УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ПРОЧНОСТЬ
INSTALLATION FOR MATERIAL STRENGTH TEST

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям образцов материалов, в том числе горных пород на прочность.
Известна установка для испытания материалов на прочность (патент РФ №1422089, кл. G01N 3/08, 1987), содержащая основание, установленные на нем активный и пассивный захваты для образца, рычаг, связанный с активным захватом, груз, установленный на другом конце рычага.
Недостаток установки состоит в том, что на ней неосуществимы испытания при затухающих колебаниях нагрузки.
Известна установка для испытания материалов на прочность (патент РФ №1516866, кл. G01N 3/34, 1988), содержащая основание, установленные на нем активный и пассивный захваты для образца, рычаг, связанный с активным захватом, ролик, установленный на конце одного плеча рычага, рейку, жестко связанную одним концом с роликом, груз, установленный на другом конце рейки.
Недостаток второго аналога состоит в том, что на них неосуществимы испытания при двухцикловых затухающих колебаниях нагрузки.
Более близкой по конструкции и достигаемому эффекту к предлагаемой является установка для испытания материалов на прочность (патент РФ №1796995, кл. G01N 3/34, 1993), принимаемая за прототип. Установка содержит основание, установленные на нем активный и пассивный захваты для образца, рычаг, связанный с активным захватом, ролик с фиксатором, кинематически связанный с одним плечом рычага, рейку, связанную одним концом с роликом, груз, установленный на втором конце рейки.
Недостаток прототипа состоит в том, что на нем неосуществимы испытания при двухцикловых затухающих колебаниях нагрузки. Затухающие колебания идут только в одноцикловом режиме, когда груз, выведенный из положения равновесия, совершает колебания относительно ролика с постепенным уменьшением амплитуды колебаний. Это существенно ограничивает возможности испытательной техники, поскольку на практике силовые элементы работают в двухцикловом затухающем режиме не менее часто, чем в одноцикловом. К тому же на установке, представленной в прототипе, нельзя проводить повторные цикловые нагружения при изменении только уровня нагрузки на образце, оставляя без изменения параметры цикловой пригрузки. Прототип способен реализовать испытания при чередовании сжатия и растяжения, но опять-таки только при одноцикловых затуханиях этих видов нагрузок и без возможности менять только уровни нагрузок при неизменных параметрах пригрузок. Все это ограничивает функциональные возможности вышеуказанных установок. Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей установки за счет обеспечения испытаний образцов как при одноцикловых, так и при двухцикловых затухающих колебаниях нагрузки с возможностью изменения общего уровня нагрузки с сохранением параметров колебательных пригрузок.
Технический результат достигается тем, что установка для испытания материалов на прочность, содержащая основание, установленные на нем активный и пассивный захваты для образца, рычаг, связанный с активным захватом, ролик с фиксатором, кинематически связанный с одним плечом рычага, рейку, жестко связанную одним концом с роликом, груз, установленный на втором конце рейки, согласно изобретению на рычаге закреплена дугообразная направляющая, на которой установлен ролик с возможностью перемещения вдоль нее, а фиксатор выполнен с обеспечением поворота рейки в плоскости направляющей.
Технический результат также достигается тем, что на направляющей установлен фиксатор ее положения вдоль плеча рычага.
Технический результат также достигается тем, что на втором плече рычага расположена вторая дугообразная направляющая, на которой установлен ролик с рейкой и грузом, установленными с возможностью перемещения вдоль второй направляющей, и фиксатором второго ролика, выполненным аналогично фиксатору первого ролика.
Технический результат также достигается тем, что на второй направляющей установлен фиксатор положения второй направляющей вдоль второго плеча рычага.
Технический результат также достигается тем, что дугообразные направляющие имеют неодинаковую кривизну.
Снабжение установки дугообразной направляющей и размещение на ней ролика с грузом приводит к тому, что при колебаниях груза на ролике создается один затухающий цикл, а перемещения груза вместе с роликом вдоль дугообразной направляющей создает второй затухающий цикл, что и приводит к достижению технического результата.
Снабжение установки фиксатором положения направляющей позволяет периодически перемещать направляющую вдоль рычага в новое положение, отчего меняется общий уровень нагрузки на образце, а параметры циклических пригрузок по прежнему задаются начальным положением ролика на направляющей.
Второй комплект направляющей с роликом, фиксатором и грузом, размещенный на втором плече рычага, позволяет при необходимости создавать нагрузки другого знака также с двухцикловым затуханием.
Фиксатор второй направляющей позволяет менять общий уровень нагрузки другого знака без изменения параметров затухающих циклов, что также расширяет возможности испытаний.
Если дугообразные направляющие имеют разную кривизну, то и параметры затухающих циклов сжатия и растяжения будут разными, что дополнительно расширяет возможности установки.
Включив фиксаторы обоих роликов в любом положении, осуществляют переход от двухцикловых затухающих колебаний нагрузок растяжения и сжатия к одноцикловым, как на установке, представленной в прототипе, что доказывает достижение поставленной цели - расширение функциональных возможностей установки.
Изобретение поясняется чертежом.
Установка для испытания материалов на прочность содержит основание 1, установленные на нем активный 2 и пассивный 3 захваты для образца 4, рычаг с плечами 5, 6, связанный с активным захватом 2, ролик 7 с фиксатором 8, кинематически связанный с одним плечом рычага 5, рейку 9, связанную одним концом с роликом 7, груз 10, установленный на втором конце рейки 9.
Установка снабжена дугообразной направляющей 11, закрепленной на рычаге 5, ролик 6 установлен на направляющей 11 с возможностью перемещения вдоль нее, а фиксатор 7 выполнен с обеспечением поворота рейки 9 в плоскости направляющей 11.
Установка снабжена фиксатором 12 положения направляющей 11 вдоль плеча 5 рычага.
Установка снабжена второй дугообразной направляющей 13, установленной на втором плече 6 рычага, вторым роликом 14, второй рейкой 15 и вторым грузом 16, установленными с возможностью перемещения вдоль второй направляющей 13, и фиксатором 17 второго ролика 14, выполненным аналогично фиксатору 8 первого ролика 7.
Установка снабжена фиксатором 18 положения второй направляющей 13 вдоль второго плеча 6 рычага.
Дугообразные направляющие 11, 13 имеют неодинаковую кривизну.
Дугообразные направляющие 11, 13 могут быть выполнены, например, в виде секторов зубчатых колес, зубья которых расположены на внутренней окружности, и тогда ролики 6, 14 могут быть выполнены в виде зубчатых колес, на оси которых подвешены соответствующие рейки 9, 15. Фиксаторы 7, 17 при исполнении роликов в виде зубчатых колес должны предотвращать только поворот колес, и тогда любое исходное положение соответствующей рейки на направляющей обеспечивается только фиксацией поворота колес-роликов.
Установка работает следующим образом.
Для создания двухцикловых затухающих колебаний сжимающей нагрузки на образце 4 рейку 9 с роликом 7 и грузом 10 устанавливают в нижнее положение на направляющей 11, как это показано на чертеже для груза 16. При этом образец 4 испытывает начальную постоянную сжимающую нагрузку, величина которой определяется весом груза 10 и положением его центра тяжести на оси рычага 5. В нужный момент перемещают ролик 7 с рейкой 9 и грузом 10 в положение, показанное для этих элементов на чертеже и фиксируют это положение фиксатором 8. Выключают фиксатор 8, после чего ролик 7 перемещается по направляющей 11 возвратно-поступательно с затухающей амплитудой, вовлекая за собой груз 10. Эти перемещения груза создают первый затухающий цикл изменения нагрузки. Одновременно за счет возможности поворотов рейки 9 в плоскости направляющей 11 и благодаря инерционности движения груза относительно движения ролика 7 возникают повороты рейки 9 с грузом 10 относительно вертикальной оси, что создает второй цикл затухающих пригрузок на образце 4. После затухания обоих циклов ролик размещается в нижнем положении на направляющей 10, и на образце восстанавливается начальная длительная сжимающая нагрузка. Повторные двухцикловые затухающие пригрузки можно проводить при других параметрах циклов, для чего меняют начальные положения ролика 6 на направляющей 11. Для создания одноцикловых затухающих пригрузок в любом фиксированном положении ролика 6 выводят рейку 9 с грузом 10 из вертикального положения и обеспечивают возвратно-качательные движения рейки 9 с затухающей амплитудой. Для повторения тех же нагружений, но при новом уровне начальной длительной нагрузки при освобожденном фиксаторе 12 переставляют направляющую 11 в новое положение по длине плеча 5 рычага и фиксируют фиксатором 12. Для проведения таких же испытаний, но при действии растягивающих нагрузок, используют направляющую 13 с роликом 14, фиксатором 17, рейкой 15, грузом 16 и фиксатором 18. Если кривизна направляющих 11 и 13 разная, то параметры циклов растяжения и сжатия также будут разными, а именно, чем меньше кривизна направляющей, тем ниже частота колебаний затухающих пригрузок.
Изобретение позволяет существенно расширить функциональные возможности установок своего класса за счет возможности испытаний не только при одноцикловых, но и при двухцикловых затухающих колебаниях сжимающих и растягивающих нагрузок на фоне длительно действующих нагрузок. Это позволит экспериментально исследовать поведение элементов, в том числе деталей горных машин, механизмов, элементов горного массива в сложных силовых условиях работы.