Машина испытательная универсальная для механических испытаний образцов материалов и изделий на растяжение, сжатие и изгиб при статическом приложении нагрузки и на мало- и многоцикловую усталость при растяжении-сжатии при циклическом приложении нагрузки при нормальной и повышенной температурах
Владельцы патента RU 2766998:
Общество с ограниченной ответственностью "ЗИМ Точмашприбор" (RU)
Изобретение относится к средствам (испытательные машины) и методам механических испытаний образцов материалов на растяжение, сжатие, изгиб и на мало- и многоцикловую усталость. Машина испытательная содержит нагружающее устройство, содержащее основание, два червячно-винтовых редуктора, скрепленных с основанием и связанных между собой муфтой, серводвигатель, приводящий в движение траверсу с помощью червячно-винтовых редукторов и гаек, сопряженных с винтами и закрепленных в траверсе, гайки-корпуса, сочлененные с ходовыми винтами, со встроенными в них кольцевыми поршнями для выборки люфта между винтами и траверсой, направляющие колонны, закрепленные в основании и сопряженные с траверсой через шариковые втулки, поперечину, жестко связывающую направляющие колонны и ходовые винты через шарикоподшипники, гидроцилиндр, образованный траверсой, плунжером и двумя фланцами, верхний захват, скрепленный с плунжером с помощью шпильки и двух шарнирных узлов, датчик перемещения, датчик силы, скрепленный с основанием с помощью шпильки и двух шарнирных узлов, нижний захват, скрепленный с датчиком силы с помощью шпильки, стойку для установки печи при высокотемпературных испытаниях, скрепленную с основанием и поперечиной, а также включает насосную установку и систему управления и измерения. Машина имеет два привода нагружения испытываемого образца: сервомеханический - путем перемещения траверсы с верхним захватом и сервогидравлический - путем перемещения верхнего захвата относительно траверсы с помощью гидроцилиндра, встроенного в траверсу. Технический результат: возможность проводить испытания образцов и изделий большой длины с большой величиной деформации при статическом приложении нагрузки, возможность проводить испытания образцов на растяжение, сжатие, изгиб, мало- и многоцикловую усталость с любым коэффициентом асимметрии цикла, возможность на статическую составляющую цикла накладывать высокочастотную, упрощение и удешевление конструкции нагружающего устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Существуют машины подобного назначения, у которых гидроцилиндр выполняет функции статического и циклического нагружения, а высота рабочего пространства регулируется смещением траверсы с захватами по гладким колоннам дополнительными гидроцилиндрами и фиксацией ее на колоннах цанговыми зажимами (например, машины типа МИУ, выпускаемые ООО «НИКЦИМ Точмашприбор» совместно с заводом ЗИМ г. Армавир).
Существуют также машины (в основном зарубежного производства), у которых высота рабочего пространства устанавливается смещением траверсы по резьбовым колоннам, а функции нагружения также выполняет гидроцилиндр.
По своему назначению и функциональным возможностям машины типа МИУ наиболее близки к заявляемой и могут быть приняты за прототип (аналог).
К недостаткам аналога можно отнести то, что при сравнительно сложной конструкции нагружающего устройства, на машине невозможно производить испытания изделий большой длины с большой величиной деформации при статическом нагружении из-за ограничения хода силовозбуждающего гидроцилиндра.
Этих недостатков лишена заявляемая машина.
На прилагаемых рисунках (фиг. 1, 2) изображена заявляемая машина, включающая в себя следующие узлы:
- нагружающее устройство I, предназначенное для деформирования испытываемого образца;
- насосную установку II, обеспечивающую функционирование сервогидравлической системы нагружения;
- систему управления;
- систему измерения.
Нагружающее устройство I содержит:
- основание 1 (фиг. 1), два червячных редуктора 2, скрепленных с основанием и связанных между собой муфтой 3, серводвигатель 4, приводящий во вращение ходовые винты 5 редукторов, датчик силы 6, скрепленный с основанием 1 с помощью шпильки 7 с двумя шарнирными узлами 8, нижний захват 9, скрепленный с датчиком силы с помощью шпильки 10, верхний захват 11, скрепленный с плунжером 12 с помощью шпильки 13 с двумя шарнирными узлами 14, встроенными в плунжер 12, манжету 15, уплотняющую полость «А», подвижную траверсу 16, фланец 17, образующий с плунжером 12 и траверсой 16 гидравлическую полость «Б», две гайки 18 (фиг. 2, вид Д), скрепленные с траверсой 16 и сочлененные с винтами 5, два механизма выборки люфта между винтами 5 и траверсой 16, включающие упорные втулки 19, гайки-корпуса 20, штифты 21 от проворота гаек-корпусов 20, кольцевые поршни 22, образующие с гайками-корпусами 20 гидравлические полости «В» (фиг. 2, сечение К-К), площадь поперечного сечения которых в сумме превышает на 5…10% площадь полости «Б» гидроцилиндра, фланец 23, образующий с траверсой 16 и с плунжером 12 полость «А», датчик перемещения 24 (фиг. 2, сечение Е-Е) захвата 11 относительно траверсы 16, две колонны 25, скрепленные с основанием 1 гайками 26, направлящие шариковые втулки 27, сочленяющие колонны 25 с траверсой 16 и удерживаемые в траверсе фланцами 28, поперечину 29, связанную с ходовыми винтами 5 через шарикоподшипник 30 и фланец 31 и скрепленную с колоннами 25 винтами 32 и фланцами 33, сервоклапан 34, скрепленный с фланцем 23, служащий для управления процессом нагружения образца (изделия), а также для управления установочным ходом захвата 11 относительно траверсы 16.
Гидроцилиндр, встроенный в траверсу 16 - дифференциальный:
полость «Б» (фиг. 2, сечение Е-Е) находится под постоянным давлением магистрали высокого давления, полость «А» управляется сервоклапаном 34 (фиг. 2, вид Г), осуществляющим подачу из магистрали высокого давления в полость «А» (фиг. 2, сеч. Ж-Ж) и слив рабочей жидкости из полости «А» в бак 42 (фиг. 2, сеч. И-И).
Площадь штоковой полости «Б» в два раза меньше площади поршневой полости «А».
Для установки печи при высокотемпературных испытаниях к основанию 1 с помощью зажимов 35 крепится стойка 36, сочлененная с поперечиной 29 через планку 37, скрепленную с поперечиной винтами 38 и штифтами 39.
Насосная установка II содержит:
- насос 40 большой производительности с электродвигателем 41;
- бак 42 для помещения рабочей жидкости;
- насос 43 малой производительности с электродвигателем 44;
- клапан предохранительный 45 для поддержания заданного давления в магистрали высокого давления;
- манометр 46 для контроля давления в магистрали высокого давления;
- гидрораспределители 47 и 48 для управления захватами;
- гидрораспределитель 49 для включения и выключения механизма фиксации траверсы 16 относительно ходовых винтов;
- клапаны обратные, фильтры, кран.
Заявляемая машина работает следующим образом:
1. При испытаниях образца с помощью сервомеханического
привода.
Нагружение испытываемого образца осуществляется путем перемещения траверсы 16 с зафиксированным плунжером 12 с помощью серводвигателя 4 и червячно-винтовых редукторов 2. Для испытания образца необходимо проделать следующее:
- включить насос 43 малой производительности и клапаном 45 настроить давление в магистрали высокого давления, создающее в полости «Б» на плунжере 12 усилие, превышающее на 10…15% ожидаемую максимальную нагрузку на образце;
- с помощью сервоклапана 34 плунжер 12 установить в крайнее верхнее положение, прижав торец плунжера 12 к торцу фланца 23;
- с помощью серводвигателя 4 установить высоту рабочего пространства, соответствующую длине испытываемого образца, путем перемещения траверсы 16 по ходовым винтам 5;
- установить контрольный образец в захваты и закрепить с помощью распределителей 47 и 48, при этом, при необходимости, манипулируя положением траверсы 16 с помощью серводвигателя 4;
- с помощью серводвигателя 4 нагрузить установленный образец на растяжение нагрузкой, превышающей предельную на 10…15% и подтянуть гайки нижнего шарнирного узла 8 и верхнего шарнирного узла 14;
- разгрузить машину, убрать контрольный и установить испытываемый образец в захваты;
- произвести испытание образца на растяжение, нагружая его по заданной программе с помощью серводвигателя 4 и системы управления с записью результатов испытания на диаграмме в координатах «нагрузка-перемещение», «нагрузка-деформация» (при испытании с тензодатчиком на образце);
- произвести испытания на сжатие и изгиб, установив на захваты соответствующие приспособления (см. патент №2678935).
2. При испытаниях образца с помощью сервогидравлического привода.
Нагружение испытываемого образца осуществляется с помощью гидроцилиндра, встроенного в траверсу 16.
Для испытания образца необходимо:
- включить насос 43 малой производительности;
- настроить требуемое давление в магистрали высокого давления (см. предыдущий раздел);
- с помощью сервогидравлической системы управления по датчику перемещения 24 (фиг. 2, сечение Е-Е) установить в полости «А» высоту подушки ~ 5…10 мм (расстояние от торца плунжера 12 до торца фланца 23);
- с помощью серводвигателя 4 установить расстояние между захватами, соответствующее длине испытываемого образца;
- с помощью гидрораспределителя 49 соединить полости «В» (фиг. 2, сечение К-К) механизмов для выборки люфта между гайками 18 и ходовыми винтами 5 с магистралью высокого давления;
- включить насос 40 большой производительности, клапаном 45 «подправить» давление в магистрали высокого давления, насос 43 малой производительности выключить;
- управляя полостью «А» с помощью сервоклапана 34 произвести испытания образца на циклическую усталость при знакопеременном нагружении по заданной программе, а также испытания на растяжение, сжатие и изгиб (см. предыдущий раздел);
- в процессе испытания образца производить запись диаграмм в координатах «нагрузка-время», «перемещение (деформация)-время», а при испытаниях на малоцикловую усталость записывать петлю гистерезиса по ГОСТ25.502.
Сущность изобретения заключается в следующем.
В отличие от аналога, а также существующих универсальных испытательных машин отечественного и зарубежного производства, заявляемая машина имеет два сервопривода нагружения испытываемого образца (изделия):
- сервомеханический для испытаний образцов (изделий) в большом диапазоне длины (до нескольких метров) при статическом приложении нагрузки с помощью серводвигателя;
- сервогидравлический для испытаний образцов в статическом, малоцикловом и многоцикловом режимах нагружения с помощью гидроцилиндра, встроенного в подвижную траверсу.
Это дало следующий результат:
- возможность проводить испытания образцов и изделий большой длины с большой величиной деформации (рабочий ход до нескольких метров) при статическом приложении нагрузки с помощью сервомеханического привода нагружения;
- возможность проводить испытания образцов на растяжение, сжатие, изгиб, мало- и многоцикловую усталость с любым коэффициентом асимметрии цикла с помощью сервогидравлического привода нагружения;
- возможность на статическую составляющую цикла накладывать высокочастотную при одновременной работе обоих приводов нагружения;
- совмещение гидроцилиндра с траверсой упростило и удешевило конструкцию нагружающего устройства.
1. Машина испытательная универсальная для механических испытаний образцов материалов и изделий на растяжение, сжатие и изгиб при статическом приложении нагрузки на мало- и многоцикловую усталость при растяжении-сжатии, при циклическом приложении нагрузки, при нормальной и повышенной температурах, включающая нагружающее устройство, содержащее основание, два червячно-винтовых редуктора, скрепленных с основанием и связанных между собой муфтой, серводвигатель, приводящий в движение траверсу с помощью червячно-винтовых редукторов и гаек, сопряженных с винтами и закрепленных в траверсе, гайки-корпуса, сочлененные с ходовыми винтами, со встроенными в них кольцевыми поршнями для выборки люфта между винтами и траверсой, направляющие колонны, закрепленные в основании и сопряженные с траверсой через шариковые втулки, поперечину, жестко связывающую направляющие колонны и ходовые винты через шарикоподшипники, гидроцилиндр, образованный траверсой, плунжером и двумя фланцами, верхний захват, скрепленный с плунжером с помощью шпильки и двух шарнирных узлов, датчик перемещения, датчик силы, скрепленный с основанием с помощью шпильки и двух шарнирных узлов, нижний захват, скрепленный с датчиком силы с помощью шпильки, стойку для установки печи при высокотемпературных испытаниях, скрепленную с основанием и поперечиной, а также включающая насосную установку и систему управления и измерения, отличающаяся тем, что машина имеет два привода нагружения испытываемого образца: сервомеханический - путем перемещения траверсы с верхним захватом и сервогидравлический - путем перемещения верхнего захвата относительно траверсы с помощью гидроцилиндра, встроенного в траверсу.
2. Машина испытательная по п. 1, отличающаяся тем, что траверса является корпусом гидроцилиндра, а шпилька с двумя шарнирными узлами, с которой скреплен верхний захват, размещена внутри плунжера гидроцилиндра.
