Устройство для экспериментального определения критической силы стержня из древесины

Устройство для экспериментального определения критической силы стержня из древесины
Полезная модель относится к строительным конструкциям и может быть использована для исследования устойчивости и экспериментального определения критической силы сжатого стержня из древесины при различных условиях закрепления стержня(колонны, стойки и пояса ферм и другие несущие элементы).
Известен стенд для исследования устойчивости упругого стержня (патент РФ 2082147 опубл. 20.06.1997), содержащий основание для крепления упругого стержня, силовой агрегат, силовой агрегат выполнен в виде ползуна, размещенного с малым зазором между двумя параллельными планками, резервуара для сжатого воздуха, редуктора, сопла, манометра, штуцера и соединительных шлангов, в ползуне выполнена продолговатая полость и два резьбовых отверстия для закрепления сопла и упругого стержня, а на двух противоположных плоскостях ползуна каналы, на одной из планок выполнено резьбовое отверстие для закрепления манометра, а на другой отверстие для сообщения полости в ползуне и каналов с резервуаром сжатого воздуха посредством штуцера и шлангов.
Недостатком данного стенда является скоротечность действия сжатого воздуха, стенд требует многократных повторных заправок баллона со сжатым воздухом, что осложняет проведение опытов, особенно при длительном нагружении.
Известен стенд для исследования устойчивости упругого стержня, сжатого следящей силой  (патент РФ 2082147 опубл. 20.06.1997),  содержащий основание для крепления упругого стержня, силовой агрегат в виде ползуна, размещенного с малым зазором между двумя параллельными планками, резервуара для сжатого воздуха, редуктора, сопла, манометра, штуцера и соединительных шлангов, в ползуне выполнена продолговатая полость и два резьбовых отверстия для закрепления сопла и упругого стержня, а на двух противоположных плоскостях ползуна каналы, на одной из планок выполнено резьбовое отверстие для закрепления манометра, а на другой отверстие для сообщения полости в ползуне и каналов с резервуаром сжатого воздуха посредством штуцера и шлангов.
Недостатком данного стенда является тот факт, что стенд громоздок, маломощен, сложен по конструкции и технологии изготовления.
Известна установка для исследования стержней на устойчивость при сжатии с кручением(патент РФ 2140625 опубл. 27.10.1999), содержащая  станину, испытуемый стержнь, установленный в верхней и нижней опорах с резьбовыми крепежными элементами, балансирный нагружающий рычага, с одной стороны шарнирно связанный со станиной и снабженный балансирным грузом с возможностью перемещения вдоль его резьбовой части, к которому с другой стороны шарнирно прикреплен подвес с грузом, в нижней части рычаг имеет цилиндрический упор с геометрической осью, которая расположена на оси симметрии испытуемого стержня, а сам упор расположен в центрирующем гнезде верхней опоры, верхняя опора выполнена в виде горизонтального шкива с желобом, к которому симметрично с двух сторон прикреплены гибкие нити с грузами на концах, перекинутые через блоки, шарнирно связанные со станиной, а упор выполнен в виде вертикального стержня, расположенного в глухом центрирующем отверстии шкива, нижняя опора испытуемого стержня выполнена в виде клеммы, жестко прикрепляющей испытуемый стержень к станине.
Недостатком данной установки также является сложность конструкции и технологии изготовления стенда.
Наиболее близким является устройство для исследования устойчивости центрально сжатого стержня из анизотропного материала (патент РФ № 142336 опубл. 27.06.14 бюл.№18), содержащее рабочую шарнирно-стержневую систему, содержащую металлический элемент, шарнир, иглы сжимающего элемента, несущую раму шарнирно-стержневой системы, неподвижный и подвижный обоймы блока полиспаста, грузы, несущую рамы полиспаста, исследуемый стержневого элемента из анизотропного материала, тензорезисторы.
Недостатком данного устройства является невозможность исследования параметров устойчивости сжатого стержня из древесины при различных условиях закрепления стержня.
Технической задачей полезной модели является создание устройства для исследования устойчивости сжатого стержня из древесины с различными условиями закрепления, которое с высокой точностью позволяет экспериментально определить значение критической силы для сжатых стержневых элементов конструкций зданий и сооружений. Это в свою очередь позволяет инженеру выполнить проверку расчетных положений и, как следствие, эффективно использовать строительные материалы с уверенностью в достоверности опытных данных о несущей способности конструкций.
Задача решается тем, что устройство для экспериментального определения критической силы стержня из древесины, содержащее исследуемый стержень из древесины, к которому  прикреплены тензорезисторы, размещенный в рабочей шарнирно-стержневой системе за счет шарнира между сжимающими элементами в съемные удерживающие устройства, с одной стороны рабочая шарнирно-стержневая система крепится к несущей раме шарнирно-стержневой системы, с другой стороны к шарнирно-стержневой системе закрепляется канат, который запасовывается через подвижную обойму блока полиспаста и неподвижные обоймы блока полиспаста, которые закрепляются на несущей раме полиспаста, через неподвижную обойму блока полиспаста канат соединяется с элементом для крепления груза, на который устанавливается груз, к рабочей шарнирно-стержневой системе закрепляются съемные удерживающие устройства.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1, 2 показана структурная схема устройства, на фиг. 3 показаны удерживающие устройства и соответствующие расчетные схемы сжатого стержня, реализуемые при помощи устройства для экспериментального определения критической силы стержня из древесины.На исследуемый стержень из древесины 9 прикрепляются тензорезисторы 10, после чего исследуемый элемент размещается в рабочей шарнирно-стержневой системе 1 за счет шарнира 12 между сжимающими элементами 14 в съемные удерживающие устройства 13.С одной стороны рабочая шарнирно-стержневая система 1 крепится к несущей раме шарнирно-стержневой системы 3, с другой стороны к шарнирно-стержневой системе закрепляется канат 2, который запасовывается через подвижную обойму блока полиспаста 6 и неподвижные обоймы блока полиспаста 4 и 5, которые закрепляются на несущей раме полиспаста 3, через неподвижную обойму б блока полиспаста 5 канат соединяется с элементом для крепления груза 11, на который устанавливается груз 7.
Устройство работает следующим образом. На элемент для крепления груза 11 подвешивается груз 7. Груз 7 создает натяжение каната 2. Усилие натяжения у рабочей шарнирно-стержневой системы1 увеличивается в соответствие с кратностью полиспаста. В металлических элементах шарнирно-стержневой системы  возникают усилия растяжения, в этот момент в сжимающих элементах 14 возникают сжимающие усилия, которые нагружают исследуемый стержень из древесины 9. Масса груза увеличивается ступенями. В процессе эксперимента при помощи тензорезисторов 10 фиксируются деформации на поверхностях исследуемого элемента 9, прогиб фиксируется при помощи электронного прогибомера (на чертеже не показано), изменение длины стержня оценивается по перемещению, на которое опускается груз 7.
Устройство для экспериментального определения критической силы стержня из древесины позволяет проводить экспериментальные исследования прочности и устойчивости сжатых стержней из древесины с различными условиями закрепления при сравнительно низких экономических затратах.