитуда колебаний в пределах небольших отклонений, связанных с изменением внешних условий (температуры) или упрочнением материала сильфона 7, автоматически поддерживается блоком управления 5 по сигналу, поступающему по проводу 21 с акселерометра 19. При возникновении усталостного разрушения сильфона 7 в виде трещины происходит значимое изменение собственной частоты колебаний сильфона 7 и соответствующее изменение сигнала акселерометра 19, по которому блок управления 5 останавливает испытание и показывает выполненное число циклов при осевом нагружении сильфона 7, амплитуду и частоту проведенных испытаний.

Для проведения циклических испытаний при изгибном нагружении сильфона 7 на привод 2 по кабелю 20 подается переменное напряжение от блока управления 5. Блок управления 5 автоматически или вручную настраивается на собственную частоту изгибных колебаний сильфона 7 и поддерживает режим резонансных изгибных автоколебаний с заданной амплитудой, определяющей максимальный уровень переменных напряжений в сильфоне 7 при изгибном нагружении. При изгибном нагружении сильфона 7 за счет выбора величины и формы дополнительной массы 18 центр инерции колеблющегося узла с активным захватом 4 смещается на ось симметрии поперечного сечения сильфона 7, что обеспечивает симметричное нагружение сильфона 7 при циклических испытаниях на изгиб. Нагружение сильфона 7 с собственной частотой его изгибных колебаний, которая имеет, как правило, большую величину, позволяет быстро набрать испытательное число циклов и сократить время испытаний. Настроенная частота и амплитуда колебаний сильфона 7 в пределах небольших отклонений, связанных с изменением внешних условий (температуры) или упрочнением материала сильфона в процессе испытаний, автоматически поддерживается блоком управления 5 по сигналу, поступающему по проводу 21 с акселерометра 19. При возникновении усталостного разрушения сильфона 7 в виде трещины происходит значимое изменение собственной частоты колебаний сильфона 7 и соответствующее изменение сигнала акселерометра 19, по которому блок управления 5 останавливает испытание и показывает выполненное число циклов при изгибном нагружении сильфона 7, амплитуду и частоту проведенных испытаний.

1. Устройство для циклических испытаний одногофровых сильфонов в режиме автоколебаний, содержащее соосные пассивный и активный захваты, установленный на раме магнитоэлектрический привод с тягой, предназначенной для взаимодействия с активным захватом, и блок управления приводом, блоками фиксации сильфона, имеющими вид детали типа втулка с двумя ступенями, соединенными с захватами, отличающееся тем, что цилиндрические части сильфона закреплены на ступенях большего диаметра, а захваты установлены в ступенях меньшего диаметра.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цилиндрические части сильфона закреплены на ступенях большего диаметра кольцами, выполненными из волокнистых композиционных материалов методом намотки, например, послойной укладкой стекловолокна.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что между кольцами и цилиндрическими частями сильфона установлены Г-образные в радиальном сечении втулки.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пассивный захват выполнен в виде цангового крепления.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ступень для активного захвата выполнена внутри ступени большего диаметра.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на блоке фиксации сильфона с активным захватом закреплена дополнительная масса, расположенная между втулками, сдвигающая центр инерции блока с активным захватом на ось симметрии поперечного сечения сильфона.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на тяге установлен акселерометр, соединенный с блоком управления.