МАШИНА ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ СЕРВОМЕХАНИЧЕСКАЯ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ, СЖАТИЕ И ИЗГИБ
TESTING SERVO-MECHANICAL MACHINE FOR MECHANICAL TESTS OF MATERIAL SAMPLES FOR TENSION, COMPRESSION AND BENDING

Изобретение относится к средствам (испытательные машины) и методам механических испытаний материалов на растяжение, сжатие и изгиб.
Известны двухзонные испытательные машины с сервомеханическим приводом подвижной траверсы, выпускаемые как в нашей стране (фирма «Точприбор» г. Иваново), так и за рубежом («Zwick/Roell», «Instron», «Walter + Bai AG» и др.). У таких машин подвижная траверса перемещается по двум (или четырем) направляющим колоннам с помощью ходовых винтов, приводимых во вращение серводвигателем через различного рода передачи (червячные, клиноременные, конические и др.).
Одним из прототипов заявляемой машины можно принять машину электромеханическую для испытания образцов материалов на растяжение, сжатие и изгиб типа ИР-5145-500 производства фирмы «Точприбор» г. Иваново. У этой машины подвижная траверса перемещается по четырем направляющим колоннам и приводится в движение двумя ходовыми винтами. Зона растяжения расположена между подвижной траверсой и основанием. Захваты связаны с подвижной траверсой и основанием. Зона сжатия расположена между подвижной и неподвижной траверсами.
К недостаткам этой машины, а также машин зарубежных фирм, приведенных выше, можно отнести:
1. Захваты не имеют шарнирных узлов, что может инициировать большую величину несоосности приложения нагрузки к образцу и соответственно большую величину сопутствующего изгиба. Кроме того, один из захватов жестко связан с датчиком силы, закрепленным на подвижной траверсе, и при разрушении образца динамическое воздействие массы захвата передается на датчик силы, что сокращает ресурс его работы.
2. Направляющие колонны и ходовые винты сочленены с основанием и неподвижной траверсой, и подвижная траверса перемещается по четырем колоннам и двум ходовым винтам. Для того, чтобы траверса при таком количестве сопряжений перемещалась свободно, необходимо или обеспечивать большой зазор в местах сопряжений, что может вызвать отклонение от соосности в разных положениях траверсы, или все сопрягаемые детали выполнять с высокой точностью, что усложняет и удорожает конструкцию нагружающего устройства.
Этих недостатков лишена заявляемая машина.
На прилагаемой схеме изображена заявляемая машина, которая включает следующие детали и узлы:
1. Нагружающее устройство А1, содержащее:
- два червячно-винтовых редуктора 1, закрепленных к нижней плоскости основания 2 симметрично относительно оси нагружающего устройства, связанных между собой муфтой 3, винты 4 которых приводятся во вращение серводвигателем 5 через червячные передачи 6;
- подвижную траверсу 7 с закрепленными в ней гайками 8, сопряженными с ходовыми винтами 4;
- неподвижную траверсу 9, жестко связанную с основанием 2 двумя гладкими колоннами 10 с помощью гаек 11;
- шариковые втулки 12, зафиксированные в подвижной траверсе 7 с помощью фланцев 13;
- датчик силы 14, закрепленный к нижней плоскости подвижной траверсы 7 с помощью винтов 15;
- захваты для закрепления испытуемых образцов: верхний 16, сочлененный с неподвижной траверсой 9 с помощью шпильки 17 и двух шарнирных узлов 18, и нижний 19, сочлененный с датчиком силы с помощью шпильки 20, связанной с захватом, корпусом 21 с расположенным в нем шарнирным узлом 22 и шпильки 23, связанной с датчиком силы 14 (в исходном положении нижний захват опирается на демпфирующую прокладку 31, установленную в расточке подвижной траверсы 7, а шарнирный узел 22 - разомкнут);
- верхнюю опору 24 для испытания на сжатие, закрепленную с помощью резьбы на датчике силы (при установке приспособления для испытания на изгиб к датчику силы крепится опора 25 со сменными ножами 26;
- нижнюю опору 27 для испытания на сжатие, установленную на основании 2 и сочлененную с ним с помощью штифта (при испытании на изгиб на основание устанавливается изгибная траверса 28);
- датчик перемещения 29, корпус которого закреплен на подвижной траверсе 7, а тяга 30, связанная с кареткой датчика, - на неподвижной траверсе 9;
- виброопоры 32 для установки нагружающего устройства на полу;
2. Насосную установку А2, содержащую:
- насос низкого давления 33;
- насос высокого давления 34;
- клапаны предохранительные низкого 35 и высокого 36 давления;
- манометры 37 и 38, установленные в магистралях низкого и высокого давления;
- обратный клапан 39;
- два распределителя 40 для управления захватами (открытие-закрытие).
Заявляемая машина работает следующим образом.
Серводвигатель 5, скорость вращения которого регулируется с помощью системы управления, через червячные передачи 6 вращает шариковые ходовые винты 4, которые, взаимодействуя с гайками 8, закрепленными в корпусе траверсы 7, перемещают ее вверх - вниз, при этом траверса направляется по гладким колоннам 10 с помощью шариковых втулок 12.
При испытании на растяжение образца 41, закрепленного в захватах 16 и 19 с помощью распределителей 39, серводвигатель 5 перемещает траверсу 7 вниз в соответствии с программой, заложенной в систему управления. В процессе испытания датчик силы 14 информирует о величине нагрузки на образце, а датчик перемещения 29 - о положении подвижной траверсы 7. Нагружение образца может осуществляться как с обратной связью по силе (мягкий режим), так и с обратной связью по перемещению (жесткий режим).
После завершения испытания и удаления половинок разрушенного образца из захватов серводвигатель возвращает траверсу в исходное положение.
При испытании на сжатие в зоне сжатия устанавливаются опоры: нижняя 27 центрируется на основании 2 с помощью штифта, и верхняя 21, закрепленная к датчику силы 14 с помощью резьбы. Испытуемый образец 42 устанавливается на нижнюю опору и подвижная траверса, перемещаясь вниз с помощью серводвигателя 5, нагружает его через верхнюю опору 24 по заданной программе. В процессе испытания датчик силы 14 информирует о нагрузке на образце, а датчик перемещения 29 - о положении подвижной траверсы.
При испытании на изгиб на месте нижней опоры устанавливается изгибная траверса 28, а на месте верхней опоры - опора 25 со сменными ножами 26.
Испытуемый образец 43 устанавливается на опорные ролики изгибной траверсы 28 и подвижная траверса 7, перемещаясь вниз, с помощью ножа 26 изгибает образец до заданного угла или до появления первой трещины.
Сущность изобретения заключается в следующем:
1. При испытании на растяжение нижний захват, сочлененный с подвижной траверсой через датчик силы шарнирным узлом, устанавливается в положение, соосное с осью приложения силы к образцу, и при разрушении образца шарнир, связывающий датчик силы с нижним захватом, размыкается, освобождая датчик силы от динамического воздействия массы нижнего захвата, которое через демпфирующую прокладку воспринимает корпус подвижной траверсы.
Эта часть изобретения наиболее эффективна - обеспечивается соосное приложение силы к образцу при минимальном сопутствующем изгибе и повышается надежность датчика силы.
2. Ходовые винты, закрепленные в червячных колесах редукторов, сочленяются с гайками подвижной траверсы, при этом концы винтов остаются свободными. Такая конструкция обеспечивает свободное перемещение подвижной траверсы по направляющим колоннам с минимальным зазором в шариковых втулках. Ходовые винты, не связанные с неподвижной траверсой (в аналогах они связаны), за счет малой поперечной жесткости практически не оказывают никакого воздействия на перемещение подвижной траверсы по направляющим колоннам.