МАШИНА ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ УНИВЕРСАЛЬНАЯ СЕРВОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ, СЖАТИЕ, ИЗГИБ И МАЛОЦИКЛОВУЮ УСТАЛОСТЬ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ-СЖАТИИ
SERVO-HYDRAULIC UNIVERSAL TESTING MACHINE FOR MECHANICAL TESTING OF SAMPLES OF MATERIALS IN TENSION, COMPRESSION, BENDING AND LOW CYCLE FATIGUE IN TENSION-COMPRESSION

Изобретение относится к средствам (испытательным машинам) и методам механических испытаний материалов на растяжение, сжатие, изгиб и малоцикловую усталость при растяжении - сжатии.
Известны универсальные машины типа МИРИ с двумя нагружающими устройствами - нагружающее устройство для испытания на растяжение с двумя плунжерными одностороннего действия цилиндрами, и нагружающее устройство для испытания на сжатие и изгиб с одним центральным плунжерным цилиндром. Машины МИРИ серийно выпускались ООО «НИКЦИМ Точмашприбор» совместно с ООО «ЗИМ Точмашприбор».
По своим функциональным возможностям и конструктивным решениям нагружающего устройства на растяжение машины МИРИ наиболее близки к заявляемой машине и могут быть приняты за прототип.
К недостаткам этих машин можно отнести:
1. Наличие двух нагружающих устройств, что требует больших площадей при установке машины в лаборатории, а для небольших лабораторий это существенно.
2. У нагружающего устройства на растяжение силовая рама разомкнута, т.е. подвижная часть рамы, состоящая из плунжеров-колонн, траверсы и верхнего захвата, свободно перемещается относительно неподвижной части рамы, состоящей из корпусов цилиндров, основания и нижнего захвата, в результате при разрыве образца обе части рамы разлетаются в разные стороны и вся энергия разрушения образца через основание передается в виде динамического воздействия на пол.
Для восприятия этого воздействия требуется фундамент, к которому крепится нагружающее устройство с помощью фундаментных болтов. Это требует от лабораторий специальных мест под фундамент и больших затрат для его строительства.
3. Верхний захват, скрепленный с датчиком силы, представляющий собой стержень с наклеенными тензорезисторами, свободно подвешен к траверсе на шарнире и при разрушении образца в результате динамического воздействия «подпрыгивает», что уменьшает надежность датчика силы.
Практика эксплуатации машин МИРИ показала, что у нагружающего устройства на растяжение часто по этой причине происходит обрыв цепи питания тензорезисторов датчика силы.
4. На обоих нагружающих устройствах подвижные части возвращаются в исходное положение под собственным весом.
Это вызывает неудобства, так как скорость опускания зависит от зазоров в плунжерных парах, вязкости и температуры масла и др.
Этих недостатков лишена заявляемая машина.
На прилагаемой схеме изображена заявляемая машина, которая включает следующие основные узлы и детали:
1. Нагружающее устройство А1, содержащее:
- два гидроцилиндра, расположенных симметрично относительно оси нагружающего устройства, каждый из которых состоит из корпуса 1 и поршня со штоком 2, образующих рабочие гидравлические уплотненные полости «С» и «D»; штоки 2 цилиндров жестко скреплены с траверсой 3 двумя гайками 4 каждый, а корпуса 1 - с основанием 5 с помощью болтов 6;
- датчик силы 7, скрепленный с основанием 5 с помощью шпильки 8 и двух шарнирных узлов 9 и 10, работающий на растяжение - сжатие;
- два захвата для закрепления испытуемых образцов - верхний 11, скрепленный с траверсой 3 с помощью шпильки 12 и двух шарнирных узлов 13 и 14, и нижний 15, скрепленный с датчиком силы 7 с помощью шпильки 16;
- дроссель малого сечения 17, соединяющий полости «С» и «D» гидроцилиндров;
- датчик перемещения 18, корпус которого закреплен на основании 5, а тяга, связанная с кареткой - на траверсе 3;
- вибрационные опоры 19 для установки нагружающего устройства машины на полу.
2. Насосную установку А2, содержащую:
- насос высокого давления 20;
- манометр 21 для контроля давления в напорной магистрали;
- два распределителя 22 для управления захватами 11 и 15 (открытие - закрытие);
- клапан предохранительный 23 для защиты магистрали высокого давления от перегрузки;
- компенсатор давления 24, обеспечивающий постоянный перепад давления на рабочих кромках «А» и «В» сервоклапана;
- сервоклапан 25, управляющий процессом нагружения образца;
- бак 26 для помещения рабочей жидкости; на баке размещается вся гидроаппаратура, электродвигатель и силовая электроаппаратура.
3. Приспособление для испытания на сжатие A3, содержащее:
- нижнюю плиту 27, устанавливаемую на нижний захват и центрируемую штифтами 28;
- верхнюю плиту 29, крепящуюся к верхнему захвату винтами 30 и центрируемую штифтами 31.
4. Приспособление для испытания на изгиб А4, содержащее:
- изгибную траверсу 32, устанавливаемую на нижний захват и центрируемую штифтами 33;
- опору 34 с набором ножей 35, крепящуюся к верхнему захвату винтами 36 и центрируемую штифтами 37.
Заявляемая машина работает следующим образом.
Рабочая жидкость от насоса 20 по магистрали высокого давления «Р» подается на вход сервоклапану 25, который через каналы «А», «В» и «Т» управляет перемещением вверх-вниз подвижной рамы нагружающего устройства, состоящей из поршней со штоками 2, траверсы 3 и верхнего захвата 11.
При испытании на растяжение подвижная рама с помощью сервоклапана перемещается вверх, нагружая образец 38, закрепленный в захватах 11 и 15 с помощью распределителей 22, по заданной программе, при этом датчик силы 7 информирует о величине нагрузки на образце, а датчик перемещения 18 о положении верхнего захвата 11.
После завершения испытания и удаления половинок разрушенного образца, сервоклапан возвращает верхний захват в исходное положение.
При испытании на сжатие на захваты устанавливаются нижняя плита 27 и верхняя 29. Перед установкой плит из захватов необходимо вынуть обоймы для закрепления образцов, испытуемых на растяжение, а корпуса захватов «закрыть» с помощью распределителей 22. Испытуемый образец 39 устанавливается на нижнюю плиту 27 и подвижная рама, перемещаясь вниз с помощью сервоклапана 25, нагружает его по заданной программе через верхнюю плиту 29, при этом датчик силы 7 информирует о величине нагрузки сжатия на образце, а датчик перемещения 18 - о положении верхней плиты.
При испытании на изгиб на месте нижней плиты 27 устанавливается изгибная траверса 32, а на месте верхней плиты 29 - опора 34 со сменными ножами 35. Испытуемый образец 40 устанавливается на опорные ролики изгибной траверсы 32 и подвижная рама, перемещаясь вниз, с помощью ножа 35 изгибает образец до заданного угла или до появления первой трещины.
При испытании на малоцикловую усталость по ГОСТ 25.502 с переходом через ноль образец, закрепленный в захватах, нагружается с помощью сервоклапана на растяжение - сжатие по заданной программе с частотой циклического нагружения до 0,5 Гц в мягком режиме (при поддержании нагрузки) или в жестком режиме (при поддержании деформации), при этом система измерения машины записывает диаграмму цикла в координатах «нагрузка - деформация».
Перед началом испытания в захватах закрепляется эталонный цилиндрический образец, изготовленный с высокой точностью, и нагружается нагрузкой на растяжение до величины, превышающей предельную на 15-20%, при этом захваты с помощью шарниров 9 и 14 устанавливаются в положение, соосное с прилагаемой силой, и фиксируются в этом положении с помощью сферических гаек шарнирных узлов 10 и 12. Под этой же нагрузкой окончательно затягиваются нижние гайки 4 траверсы 3, гайки захватов 11 и 15 и гайки датчика силы 7, обеспечивая безлюфтовое нагружение при переходе через ноль.
После снятия нагрузки и удаления эталонного образца, захваты остаются зафиксированными в положении, соосном с осью приложения силы.
Эта соосность сохраняется в дальнейшем при испытании образцов.
Сущность изобретения заключается в следующем:
1. На нагружающем устройстве установлены цилиндры двустороннего действия (двуполостные).
Это дало следующий результат:
- обеспечило на одном нагружающем устройстве выполнение всех функций прототипа (машин с двумя нагружающими устройствами), что значительно уменьшило площадь, занимаемую машиной, упростило систему управления и уменьшило стоимость машины;
- при разрушении образца динамическая сила через верхние полости «D» гидроцилиндров замыкается на неподвижной части рамы и не передается на пол (в отличие от прототипа), т.е. нагружающее устройство не требует фундамента и может устанавливаться на вибрационных опорах прямо на полу;
- установка гидроцилиндров на верхнюю плоскость основания существенно уменьшает высоту нагружающего устройства (гидроцилиндры, в отличие от прототипа, не участвуют в формировании высоты), а это позволяет транспортировать нагружающее устройство в вертикальном положении, что упрощает конструкцию транспортной тары.
2. Сочленение верхнего захвата с траверсой с помощью шпильки с двумя шарнирными узлами и сочленение нижнего захвата, жестко скрепленного с датчиком силы, с основанием также с помощью шпильки с такими же шарнирными узлами, замыкаемыми на основании после приложения к эталонному образцу нагрузки, несколько превышающей предельную, обеспечивает сохранение захватами соосного приложения силы к образцу при последующих испытаниях и позволяет машине испытывать образцы на малоцикловую усталость при растяжении - сжатии с безлюфтовым переходом в районе нуля.
3. Для более качественного управления нагружением испытуемого образца, верхние и нижние полости гидроцилиндров соединены между собой дросселем малого сечения, что обеспечивает небольшой расход жидкости из рабочих полостей гидроцилиндров в сливные и работу сервоклапана на одной кромке без подключения сливной кромки, за счет чего улучшается качество управления.