Разработка и исследование способов определения деформации различных образцов металлоконструкций цифровым нивелиром

УДК 006 А.Н. Теплых СГГА, Новосибирск

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ РАЗЛИЧНЫХ ОБРАЗЦОВ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ЦИФРОВЫМ НИВЕЛИРОМ

A.N. Teplykh

Siberian State Academy of Geodesy, Novosibirsk

DEVELOPMENT AND RESEARCH OF WAYS OF DEFINITION OF DEFORMATION OF VARIOUS SAMPLES OF METALLIC STRUCTURES BY THE DIGITAL LEVEL

Modern lines of development of a science and technics at measurement of force are directed on automation of all processes of manufacture, including at carrying out of tests of various samples of metallic structures. Increase of requirements to accuracy of measurements conduct to the further improvement, development, and, as a rule, to complication of a design of test machines. Therefore development of ways of carrying out of tests of various samples of metallic structures with use of digital systems of registration of results of measurements is an actual task.

В настоящее время для статических испытаний стандартных образцов металлов и образцов сварных соединений применяются разрывные машины типа МР-500. В работах [1, 2] была рассмотрена функциональная и технологическая схема работы разрывной машины МР-500. Отмечается, что данные устройства используют визуальные способы регистрации показаний, поэтому не исключают субъективной погрешности измерений, связанной с индивидуальными особенностями и психофизическим состоянием оператора. Поэтому нами была поставлена задачи по внедрению в производство способов испытаний различных образцов металлоконструкций, которые позволят получать дистанционно достоверные результаты измерений, застрахованные от субъективной ошибки, а также возможного их умышленного изменения. Данные способы выполняются в лабораторных и производственных условиях с применением высокоточного цифрового нивелира типа Trimble DiNi 0.3, который позволяет измерять перемещения чувствительного элемента с погрешностью измерений линейных величин ±0,01 мм. Измерения производятся в автоматическом режиме, а также и все операции связанные с обработкой их результатов и с возможностью сохранения данных на карте памяти USB. Это исключает возможность возникновения субъективной погрешности в результатах измерений.

Под деформацией будем понимать растяжение (сжатие), прогибы и изломы различных строительных конструкций.

При реализации способов определения деформации различных образцов металлоконструкций цифровым нивелиром необходимо соблюдать нормальные условия измерений:

- Отсутствие в помещении оборудования создающего вибрацию;

- Нивелир устанавливается на жестком основании, на расстоянии не менее наименьшего визирования расстояния от разрывной машины;

- Устанавливается необходимая освещенность рейки;

- Диапазон температуры окружающего воздуха - (20 ± 5) °С;

- Величина относительной влажности воздуха не более 80 %.

Если нивелир находился в условиях, где режим температуры отличался от указанной выше, то перед реализацией данного способа его необходимо выдерживать в помещении при температуре окружающего воздуха (20 ± 5) °С не менее 2 часов.

Исследование образца арматурной стали на растяжения. При определении растяжения арматурной стали необходимо получение информации о значениях её растяжения в различных точках исследуемого диапазона разрывной машины. Поставленная задача может быть решена следующим образом. Принципиальная схема способа определения растяжения образца арматурной стали цифровым нивелиром представлена на рис. 1. В зажимах разрывной машины 1 закрепляется исследуемый образец арматурной стали 2 диаметром 16,02 мм. Диаметр исследуемого образца измеряется с помощью микрометра. Затем на жестком основании устанавливается высокоточный цифровой нивелир на расстоянии от разрывной машины не менее 2 м, для получения результатов измерений заданной точности. Была разработана методика высокоточного геометрического нивелирования цифровым нивелиром. Данная методика включала: выбор точности измерений, предела измерений, быстроты измерений и продолжительности цикла измерений. Точность измерений зависит от расстояния до предмета измерений, выбранной программы измерений и влияния внешних условий. В зависимости от условий измерений цифровым нивелиром могут применяться различные программы наблюдений.

Рис. 1. Принципиальная схема способа определения растяжения образца арматурной стали цифровым нивелиром

Программа А. Сущность данной программы состоит в том, что измерение перемещений производится путем однократного взятия отсчета. Под однократным взятием отсчета понимается взятие отсчета по рейке путем однократного визирования на рейку и однократного нажатия на кнопку пуск нивелира. При этом необходимо отметить, что нивелир представляет на цифровом табло отсчет, состоящий из ста независимых отсчетов. После взятия ста отсчетов происходит их осреднее с последующей выдачей его на табло. Отсчет, по рейке взятый при неизменном положении нивелира будет называться горизонтом нивелира. Последовательность взятия отсчетов по данной программе представлена в табл. 1.

Таблица 1. Программа наблюдений А

Последовательность наблюдений на станции

Прямой ход Обратный ход

Зкь Зкз .... Зкп Зкп.... Зкз, ЗК1

Поясним, что Зк - кодовая сторона задней рейки. Сначала необходимо произвести исходный отсчет по кодовой стороне рейки Зк 1. Затем через определенный временной интервал проводится повторное взятие отсчета по кодовой рейки Зк2. Таких операций проводится п раз в зависимости от условий применения (значений нагрузки силоизмерительной машины). Отметим, что при необходимости взятие отсчетов производится в обратной последовательности.

В тех случаях, когда по производственным условиям возникает необходимость измерения перемещений по двум точкам, необходимо применять программу Б. Сущность данной программы состоит в том, что с её помощью измерение перемещений можно производить в двух точках. Взятие отсчета и осреднее производится аналогично программе А.

После этого на подвижной траверсе гидравлической машины с помощью металлической скобы 3 закрепляется штрих-кодовая рейка 4. Перед началом пуска разрывной машины цифровой нивелир 5 приводится в рабочее положение. Далее включается нивелир и проверяется его работоспособность, для чего устанавливается необходимая освещенность рейки и производятся тестовые отчеты по ней. После этого машиной создается усилие натяжения. С целью исключения всех люфтов в механическом соединение начальное измерение принимается при силе натяжения в 5 кН. В принципе при использовании других силоизмерительных машин значение минимальной нагрузки может быть любым. Затем производится взятие исходного отчета по штрих-кодовой рейке цифровым нивелиром. По аналогии через 5 делений гидравлической машины нивелиром производится взятие следующего отчета. После этого взятие отчета по рейке цифровым нивелиром производится через

каждые 10 делений разрывной машины с записью результатов измерений в его памяти. При использовании других силоизмерительных машин диапазон измерений может быть любым. Эти действия продолжаются до максимальной нагрузки разрывной машины, интересующей точке исследуемого диапазона или момента разрыва исследуемого образца. По окончанию эксперимента результаты измерений сохраняются на карте памяти USB.

Величина деформации различных металлоконструкций рассчитывается по формуле (1):

Al = Nx-N2,

где N - показания нивелира при максимальной деформации различных образцов металлоконструкций, мм;

N - показания нивелира при минимальной деформации различных образцов металлоконструкций, мм.

В табл. 2 показаны результаты испытаний образца арматурной стали на растяжение.

Таблица 2. Данные приборов при испытании на растяжение

Показания разрывной Показания цифрового Величина растяжения образца

машины нивелира арматурной стали

Р,ьЛ Н, мм ^1, мм

5 665,46

10 668,86

20 673,21

30 675,27

40 677,31

50 680,86 16,49

60 680,87

70 680,89

80 680,93

90 681,95

100 679,85

За максимальное растяжение образца арматурной стали, принимаются показания разрывной машины на 90 делении, так как на 96 делении машины произошел разрыв исследуемого образца.

Из полученных результатов исследования образца арматурной стали на растяжение можно сделать следующий вывод:

- При нагружении разрывной машины в пределах показаний с пятого до девяностого деления величина растяжения исследуемого образца арматурной стали составляет 16,49 мм.

Аналогичным образом проведены испытания образца сварной металлоконструкции на изгиб. Принципиальные отличия от

вышерассмотренного исследования состоят в том, что в качестве исследуемого образца используется сварная металлоконструкция и разрывной машиной создается усилие сжатия. Принципиальная схема способа определения стрелы прогиба / образца сварной металлоконструкции нивелиром представлена на рис. 2.

Рис. 2. Принципиальная схема способа определения стрелы прогиба f образца

сварной металлоконструкции нивелиром

За максимальный прогиб образца сварной металлоконструкции принимаются показания разрывной машины на 70 делении, так как на 72 делении машины произошел излом испытуемого образца.

На основании полученных результатов исследования образца сварной металлоконструкции на изгиб можно сделать следующий вывод:

- При нагружении разрывной машины в пределах показаний с пятого до семидесятого деления величина стрелы прогиба f исследуемого образца сварной металлоконструкции составляет 21,58 мм.

Таким образом, данные способы определения метрологических характеристик стандартных образцов металлоконструкций позволяют получить достоверные результаты измерений, застрахованные от субъективной ошибки, а также возможного их умышленного изменения. Сущность предложенных способов состоит в том, что исходные метрологические данные, полученные нивелиром в автоматическом режиме без участия наблюдателя, хранятся на карте памяти USB в контролирующей организации. В случае возникновения аварийной ситуации, с целью установления причин аварии, карта памяти USB является подтверждающим документом достоверности проведения метрологических измерений. Кроме этого, на данной карте памяти USB могут храниться результаты следующих о свидетельствований.

4

Ж

f

На рис. 3 приведена стандартная форма таблицы для хранения результатов исследований в ПК (персональном компьютере).

Бог М5\А6г 1|ТО mp500.dat 1 1

Бог М5\А<к 2|К1>1 2 10:40:503 0.50617 т |БЮ 4.234 т

Бог М5\А<к 3|К1>1 3 10:41:423 0.50700 т |БЮ 4.234 т

Бог М5\А<к 4|К1>1 4 10:42:113 0.50843 т |НБ 4.234 т

Бог М5\А<к 5|К1>1 5 10:42:373 0.50908 т |НБ 4.234 т

Бог М5\А<к 6|К1>1 6 10:42:593 0.51093 т |НБ 4.234 т

Бог М5\А<к 7|К1>1 7 10:43:333 1* 0.51170т |НБ 4.234 т

Рис. 3. Стандартная форма таблицы для хранения результатов исследований в

ПК

Не вмешиваясь в работу цифрового нивелира, представим полный файл проведения исследований (рис. 4).

Показания разрывной машины Р, кН|РогМ5|Ас1г 1|ТО т p500.dat 1 1

5 |Бог М5|А<1г 2|1Ш 1 2 10:40:503 0. 50617 т |НБ 4.234 т

10 |Бог М5|Ас1г 3|1Ш1 3 10:41:423 0. 50700 т |Ш) 4.234 т

20 | Бог М5|А<1г 4|КБ1 4 10:42:113 0. 50843 т |НБ 4.234 т

30 | Бог М5|А<1г 5|КГ> 5 10:42:373 0. 50908 т |НБ 4.234 т

40 |РогМ5|Ас1г 6|КГ) 6 10:42:593 0. 51093 т |НБ 4.234 т

50 |РогМ5|Ас1г 7|КО 1 1 10:43:333 0. 51170т |НБ 4.234 т

Рис. 4. Полный файл проведения исследований

Таким образом, предложенные способы позволяют непосредственно на предприятии арестовывать стандартные образцы металлоконструкций.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Теплых, А.Н. Разработка и исследование методики поверки индикаторов веса [Текст] / А.Н. Теплых // Научный вестник НГТУ. - Новосибирск, 2008. - № 2. - С. 177— 189.

2. Теплых, А.Н. Анализ погрешности индикаторов веса на разрывной машине МР-500 [Текст] / А.Н. Теплых, СВ. Хатюшин // «ГЕО-Сибирь»: сб. науч. тр. III междунар. науч. конгр. - Новосибирск, 2007. - С. 164-167.

© А.Н. Теплых, 2009