Гидропневматический пульсатор для испытания материалов на сжатие и растяжение

 

Класс 42k, 20

4 лайЮУ, 1О

1т 1 -

АВТОРСКОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО НА ИЗОБРЕТЕНИЕ

О ПИ CAH ИЕ гидро-пневматического пульсатора для испытания материалов на сжатие и растяжение.!

К авторскому свидетельству Н. В. Терентьева, заявленному 3 февраля

1932 года (спр. о перв. № 102630), с присоединением заявки от 17 февраля 1932 года (спр. о перв. № 104339).

О выдаче авторского свидетельства опубликовано 31 октября 1935 года.

ПЬЮ

Известные пульсаторы для испытания на усталость строительных материалов, деформирующихся от растяжения, сжатия и изгиба, не являются самостоятельными машинами, а составляют дополнительные приспособления к существующим гидравлическим испытательным маР шинам. Подобные пульсаторы служат для сообщения колебаний поршню пресса испытательной машины между двумя выбранными пределами; число этих колебаний доходит до 500 в минуту. Обычная конструкция таких пульсаторов состоит из двух наполненных маслом цилиндров, в которых двигаются,.возвратно-поступательно .поршни, соединенные при посредстве шатунов с двумя коленчатыми валами. При работе пульсатора масло нагнетается по тонким трубкам в цилиндр пресса испытательной машины; это же . масло отводится обратно по тем же трубкам в цилиндры пульсатора лиш,ь после перемещения поршня на полный ход, соответствующий половине оборота коленчатого вала. Объемы цилиндров пульсатора постоянны и должны быть подобраны по отношению к цилиндру пресса испытательной машины так, чтобы воспринимаемые его поршнем пульсирующие давления соответствовали получаемой в испытуемом теле деформации и притом или в обратимой форме, т. е. до предела упругости или в остающейся форме — после предела упругости. Пределы упругости для различных материа-,, лов сильно отличаются один от другого, а соответственно сами повторные колебания могут быть лишь повышены без какого-либо увеличения давлений; колебания передаются испытуемому телу, установленному в обычную неподвижную упорную деталь гидравлической испытательной машины; так называемую перекладину. Кроме того -с теоретической точки зрения колебания оказывают свое действие на испытуемое тело после преодоления внутренних сопротивлений его материала путем действия приложенной силы на некотором незначительном перемещении, что может быть выражено . формулой:

R=F 5. cosa, где Р— работа, F — сила, S — перемещение и cos а — угол отклонения направления1 действия силы от вертикали, причем в данном случае угол a = О, является величиной постоянной для существую- щих гидравлических испытательных машин, а следовательно cos я = 1 тоже является величиной постоянной. Таким образом можно предполагать, что действие таких пульсаторов на испытуемое тело носит. характер колебаний, имеющих постоянную амплитуду и постоянной длины волну. В дополнение к этому следует отметить еще доказанное б. князем Гагариным на пишущем приборе изобретенной им испытательной машины, что при действии повторных нагрузок в пределах упругости предел пропорциональности от этого периодически возрастает и поэтому применение таких пульсаторов при испытании разнообразных по твердости материалов ограничено.

Предлагаемый пульсатор является самостоятельной машиной для испытания материалов, нуждающихся или в полном сохранении внешнего контура вновь получаемого продукта, например при-дроблении шлифующего материала, выработка горного льна и др., или же для создания в самом теле такого напряжения молекулярного сцепления, при котором его молекулы, будучи сближены или разъединены давлением и подвергнуты затем колеблющемуся возбуждению, атомно группировались бы в полимерический . агрегат, как это имеет место, » например, при томлении и истирании хлопкового волокна при процессе получения целлюлозы, трамбовании бетона, консервировании корма, выработке масел и др. Затем предлагаемый пульсатор имеет в виду при соответственном пере. ключении его механизмов выполнять все испытания существующих испытательных машин на деформации изгиба, кручения, сжатия, растяжения и на ударные деформации, а также заменить существующие пульсаторы, работающие с постоянной амплитудой и постоянной длиной волны.

При работе в предлагаемом пульсаторе создается повышенное давление, а затем возбуждаются в эластичном пульсирующем механизме повторные колебания с переменной длиной волны и переменной амплитудой. Теоретически такие колебания обосновываются на законе количества движения и определяются формулой

F . t=mv — meо> где F. — импульс силы, me — приращение количества движения.

На схематическом чертеже фиг. 1 изображает предлагаемый пульсатор в вертикальном разрезе; фиг. 1 — устройство для регулирования скорости моторов; фиг.2 — горизонтальный разрез часхи пульсатора по каналу х на фиг. 1; фиг. 3— устройство комбинированного .привода пульсатора в вертикальном разрезе.

Основной частью предлагаемого пульсатора является эластйчно пульсирующий механизм А, служащий для закрепления образца испытуемого материала (фиг. 1) и состоящий из двух цилиндров, несущих два отдельных и аксиально.расположенных и подпружиненных поршня в, штоки -.опоры л каждого из которых навинтованным концом расположены в торцевых стенках цилиндров. Для возвратного перемещения нижнего поршня в цилиндр его снабжен перепускными каналами х, перекрывающимися для этой цели золотником е (фиг. 2) или от руки или приводом от штока поршня и (фиг. 1).

Возвратно-поступательное движение поршня в верхнего цилиндра о обусловливается наличием в последнем перепускного канала е с редуктором е .

Для установки между упорами испытуемого образца различной величины верхний цилиндр о может передвигаться в стойке 27 при помощи винта 28, а по колонне пульсатора посредством винта 29, на котором установлена стойка 27.

Затем эластично-пульсирующий механизм А (фиг. 1) может осуществить комбинированную не последовательнопериодическую подачу рабочей среды по каналу х под действием поршня и для создания импульсирующих движений.

В этом механизме шток поршня и связан коромыслом 19, штоком 18 поршня 17 регулятора М потока, управляемого или от руки путем перестановки упора 21, вдоль прореза 20 винтом 32.или при помощи провода, действующего на ограничительные клапаны ф.

Для регулирования скорости вращения приводных моторов служит ртутный поплавковый манометр 22 (фиг. 1 ), включенный в систему прибора. Этот манометр снабжен контактами 23, служащими при перемещении поплавка для включения в электрическую цепь секций реостата 26, изменяющего ход приводных электромоторов при помощи имеющегов цепи соленоида 24, снабженного катарактом 25 с сопротивлением, изменяемыми при помощи поворотной диафрагмы.

Для указания же нормально повышеи-

- ного давления предназначен, манометр Р.

Для регулирования не последовательнойериодической подачи рабочей среды— жидкости или газа к прессу служит кОлесо, связанное коромыслом Ф со штоком 1 поршня и пресса при помощи храповой передачи 13, 14 и снабженное контактами, предназначенными для включения в цепь соленоида 11, соединенного с запорным клапаном 12 приемной трубы цресса.

Для регулирования пульсирующих ударов поршня служат грузы р (фиг. 1 и фиг. 3), подвешенные на тягах т и действующие на поршень и (фиг. 1) посредством шгока или от центробежной силы, возникающей при вращении грузов р вв ттоом м ссллууччааее, если одни тяги т закреплены в пазу 1 штока камнем 3, в то время как другие тяги освобождены и их камень 4 скользит по и азу 2 штока, или же от центростремительной силы, если закрепление камней.3 и 4 выполнено обратно. Приведение грузов в исходное положение производится или изменением числа оборотов диска 10 или действием кулачка б на рамку 5 шкива 9.

Более сложное колебательное импульсирующее движение производится при помощи двух поршней и, и и, (фиг. 3), аналогично действующих соответственно от вала 9„втулки 9, и, дисков 101 и 10 привода или оба в одном или в противоположных друг другу направлениях. .Втулка 9 надета на вал 9> и каждый из .Них присоединен зубчатым сочленением 15 к отдельным друг от друга группам маятников и связан с коническими фрикционными дисками 10, и 10„находящимися под воздействием пружины 1б; изменение направления достигается путем переключения шкива 9 фрикционного сцепления по диску 10, обозначенного соответствующим индексам.

Действие предлагаемого пульсатора закЛючается в следующем. Испытуемый материал помещается во внутреннюю полость оболочки (гильзы), предварительно установленную открытым своим нижним торцом на головку штока ж

{фиг. 1) так„чтобы эта головка могла свободно в оболочке аксиально перемещаться. Затем оболочка накрывается другой головкой верхнего штока ж.

Головки штоков .или оба вместе или порознь могут быть снабжены, съемными герметическими манжетами в местах соприкосновения с оболочкой. Установленный таким образом образец подвергается действию пульсирующих движений этих штоков; полученные нижним штоком —, затухающие или прогрессирующие колебания воспринимаются частично образцом, а частично поршнем верхнего цилиндра О, для чего последйий должен быть предварительно при помощи редуктора е нагружен сопротивлением в виде жидкости или газа, перешедшей через канал е2 из одной полости цилиндра в другую. Такое устройство верхнего поршня обеспечивает непрерывность деформацчи тела в период падения колебания при переходе кривой от максимума к минимуму путем создания повторной волны колебаний на верхний поршень цилиндра О, который, сопротивляясь мгновенному импульсу комбинированного привода, способен благодаря эластичности мягко сопротивляться вирированиям образца.

Как первые жесткие сопротивления, :так и вторичные мягкие сопротивления регистрируются чувствительным динамометром 3 (фиг. 1), установленным на редукционном клапане е, и легко обнаруживаются на перегибах наносимой на бумагу кривой. Затем наблюдается количество оборотов фрикцианнаго сцепления, размах грузов и отсчитываются показания обоих манометров. Эти цифровые показания, вычисленные и занесенные графически в координатах, дают наглядную картину сравнения при испытании образцов из того или иного материала.

Действие предлагаемого пульсатора при испытании на усталость материалов, сопротивляющихся деформациям растяжению, сжатию, изгибу и кручению, заключается в следующем. Испытуемый образец закрепляется в соответствующих зажимах, установленных на головках штоков ж, а затем в зависимости от требуемой деформации производят соответствующее включение механизмов. Так например, при испытании с постоянной амплитудой и постоянной длиной волны на растяжение винтовое соединение штока ж законтривается. Путем перевода золотника е (фиг. 2) из. одного положения в другое вводится в деиствие верхний канал х. Установленный таким образом прибор готов к испытанию. Для аналогичного испытания в случае сжатия требуется лишь перевод золотника е (фиг. 2) для сообщения нижнего канала х с нижней полостью цилиндра. Верхний цилиндр О (фиг. 1) поворачивается на стойке 27 на 90 для создания жестокого, упора о боковую стенку цилиндра. Комбинированное испытание на растяжение и сжатие одновременно, периодически чередуясь, например, пять колебаний на растяжение, а два на сжатие или иначе, достигается путем переключения золотника е (фиг. 2) приводом от штока поршня и (фиг. l), не показанным на чертежах.

Для испытания импульсирующими ударами необходимо штоку ж (фиг. 1) дать возможность аксиального перемещения в верхнем цилиндре. Шток ж нижнего циликдра для данного испытания укрепляется неподвижно. Затем золотник е (фиг. 2) устанавливают на привод от штока поршня и (фиг. 1) для перйодического четного чередования действий пульсатора и притом, например, один раз по верхнему каналу х, а другой — по нижнему каналу х. Установленный таким образом пульсатор будет периодически действовать на испытуемый образец.-или растягивающе-раскручивающими или затем сжимающе-скручивающими напряжениями и т.. д. Суммируя эти комбинированные действия, можно получить среднюю деформацию скручиванию испытуемого образца, подверженного действию силы, приложенной в се. редине или несимметрично по отношению в длине испытуемого образца. Место разрушения указывает точку приложения силы.

Йналогия деформаций, поставленных в условия координатной системы ХУЛ испытуемого образца чистого скручивания, зависит от угла а поворота координат системы около своего начала, приложенного в самой материальной точке любого сечения испытуемого образца.

Но так как направление действия силы в формуле работ РР5 cosa, предложенного пульсатора переменно, вследствие наличия винтового сочленения штока ж, то cosa в формуле работы не постоянен и не равен единице (что имеет место на том же пульсаторе, когда cosa равен единице, в случае установки штока ж" для аксиального перемещения), а величина его изменяется в широких пределах и зависит от установленного наперед. редуктором е, сопротивления верхнЕго цилиндра О, в то время как 5 величина постоянная, так как входит в область импульсирующих сильных ударов, а не. переменная и в данном случае поддерживается одинаковой в-случае повышения давления механизмом М.

Результаты испытаний при подсчетах выравниваются постоянным коэфициентом прибора.

Предмет изобретения.

1. Гидро - пневматический пульсатор для испытания материалов на сжатие и растяжение, отличающийся тем, что в целях сообщения поршню пресса эластичных движений с переменной амплитудой и длиной волны применен комбинированный привод к упомянутому поршню, состоящий из взаимодействующих между собою! а) кулачка 6, служащего для по- . ступательного перемещения поршня и пресса, Ь) центробежной передачи 3 — 4, предназначенной для возвращения поршня пресса †пос воздействия на него. кулачка б в исходное положение и с) шкива 9 и диска 10 фрикционной . передачи, служащих для одновременного сообщения вращательных движению поршню и и передаче 3 — 4.

2. При пульса rope по и. 1 применение в передаче 3 — 4 подвеса, выполненного в форме шарнирных рычагов, один из шарниров которого помещен в неподвижно укрепленном подшипнике, а крайние шарниры связаны один со штокоя поршня и, а второй — со шкивом 9 и диском 70 фрикционной передачи.

3. При пульсаторе по и. 1 применение в целях регулировки пульсирующих ударов поршня, продольных пазов — 2 в штоке поршня и, служащих для шарнирного прикрепления в них тяг к грузам р.

4. При пульсаторе по и. 1 применение ! в полости фрикционного шкива 9 пружин, надетых на ось шкива и служащих буферными для него упорами.

5. При пульсаторе по и.:1 применение контактного регулятора скорости вращения приводных моторов, состоящего из включенного в систему прибора поплавкового манометра 22,, снабженного контактами, служащими при перемещениях поплавка для замыкания на цепь соленоида 24, предназначенного для включения большего или меньшего сопротивления в цепь приводного мотора. б. При пульсаторе по и. l примене ние, в целях прерывно периодической

- подачи жидкости или газа к прессу, регулировочного приспособления, состоящего из связанного храповой переда- I чей 13, 14 со штоком 1 пресса-колеса, снабженного контактами, предназначенными для включения в электроцепь соленоида 11, связанного с запорным клапа,ном 12 приемной трубы пресса.

7. При пульсаторе по и. 1 прйменение опор для закрепления испытуемого материала, выполненных в виде навинтованных штоков ж и ж, - подпружиненных поршней в — в, помещенных в неподвижно закрепленных цилиндрах, из коих нижний цилиндр имеет полости, соединенные с каналами х, снабженными золотником е, а верхний цилиндр имеет перепускной канал е и редуктор о,.

8. Форма выполнения пульсатора по и. 1, отличающаяся применением вала У и надетой на нем втулки У, (фиг. 3), присоединенных зубчатым сочленением 15 к отдельным друг от друга .группам маятников и связанных с коническими фрикционными дисками 10 и 10» находящимися под воздействием пру« жины 16.