ПРИБОР ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

Полезная модель относится к области испытаний образцов дорожно-строительных материалов повторяющимися кратковременными циклическими нагружениями.
Известны устройства для испытаний образцов материалов повторяющимися кратковременными циклическими нагружениями (патент RU №100260 G01N 3/36, опубликован 10.12.2010) где установка для определения деформаций динамической ползучести дорожно-строительных материалов, включает направляющие и три горизонтальные полки, электропривод, приводящий во вращение вал, закрепленный на нем эксцентричный кулачок, толкатель, датчик силы, раму передачи нагрузки, узел регулирования амплитуды деформирования образца и колебания толкателя, упорный ролик, пружину, держатели пружины и натяжитель-фиксатор пружины.
Наиболее близким аналогом является (патент RU №111293 G01N3/36, опубликован 10.12.2011) «Устройство для определения деформаций динамической ползучести дорожно-строительных материалов» включающее пружину, натяжитель-фиксатор пружины, эксцентрик, раму, электропривод, толкатель, датчик силы, шатун, рычаг передачи нагрузки, серьгу, для направления и фиксирования вертикального положения толкателя, регулировочный подъемный винт, шаговый двигатель, температурную камеру.
Недостаток состоит в том, что датчик силы находится на одной из опорных частей подъемного стола, что вносит сложности при определении фактической нагрузки, передаваемой на образец, маленькие рабочие размеры стола и температурной камеры, конструкция подъемного стола без направляющих, приводящая к нежелательным вибрациям и уменьшению срока службы.
Задачей полезной модели является усовершенствование, повышение надежности, удобства использования, а также увеличение функциональных возможностей прибора для испытаний дорожно-строительных материалов под воздействием динамических нагрузок.
Сущность полезной модели заключается в том, что прибор динамических испытаний, содержащий пружину, натяжитель-фиксатор пружины, эксцентрик, раму, электропривод, толкатель, датчик силы, шатун, рычаг передачи нагрузки, серьгу, для направления и фиксирования вертикального положения толкателя, шаговый двигатель, температурную камеру, дополнительно включает рельсовые направляющие, шарико-винтовую передачу, стальные обшивочные листы, втулочные муфты, а датчик силы установлен в конструкции толкателя.
Техническим результатом является повышение надежности, удобства использования и расширение функциональных возможностей прибора за счет использования датчика силы в конструкции толкателя, измеряющего динамическую нагрузку, приходящуюся непосредственно на образец. При использовании рельсовых направляющих, реализованных с помощью линейных подшипников, повышается жесткость и надежность, а также исключаются вибрации и перекосы подъемного стола. Шарико-винтовая передача (ШВП), обладает большим КПД (до 0,9), меньшим износом, большей точностью хода и повышенной долговечностью. Кроме того, есть возможность выбрать зазор и создать предварительный натяг, обеспечивающий высокую осевую жесткость.
Применение втулочных муфт вместо ременных передач, а также втулок и шпонок увеличенного диаметра, обладающих повышенной стойкостью к износу, позволяет увеличить надежность и долговечность прибора. Замена асинхронного двигателя на сервопривод, и установка шагового двигателя усиленной мощности позволяют с высокой точностью позиционировать как подъемный стол, так и рычаг. Кроме этого отдельный отсек для электроники и наличие рамного каркаса обеспечивает удобную и эргономичную работу с прибором.
Для измерения деформаций вместо дорогостоящих и хрупких датчиков линейных перемещений использован шаговый двигатель с энкодером, который имеет большую силу удержания и устойчивые положения ротора, что обеспечит неподвижность стола при воздействии на него толкателем. Наличие энкодера обеспечит точное позиционирование, а наличие обратной связи исключит вероятность проскакивания ротора. При шаге винта 5 мм и разрядности шагового двигателя 200 шагов на полный оборот, точность измерения составит 0,025 мм.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 дана кинематическая схема, фиг. 2 - вид спереди прибора-разрез, фиг. 3 - общий вид прибора, фиг. 4 - соединение серводвигателя к эксцентрику.
Устройство включает раму 1, которая образует каркас прибора, электропривод - серводвигатель 2, передающий вращательное движение посредством втулочной муфты 3 на эксцентрик 4, шатун 5, совмещенный с рычагом передачи нагрузки 6, совершает поступательные движения и приводит к сжатию набора тарельчатых пружин 7, создающих необходимую нагрузку с помощью фиксатора-натяжителя пружины 8, подвижно закрепленный толкатель 9, включающий датчик силы 10 фиксирующую серьгу 11, штамп 12, который воздействует на испытываемый образец 13, помещенный на подъемный стол 14, который имеет вертикальную подвижность по рельсовым направляющим 15, шарико-винтовую передачу (ШВП), состоящую из винта 16 и гайки 17, упорного подшипника 18, шагового двигателя 19, имеющего соединение с винтом 16 посредством втулочной муфты 20, блок управляющей электроники 21, температурной камеры 22, стальных обшивочных листов 23.
Прибор работает следующим образом: поджатием тарельчатых пружин 7 натяжителем-фиксатором 8 создается необходимая нагрузка для испытания материала. Вращением винта 16 шаговым двигателем 19 подъемный стол 14 с помещенным на нем образцом 13 через штамп с шарниром 12, приводят в соприкосновение с толкателем 13. С помощью блока управляющей электроники 21 соединенного с персональным компьютером и связывающего работу всех измерительных датчиков, электропривода-серводвигателя 2 и шагового двигателя 19, производится пуск испытания. Приводится в движение электропривод-серводвигатель 2, вращательный момент передается на эксцентрик 4. При вращении эксцентрик 4 сообщает поступательные движения шатуну 5, который перемещая свой конец рычага 6 вверх снимает нагрузку с образца 13, а при ходе шатуна 5 вниз нагрузка от пружины 7 через рычаг с соотношением 1/3 воздействует через толкатель 9 и датчик силы 10 на образец 13. Автоматически следящая система при каждом цикле приложения нагрузки считывает показания датчиков и силы 10, и в случае уменьшения установленной динамической нагрузки на образец 13, дает команду шаговому двигателю 19 в момент прекращения нагрузки на образец повернуть винт 16 на заданное количество шагов.
Для испытания материалов при различных температурных режимах применяется температурная камера, позволяющая поддерживать заданную температуру (до 70°C) и равномерный нагрев образца 13 в течении всего испытания. Часть камеры сделана из прозрачного пластика, для визуальной оценки состояния образца во время испытания. Способ нагрева образца: кондукционно-конвекционный, в воздушной среде с помощью инфракрасных керамических нагревателей.