ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ УНИВЕРСАЛЬНАЯ ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА

Полезная модель относится к испытательной технике, более конкретно, к исследованию прочностных свойств твердых материалов путем приложения растягивающих и сжимающих статических нагрузок.
Известны гидравлические универсальные испытательные машины для статических испытаний образцов материалов на растяжение и сжатие /1, 2/, имеющие отдельные рабочие зоны для испытаний на растяжение и сжатие, так называемые двухзонные испытательные машины, представляющие собой, по сути дела, две машины (растяжения и сжатия), работающие от одного силового гидроцилиндра. Они имеют сложную конструкцию, определяемую необходимостью использования реверсора с собственной траверсой и колоннами.
Известны также однозонные сервогидравлические универсальные испытательные машины для статических испытаний образцов материалов на растяжение и сжатие /3, 4/, в которых испытания на растяжение и сжатие обеспечиваются за счет использования сервоклапана (называемого также «электродроссельным усилителем» и «электрогидравлическим усилителем») /5/, управляющего силовым гидроцилиндром. К недостаткам универсальных испытательных машин с сервогидравлическим приводом для статических испытаний следует отнести их чрезмерную сложность, определяемую следующими факторами:
3
Во-первых, использование для управления силовым гидроцилиндром сервоклапана, сложного по конструкции и технологии изготовления устройства, требует высокой степени очистки рабочей жидкости (индустриальное масло, питающее через сервоклапан силовой гидроцилиндр испытательной машины, должно иметь класс чистоты не ниже 11-го, при котором допускается не более 50 частиц размером от 100 до 200 мкм в объеме рабочей жидкости, равном 100 см).
Во-вторых, испытательные машины с сервогидравлическим приводом требуют обязательного охлаждения рабочей жидкости в связи с ее разогревом в результате дросселирования на кромках золотника выходного каскада сервоклапана. Для охлаждения рабочей жидкости используются, как правило, водяные охладители (радиаторы), через которые пропускается охлажденная, например, с помощью градирни техническая вода.
В-третьих, использование сервоклапана требует наличия кроме высокого рабочего давления (20 МПа и более), управляющего перемещением плунжера силового гидроцилиндра испытательной машины, также ниличия низкого давления (6,3 МПа), управляющего входным каскадом сервоклапана, так называемой «сопло-заслонкой». Это означает, что в насосной установке кроме насоса высокого давления 20 МПа должен быть насос, обеспечивающий давление управления 6,3 МПа и, соответственно, двигатель, вращающий вал насоса.
Таким образом, использование сервоклапана значительно усложняет испытательную машину.
Наиболее близким аналогом предлагаемой универсальной испытательной машины является гидравлическая машина для механических испытаний материалов /6/, в которой создание нагрузки растяжения или сжатия обеспечивается за счет изменения давления рабочей жидкости, поступающей в рабочую полость силового гидроцилиндра от насоса высокого рабочего давления, управляемого асинхронным двигателем, который в свою очередь управляется частотным регулятором /7, 8, 9/, охваченным отрицательной обратной связью по нагрузке. Основным недостатком аналога является отсутствие универсальности, т.е. такая машина может обеспечить проведение испытания образцов материалов только на растяжение или только на сжатие.
Целью предполагаемой полезной модели является упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей испытательной машины.
Указанная цель достигается за счет того, что в состав нагружающего устройства дополнительно введен электромагнитный гидрораспределитель, подключающий при испытаниях на растяжение и сжатие гидромагистраль нагнетания высокого рабочего давления соответственно к верхней и нижней полостям силового гидроцилиндра, и обеспечивающий слив рабочей жидкости из рабочей полости силового гидроцилиндра при разрушении испытываемого образца.
Структурная схема предлагаемой испытательной машины приведена на рисунке.
При испытаниях на растяжение канал подвода электромагнитного гидрораспределителя 1 (например, типа В10 Ульяновского завода гидроаппаратуры) соединяет верхнюю полость А силового гидроцилиндра 2 с гидромагистралью нагнетания высокого рабочего давления, при этом нижняя полость В силового гидроцилиндра 2 соединяется с каналом слива гидрораспределителя 1, подключенного гидромагистралью к баку насосной установки НУ. После включения генератора 3 линейно-изменяющегося напряжения частотный регулятор 4, охваченный отрицательной обратной связью через датчик 5 силы и усилитель 6, в соответствии с законом изменения выходного сигнала генератора 3 изменяет параметры трехфазного напряжения, которым управляется асинхронный двигатель 7, вращающий вал насоса 8 высокого рабочего давления. При увеличении выходного напряжения генератора 3 пропорционально возрастает давление в рабочей полости А силового гидроцилиндра 2 и соответственно увеличивается нагрузка на испытываемом образце 9. Измеряемая нагрузка отображается электрическим измерителем 10 нагрузки. При достижении предельного значения нагрузки и разрыве образца 9 оператор (испытатель) нажатием соответствующей кнопки (при этом подается напряжение на катушку электромагнита гидрораспределителя 1) переключает гидрораспределитель 1 на слив, этой же кнопкой обнуляется генератор 3. При этом рабочая полость А силового гидроцилиндра 2 подключается к гидромагистрали слива и рабочая жидкость из силового гидроцилиндра 2 сливается в бак насосной установки НУ, а плунжер силового гидроцилиндра 2 под собственным весом опускается в свое исходное положение. После извлечения из захватов испытательной машины половинок разрушенного образца 9 машина готова к испытанию следующего образца.
При испытаниях на сжатие оператор включением питания катушки электромагнита гидрораспределителя 1 подключает нижнюю полость В силового гидроцилиндра 2 к гидромагистрали нагнетания высокого рабочего давления, включает генератор 3, давление в нижней полости В силового гидроцилиндра 2 начинает увеличиваться, плунжер силового гидроцилиндра 2 перемещается вверх, создавая на образце 9 нагрузку сжатия, которая отображается на измерителе 10. После разрушения образца 9 оператор, как в случае испытаний на растяжение, переключает гидрораспределитель 1 на слив и обнуляет генератор 3. Рабочая жидкость из рабочей полости В силового гидроцилиндра 2 сливается в бак насосной установки НУ, а плунжер силового гидроцилиндра 2 опускается в исходное положение. Машина готова к испытанию следующего образца.
Предлагаемая гидравлическая универсальная испытательная машина не имеет недостатков рассмотренных аналогов, т.к. по сравнению с двухзонной универсальной испытательной машиной она обеспечивает испытания на растяжение и сжатие в одной зоне испытаний (не нужен реверсор, дополнительные траверса и колонны) без конструктивно и технологически сложного дорогостоящего сервоклапана, а по сравнению с испытательной машиной /6/ обладает универсальностью, т.е. обеспечивает испытания как на растяжение, так и на сжатие. Использованные источники:
1. Испытательная техника. Справочник под ред. Клюева В.В., книга 1. М.: «Машиностроение», 1982. С.30-33, 57-59, 89-90.
2. Универсальные испытательные машины УММ. Испытательные машины и стенды. Сводный каталог. М.: ОНТИПРИБОР, 1967. С.78-79.
3. Универсальные сервогидравлические машины Instron. Материалы Международной выставки AEROSPACE TESTING RUSSIA 2006, М. Сайт фирмы Instron: www.mstron.com.
4. Статические сервогидравлические испытательные машины серий: LF, LFSV, LF-TTM, LF-UTM. Материалы Международной выставки AEROSPACE TESTING RUSSIA 2006, М. Сайт фирмы MELYTEC: www.melytec.ru.
5. Тябликов Ю.Е. Гидравлические испытательные машины. М.: «Машиностроение», 1982. С.61-64.
6. Пат. №48066. Машина для механических испытаний материалов. Бюллетень «Изобретения, полезные модели», №25. 10.09.2005.
7. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления приводов. М.: ACADEMA, 2005. С.159-204.
8. Браславский И.Я., Ишматов З.Ш., Поляков В.Н. Энергосберегающий асинхронный электропривод. М.: ACADEMA, 2004. - 256 с.
9. Бармин А., Ташлинский А. / Современные технологии автоматизации. 2000. №4, С.6-19.