УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ ДЕФОРМАЦИЙ ОБРАЗЦА И ВОЗНИКАЮЩИХ В НЕМ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ

Полезная модель относится к испытательной технике и предназначена для использования в устройствах определения механических свойств материалов при длительных нагрузках.
Известна установка ТР-3А, предназначенная для испытаний сталей и сплавов, узел нагружения которой состоит из подвесок, пружинного динамометра с индикатором и оборудован ячейкой для размещения испытываемого образца. Нагружение образцов осуществляется путем затяжки гаек верхних подвесок динамометров (Коррозия и защита оборудования сероводородсодержащих нефтегазовых месторождений./ Под ред. Кушнаренко В.М. - М.: Недра, 1998. - 437 с.: на с.228-233 [1]). Недостатком данной конструкции является то, что нагружение образцов осуществляется путем затяжки гаек верхних подвесок динамометров, которые не обеспечивают постоянной одинаковой нагрузки на образец в течение всего испытательного периода. Кроме того, трение между отдельными деталями устройства приводит к погрешностям в измерениях.
Известна также установка для испытаний материалов на растяжение, узел нагружения которой содержит активный и пассивный захваты, силовой винт, рычажный механизм с противовесом, состоящий из подвижных рычагов, эксцентрично соединенных между собой тягами на шарнирах скольжения (Сопротивление материалов./ Под ред. Феодосьева В.И. - М.: Наука, 1974. - 560 с.: на с.50[2]). Недостаток данного узда нагружения - применение шарниров скольжения, которые приводят к увеличению трения в них и соответственно к погрешности установки нагрузки, а отсутствие механизма компенсации погрешности изготовления и монтажа не позволяет равномерно нагружать все элементы рычажного механизма, что также сказывается на точности испытания материала.
Известно устройство для постоянного нагружения образцов при испытаниях на растяжение, содержащее активный и пассивный захваты, силовой винт, рычажный механизм, состоящий из рычагов с противовесом, эксцентрично соединенных между собой тягами, отличающаяся тем, что усилие на рычаги передается посредством призм, опирающихся на самоустанавливающиеся подушки, а горизонтальное положение рычагов контролируется указателями, установленными на тяги, соединяющие рычаги (RU 2239812 [3]).
Этому устройству, как и описанному ранее, присущи, хотя и в меньшей мере те же недостатки.
Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности и достигаемому результату является устройство для испытания образцов на растяжение, содержащее узел нагружения, состоящий из силоизмерителя, соединенного шарнирно с неподвижным захватом, подвижный захват, перемещающийся в горизонтальной плоскости с помощью ходового винта. При этом неподвижный захват подвешивается в магнитном поле двух взаимоотталкивающихся магнитов, один из которых закрепляется на неподвижном захвате, другой располагается снизу (RU 2099685 [4]).
Недостатком известного узла нагружения является то, что за счет изменения расстояния между магнитами, обеспечивающими подвес рычага силоизмерителя из-за изменения веса образца, не всегда удается точно подобрать силу отталкивания магнитов так, чтобы ориентировать направление вектора приложения силы строго вдоль оси силоизмерителя, что может привести к погрешностям в определении приложенной нагрузки к исследуемому образцу.
Заявляемый в качестве полезной модели узел нагружения направлен на повышение точности определения нагрузки на испытуемый образец.
Указанный результат достигается тем, что узел нагружения для устройств измерения механических напряжений и деформаций включает средство фиксации одного из концов образца, жестко закрепленное на одном конце направляющей плиты, снабженной вертикальным бортиком, параллельным ее продольной оси и установленной наклоненной в сторону бортика и с возможностью ее вертикального углового смещения относительно другого конца в направлении перпендикулярном этой оси, совпадающей с осью образца, при этом средство для фиксации второго конца образца выполнено в виде подвижной платформы, установленной на воздушных подушках, встроенных в направляющую плиту и вертикальный бортик.
Выполнение одного из средств фиксации одного из концов исследуемого образца в виде подвижной платформы, установленной на воздушных подушках, встроенных в направляющую плиту и вертикальный бортик позволяет полностью исключить взаимодействие средства фиксации с какими-либо опорами, а значит и сил трения, которые могут повлиять на измерение величины силы, приложенной к образцу.
Выполнение направляющей плиты, на которой закреплены неподвижное и подвижное средства фиксации образца, с возможностью ее вертикального углового смещения относительно другого конца в направлении перпендикулярном этой оси позволяет за счет изменения угла наклона варьировать величину силы, приложенной к исследуемому образцу. Действительно, если известен вес подвижной платформы, в которой зафиксирован один из концов образца, и известен угол наклона направляющей плиты, то величина, приложенной к образцу силы, легко определяется с высокой степенью точности, зависящей от точности весов, на которых взвешивается платформа, и измерителя угла наклона направляющей плиты.
Выполнение направляющей плиты с продольной осью, совпадающей с осью образца, позволяет точно ориентировать вектор приложенной к образцу силы и тем самым снизить погрешность измерения.
Выполнение направляющей плиты, наклонной в направлении к бортику, которым она снабжена, позволяет за счет наличия воздушной подушки, которой он снабжен, предотвратить смещение платформы относительно оси направляющей плиты и образца, которое возможно, если предлагаемый узел будет снабжен только одной воздушной подушкой, которой снабжена направляющая плита.
Сущность заявляемого устройства поясняется примером его реализации и чертежом, на котором схематично представлен вид узла сбоку и его поперечный разрез.
Узел нагружения для устройств измерения механических напряжений и деформаций содержит прямоугольную направляющую плиту 1, одна из боковых поверхностей которой снабжена вертикальным бортиком 2. На одном из концов направляющей плиты жестко закреплено средство 3 для фиксации одного из концов испытуемого образца 4. Средство для фиксации может быть выбрано любым из числа известных и описанных в уровне техники. Направляющая плита 1 выполнена с возможностью перемещения ее конца, на котором жестко закреплено средство фиксации 3, в вертикальном направлении. Для этого неподвижный конец направляющей плиты 1 соединяется шарнирно с основанием 5, а второй конец снабжается приводом его перемещения 6 (на чертеже условно обозначен стрелкой). Привод перемещения может быть выбран любым из числа известных (реечный механизм, микрометрический винт и т.д.). На плите 1 установлена подвижная платформа 7, на которой размещено средство 8 для фиксации второго конца образца 4. Подвижная платформа 7 вывешена на воздушных подушках 9 (на чертеже схематично показано стрелками направление воздушного потока). Для обеспечения создания воздушных подушек в направляющей плите 1 и ее бортике 2 выполнены соответствующие полости, соединенные с источником сжатого воздуха, и перфорация в тех областях, где предполагается размещение подвижной платформы. Направляющая плита 1 наклонена относительно горизонта в сторону бортика 2. Для обеспечения функционирования узла нагружения в составе устройств измерения напряжений и деформаций оно дополняется необходимыми средствами измерения, выбираемыми из числа известных, например, для того, чтобы определить величину силы нагружения необходимо знать вес подвижной платформы, угол наклона направляющей плиты.
Устройство работает следующим образом. Исследуемый образец 4 одним концом закрепляется в средстве фиксации 3, установленном на направляющей плите 1, находящейся в горизонтальном положении, а вторым концом - в фиксирующем устройстве 8, закрепленном на подвижной платформе 7, с предварительно измеренным ее весом. От источника сжатого воздуха в полости, выполненные в направляющей плите 1 и бортике 2, подается воздух через перфорации в поверхностях плиты и бортика, обращенных к подвижной платформе, с тем, чтобы обеспечить ее подвес. После этого с помощью привода 6 перемещения конца плиты 1 начинают подъем конца плиты, на котором неподвижно закреплено средство фиксации 3. В результате этого к образцу прикладывается сила, однозначно задаваемая величиной подъема и обеспечивающая его деформацию и возникновение механических напряжений, Величина этой силы будет возрастать по мере увеличения угла наклона плиты 1. Возникающие в образце механические деформации фиксируются с помощью известных технических средств, описание которых содержится в уровне техники (см., например, описание прототипа).