СТЕНД ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

Предложенная полезная модель относится к области испытаний материалов для определения их физических свойств, а более конкретно, для исследования прочностных свойств изделий путем приложения к ним механических усилий и может быть использован в конструкциях для тестирования пожарных и страховочных веревок, тросов, цепей, лестниц и стремянок, монтажных и спасательных поясов, карабинов и т.п.
Уровень данной области техники характеризует установка марки ТЦ-41 для испытаний на прочность пожарных лестниц и страховочных спасательных поясов, описанная на сайте www.tcpb.ru.
По технической сущности и числу совпадающих признаков известная установка для механических испытаний выбрана в качестве наиболее близкого аналога предложенному стенду.
Известная установка для испытаний (стенд) содержит опорную раму, на которой установлены натяжной и поворотный ролики силового троса рычажной лебедки, закрепленной на ферме-стойке опорной рамы.
Тянущий крюк троса лебедки через захватное приспособление (строп) подсоединяется к испытуемому изделию, которое зацепами фиксируется на раме.
Посредством рычажной лебедки к испытуемому изделию прикладывается тарированное механическое усилие, в результате чего судят о его пригодности для практических работ по назначению.
Недостатком известного стенда является субъективность результатов испытаний из-за косвенной оценки пригодности изделий для эксплуатации под механической нагрузкой по перерасчету заданного тянущего усилия лебедки относительно фактически воспринимаемой нагрузки испытуемым изделием, что не гарантирует безопасной его работоспособности.
Большая ошибка расчетных данных, полученных на известном стенде, не позволяет аттестовать ответственные изделия, работающие под нагрузкой в экстремальных условиях эксплуатации, где требуется гарантированный запас их механической прочности.
Также не представляется технически возможным проведение в известном стенде объективных испытаний на механическую прочность стремянок, тем более раздвижных секционных, и оценка фактической работоспособности сложенных пополам монтажных, страховочных поясов, а также выявление практической пригодности протяженных изделий, потому что они механически нагружаются не целиком, а частями из-за ограниченной длины стенда.
Субъективность оценки прочности поясов состоит в том, что они эксплуатируются объемно на торсе человека, а испытываются в сложенном пополам виде.
Кроме того, периодически используемый объемный стенд является громоздким оборудованием, для хранения которого требуется специальное помещение, что создает дополнительные проблемы эксплуатации и производства.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение функциональной надежности и объективности результатов механических испытаний ответственных изделий широкой номенклатуры на складном компактном стенде улучшенной эргономики.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном стенде для механических испытаний, содержащем опорную раму с силовыми поперечинами, оснащенную направляющими роликами тягового троса и несущую стойку с рычажной лебедкой, грузовой крюк троса которой предназначен для зацепа посредством стропа с испытуемым изделием, по предложению авторов, стойка на опорной раме, перфорированной монтажными отверстиями под крепление функциональных элементов, закреплена с возможностью разъема, по краям опорной рамы, выполненной из двух застопоренных частей, соединенных шарнирно, размещены вертикальные штанги, свободные концы которых кинематически замкнуты распорной планкой, выполненной складной, при этом с обеих сторон каждой штанги смонтирован ряд распределенных роликов, ориентированных вдоль продольной оси опорной рамы, а один ролик, как минимум, установлен тангенциально на торце штанги, трос рычажной лебедки, смонтированной на подвижной относительно стойки каретке, связан со штоком динамометра, закрепленного на стойке, причем стенд укомплектован навесной траверсой и модельным диском, а ролики, как минимум, на одной из сторон вертикальных штанг выполнены спаренными.
Отличительные признаки обеспечили стенду универсальность по использованию для испытаний широкой номенклатуры разнообразных по форме и назначению механически нагружаемых при эксплуатации изделий, при этом расширились технологические возможности и функциональная надежность стенда, новизна качества которого заключается в активном контроле заданного усилия механической нагрузки, прикладываемой в соответствии с практикой эксплуатации испытуемых изделий.
Особенностью предложенной конструкции стенда является его трансформируемость в компактную упаковку для хранения в минимальном объеме. Стенд легко вручную разбирается и складывается, трансформируясь в упаковку из примыкающих структурных частей, которые просто и динамично разворачиваются в несущее испытательное оборудование при механическом фиксировании примкнутых элементов в заданном рабочем положении.
Выполнение опорной рамы из двух шарнирно соединенных частей позволяет ее складывать для межоперационного хранения в компактно упакованном виде.
Связь обеих частей опорной рамы, состыкованных поворотом относительно шарнирного соединения в рабочее положение, посредством стопора обеспечивает конструкционную жесткость стенда, функционально пригодного для использования по назначению.
Закрепление по краям опорной рамы вертикальных штанг, на которых смонтированы по обеим сторонам ряды распределенных роликов, ориентированных вдоль продольной оси рамы, обеспечивает возможность многократного (сравнительно с аналогами) повышения длины тросов и канатов, испытываемых на растяжение целиком, что соответствует их фактическому нагружению при эксплуатации.
Размещение на торце вертикальной штанги тангенциально установленного ролика позволяет разместить на стенде протяженное изделие вдвое длиннее за счет его плавного переориентирования на ролики с противоположной стороны штанг.
При этом трос или канат не перекручивается и не перегибается, что обеспечивает достоверность данных по его пригодности и работоспособности.
Выполнение спаренного ряда роликов на штангах позволяет еще более увеличить протяженность испытуемого длинномерного изделия растяжением.
Установка между свободными концами вертикальных штанг распорной планки повышает жесткость конструкции, создавая при этом своеобразный пантограф, звенья которого одновременно воспринимают сжимающие и растягивающие нагрузки, чем компенсируются знакопеременные деформации. Это позволяет испытывать тросы, веревки, цепи и канаты длиной до 100 п.м., распределяя прилагаемое усилие натяжения от привода лебедки.
Связь троса лебедки со штоком динамометра, стационарно закрепленного на стойке, повышает качество поверочных работ за счет активного контроля фактически создаваемого усилия нагрузки, которое выдерживается в соответствии с нормативным.
Таким образом, осуществляется количественная оценка механической прочности испытуемых изделий непосредственно во время их проведения.
Навесная траверса размещается на перекладинах стремянки, установленной в поперечинах опорной рамы, и выполняет роль балки, нагружаемой тросом лебедки.
При локальном нагружении от троса лебедки страховочные и монтажные пояса размещаются на модельном диске в положении эксплуатации, что обеспечивает объективность оценки их служебной пригодности.
Установка стойки на опорной раме с возможностью разъема обеспечивает компактную укладку элементов стенда на хранение и при этом позволяет просто их сочленять в жестком единстве при сборке стенда в рабочее положение после хранения.
Особенностью предложенной конструкции, представляющей собой ажурную ферму с открытой рабочей зоной, является эргономичность стенда, динамометр которого размещен на уровне глаз оператора, а рычажная лебедка - на уровне локтевого сустава его руки.
Поперечины и ролики рамы открыты и доступны для обслуживания при подготовке и проведении испытаний.
Рациональность предложенной формы универсального стенда определена целостностью композиции, где на приземленной устойчивой раме смонтированы функциональные элементы в геометрически очерченной рабочей зоне вертикальными стойкой и роликовой штангой. При этом стойка с силовой рычажной лебедкой и выделенным динамометром являются доминирующими, а вертикальные роликовые штанги и поперечины рамы служат соподчиненными частями силовой композиции.
Эргономичность предложенного стенда заключается в том, что в его открытой рабочей зоне обеспечена доступность и досягаемость для оператора, удобство взаимодействия с силовыми и функциональными элементами его структуры.
Предложенный стенд рамной конструкции из стального профиля легкий и прочный, центр его масс расположен близко к опоре, что обеспечивает устойчивость в динамике работы.
Предложенная компоновка структурных элементов обеспечила объемное выделение функциональных узлов: опорной рамы с поперечинами, рычажной лебедки, динамометра, роликовых штанг, навесной траверсы и опорного диска.
Эксплуатационной особенностью конструкции стенда является то, что он выполнен складным для компактного хранения и переносным в технологическую зону целевых испытаний оборудования.
Стенд по настоящей полезной модели предназначен для оперативной аттестации вспомогательного страховочного и силового оборудования, специальной оснастки и изделий, нагружаемых в контакте с человеком при работе.
Возможность перемещения структурных элементов по фронту опорной рамы, монтируемых в нужных ее перфорациях, обеспечивает направление и вектор приложения нагрузок на всех видах испытаний, которые соответствуют эксплуатационным, что, совокупно с количественным контролем прилагаемых к изделиям усилий, гарантирует достоверность проверяемых показателей назначения.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в полезной модели техническая задача решается не суммой эффектов, новым сверхэффектом суммы признаков.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, которые имеют чисто иллюстративную цель и не ограничивают объема притязаний совокупности существенных признаков формулы. На чертеже изображено:
на фиг.1 - предложенная конструкция стенда, изометрия;
на фиг.2 - стенд общий вид;
на фиг.3 - вид по стрелке А на фиг.3, в разрезе;
на фиг.4 - схема испытаний лестницы;
на фиг.5 - схема испытания 3-х секционной раздвижной лестницы;
на фиг.6 - схема испытаний стремянки;
на фиг.7 - схема испытаний троса, пожарной веревки;
на фиг.8 - схема испытаний страховочного пояса.
Предложенный универсальный стенд с габаритами 3250×900×1800 мм для механических испытаний пожарных веревок, тросов, канатов, цепей, лестниц и стремянок, монтажных и страховочных поясов выполнен в форме ажурной фермы (фиг.1) из стального профиля и структурно включает опорную перфорированную раму 1, несущую поперечины 2, стойку 3 и вертикальные штанги 4 по концам, на которых с обеих сторон смонтированы ряды распределенных роликов 5, ориентированных вдоль продольной оси рамы 1.
На торце, как минимум, одной штанги 4 тангенциально установлен ориентирующий ролик 6.
На стойке 3 закреплен поворотный ролик 7, а на раме 1 - соосный ему натяжной ролик 8.
Опорная рама 1 выполнена складной: из двух продольно состыкованных частей, шарнирно соединенных посредством оси 9 и жестко связанных в сборе силовым болтом 10 (фиг.2, 7, 8).
Все вышеперечисленные функциональные элементы на раме 1 устанавливаются в ее фронтальных перфорациях (условно не показано), позиционируясь в соответствии с видом испытаний и габаритами исследуемых изделий, или снимаются с рамы 1 в случае ненадобности на проводимых работах.
Стойка 3 установлена на раме 1 с возможностью разъема при извлечении силовых болтов 11 ее крепления для складывания на хранение.
На стойке 3 с возможностью относительных продольных перемещений смонтирована каретка 12, несущая рычажную лебедку 13, трос 14 которой оснащен натяжным крюком 15, сцепляемым с испытуемым изделием посредством эластичного стропа 16 (фиг.4, 5, 7).
Лебедка 13 связана со штоком 17 динамометра 18, закрепленного на стойке 3 (фиг.1).
Поперечины 2 опорной рамы 1 изготовлены из швеллера П-образной формы и служат для фиксирования испытываемых лестниц и стремянок.
Стенд укомплектован распорной планкой 19, которая при испытаниях тросов, канатов и пр., размещаемых на роликах 5, устанавливается между свободными концами вертикальных штанг 4, кинематически замыкая их при силовом нагружении в работе с рамой 1, формируя пантограф, где гасятся знакопеременные деформации сжатия-растяжения.
Распорная планка 19 выполнена из двух частей складной аналогично вышеописанной конструкции рамы 1.
Также имеется комплект навесных приспособлений: траверса 20 для испытания стремянок (фиг.4), раздвижных секционных лестниц (фиг.7), модельный диск 21 для испытаний страховочных и монтажных поясов (фиг.8).
Функционирует стенд следующим образом.
Для аттестации работоспособности канатов, тросов, цепей и пожарных веревок на раме 1 стенда устанавливают роликовые штанги 4 (фиг.1, 2, 7, 8).
Испытуемое длинномерное изделие (фиг.7) соединяют с силовым крюком 15 троса 14 лебедки 13 и последовательно протягивают, огибая ролики 5 соответствующего уровня на обеих вертикальных штангах 4.
После заполнения рядов роликов 5 с одной стороны вертикальных штанг 4 трос, веревку и пр. посредством тангенциального ролика 6 переориентируют на противоположную сторону штанг 4, где последовательно огибают один или последовательно оба ряда роликов 5, а свободный конец фиксируют на стойке 3 или штанге 4.
После этого вращением рычажной рукоятки лебедки 13 создают продольное натяжение испытуемого изделия, контролируя прикладываемое усилие по шкале динамометра 18, устанавливая его на заданном уровне, по которому судят о запасе прочности на разрыв.
Следует заметить, что сам стенд предварительно тарируется по предельному усилию натяжения каната, веревки, при котором происходит разрушение сплошности и разрыв.
Для аттестации стремянок (фиг.6) их опорные торцы располагают в П-образном профиле поперечин 2, которые предварительно устанавливают в монтажных перфорациях опорной рамы 1 на ширине раствора испытуемой стремянки.
При этом натяжной ролик 8 размещают по оси симметрии устанавливаемой стремянки.
На перекладины стремянки устанавливают траверсу 20, к которой через эластичный строп подсоединяют крюк 15 тянущего троса 14 лебедки 13 для приложения заданного усилия нагрузки.
Для испытания лестниц (фиг.4 и 5) стенд размещают у капитальной стены для опоры верхнего конца лестницы, установленной в поперечине 2 рамы 1.
Трос 14 лебедки 13, огибающий ролик 8, сцепляют посредством стропа 16 с ее перекладиной и затем рычажной лебедкой 13 прикладывают заданную нагрузку, которую контролируют по динамометру 18.
Для испытания секционной раздвижной лестницы (фиг.5), которая устанавливается на стенде в разложенном положении, используют цепные тяги 22 траверсы 20, соединяемые стропами 16 с перекладинами соответствующих секций, посредством которых обеспечивается распределенная нагрузка, адекватная эксплуатационной.
Для испытания монтажных и страховочных поясов (фиг.8) используют модельный диск 21, служащий макетом торса человека, вокруг которого размещают пояс.
Тянущий крюк 15 троса 14 лебедки 13 сцепляют через строп 16 с кольцом диска 21 или лонжей страховочного пояса соответственно и прикладывают контрольное усилие растяжения, воспринимаемое поясом распределено.
Карабины для испытания укрепляются непосредственно на крюк 15 и через строп 16 - к вертикальной штанге 4.
Таким образом, предложенный стенд служит унифицированным средством для контрольных проверок разнообразных по форме и нагружению изделий.
После испытательных работ функциональные элементы стенда легко снимаются (при извлечении силовых болтов 10, 11 и др.), а рама 1 и траверса 20 складываются пополам для упаковки в тару для компактного хранения.
Опробования опытного образца стенда предложенной конструкции подтвердили возможность регулирования прилагаемой нагрузки в соответствии с реальной при эксплуатации, его универсальность и переналаживаемость для механических испытаний разнообразного оборудования, что расширяет технологические возможности и позволяет проводить аттестацию работоспособности и надежности в работе ответственного спецоборудования.
При этом достигается быстрая сборка-разборка стенда, который хранится в компактно сложенном виде функциональных элементов.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель явным образом не следует для специалиста по регламентной аттестации силового оборудования, показал что она неизвестна, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления стенда на действующем производстве, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.
Стенд по промышленному образцу следует рекомендовать для поставки на специализированные предприятия МЧС и в организации, применяющие монтажное и спасательное оборудование, для регулярных самопроверок.