УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ АРМИРОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ НА СОВМЕСТНОЕ ИЛИ РАЗДЕЛЬНОЕ РАСТЯЖЕНИЕ И КРУЧЕНИЕ

Полезная модель относится к измерительной и испытательной технике, в частности к устройствам для испытания армированных изделий на совместное или раздельное кручение и растяжение. Предпочтительная область использования устройства, это испытание армированных полимерных или резинотехнических изделий, например, таких как эластичные гусеницы тракторов, комбайнов или других транспортных средств, а также аналогичных армированных изделий.
Общеизвестно, что для контроля и проверки свойств армированных полимерных и резинотехнических изделий необходимо проводить их испытания (см. патент США №6964462, заявитель Fukuyama Gomu Kogyo Kabushiki Gaishi (JP), опубл. 15.11.2005), например, таких изделий как эластичные гусеницы транспортных средств.
Известно устройство для испытания армированных полимерных изделий, которое содержит основание, установленные на нем две опоры, на одной из которых установлено неподвижное крепление образца, а на другой подвижное крепление образца, которое соединено с механизмами деформирования образца, причем каждый из механизмов деформирования образца кинематически связан с соответствующим приводом и контрольно-измерительным устройством, (см. патент США №US 5033308, заявитель HARVARD IND и KINGSTON WARREN CORP, опубл. 23.07.1991). Известное устройство представляет собой весьма сложную кинематическую конструкцию с ограниченными возможностями по измерению величин прочностных свойств полимерных изделий, а ее использование для проведения испытаний и проверки свойств полимерных изделий требует высоко квалифицированного персонала.
Известно устройство для испытания армированных изделий на совместное изгиб и кручение, содержащее основание, установленные на нем две опоры, на одной из которых установлено неподвижное крепление образца, а на другой подвижное крепление образца, которое соединено с механизмами изгиб и кручение образца, причем каждый из механизмов изгиб и кручение образца кинематически связан с соответствующим приводом и контрольно-измерительным устройством, (см. патент США №US 4860588, заявитель GENERAL MOTORS CORPORATION, опубл. 29.08.1989). Известное устройство не имеет возможности изменять угол скручивания в широких пределах, необходимых для получения данных о свойствах изделия при работе на скручивание, что ограничивает функциональные возможности устройства и делает малоинформативными данные об ранее указанных свойствах изделия. Для получения указанной информации необходимо усложнение устройства.
Известно устройство для испытания изделий на совместное или раздельное растяжение и кручение, которое содержит основание, установленные на нем две опоры, на одной из которых установлено неподвижное крепление образца, а на другой подвижное крепление образца, которое соединено с механизмами растяжения и скручивания образца, причем каждый из механизмов растяжения и скручивания образца кинематически связан с соответствующим приводом и контрольно-измерительным устройством (см. а.с. СССР №84523, заявители Боришанский М.С. и Кузнецов П.С., опубл. 01.01.1950.). Известное устройство представляет собой сложную кинематическую конструкцию, а ее использование для проведения испытаний и проверки свойств требует высококвалифицированного персонала. Известное заявителю устройство имеет наибольшее число сходных признаков и наиболее близкую область использования в технике, и по указанной причине принимается в качестве прототипа.
Техническим результатом предложенного устройства является определение параметров нагружения при совместном или раздельном кручении и растяжении образцов резиноармированных гусениц любого типоразмера с упрощением конструкции и уменьшением средств, необходимых для проведения процесса испытаний армированных изделий.
Приведенные выше технические результаты достигаются тем, что предложенное устройство для испытания армированных изделий на совместное или раздельное растяжение и кручение, содержит основание, установленные на нем две опоры, на одной из которых установлено неподвижное крепление образца, а на другой подвижное крепление образца, которое соединено с механизмами растяжения и скручивания образца, причем каждый из механизмов растяжения и скручивания образца кинематически связан с соответствующим приводом и контрольно-измерительным устройством, что позволяет при минимальных затратах на производство простыми формализованными действиями малоквалифицированного (после непродолжительного обучения) персонала получить необходимые результаты испытаний, пригодные для анализа высококвалифицированными специалистами или для сравнительного анализа соответствия свойств изделия по стандартным заранее заданным специалистами условиям.
Расположение опоры с неподвижным креплением образца симметрично относительно продольной плоскости симметрии образца, проходящей через его продольную осевую линию, которая проходит через центр тяжести поперечного сечения армирующего сердечника, и подвижного крепления образца на другой опоре соосно с направляющей линией движения привода механизма растяжения и с продольной осевой линией образца позволяет простыми креплениями, предварительно подготовленными специалистом по чертежам изделия, установить, испытать и получить механические свойства изделия. Механизм скручивания образца, который связан кинематически с подвижным креплением образца и выполнен с возможностью тангенциального перемещения относительно продольной осевой линии образца, позволяет получить симметричную деформацию скручивания изделия без дополнительных приспособлений для получения чистого момента сил кручения без радиальных составляющих силы, которые при особой необходимости могут быть дополнительно использованы (см. прототип). Это можно сделать, потому что жесткость изделия при кручении армированного изделия минимальна при действии момента от тангенциальных сил в плоскости поперечного сечения, перпендикулярного осевой линии армирующей силовой основы.
Центр тяжести сечения любого армированного изделия определяется центром тяжести силовой основы, имеющую по сравнению с другими компонентами наибольшую жесткость.
Например, для резиноармированной гусеницы (фиг.2) центр тяжести сечения находится на пересечении линий симметрии и центра тяжести сечения тросового полотна, армирующего изделие.
Это следует из гипотезы о малости напряжении в резине по сравнению с металлическими тросами (С.Д.Пономарев, В.Л.Бидерман и др., Расчеты на прочность в машиностроении. Том 2. Некоторые задачи прикладной теории упругости. Расчеты за пределами упругости. Расчеты на ползучесть, Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1958 г, Стр.544-545).
На чертеже Фиг.1 приведены внешний вид изделия в виде части резиновой гусеницы транспортного средства, армированной полотном из стальных тросов.
На чертеже Фиг.2 показан схематично поперечный разрез примера выполнения изделия.
На чертеже Фиг.3 показан аксонометрический чертеж устройства для испытания армированных изделий на совместное или раздельное кручение и растяжение.
Устройство для испытания армированных изделий на совместное или раздельное растяжение и кручение содержит основание 1, установленные на нем две опоры 2 и 3. Часть основания 1 на чертеже условно не показана. На одной опоре 2 установлено неподвижное крепление 4 образца 5 армированного изделия. На опоре 3 размещено подвижное крепление 6 образца 5, которое соединено соответственно с механизмами растяжения 7 и скручивания 8 образца 5. Каждый из механизмов растяжения 7 и скручивания 8 образца кинематически связан соответственно с приводами 9 и 10 и контрольно-измерительными устройствами 11 и 12.
Опора 2 с неподвижным креплением образца 5 располагается симметрично относительно продольной плоскости 13 симметрии образца 5, проходящей через его продольную осевую линию 14, которая проходит через центр тяжести 15 поперечного сечения армирующего сердечника (тросового полотна), состоящего из обкладочной резины 20 тросового полотна и стальных тросов 21 тросового полотна. Подвижное крепление 6 образца 5 располагается на другой опоре 3 соосно с направляющей линией 16 движения привода механизма растяжения 7 и с продольной осевой линией 14 образца 5. Механизм 8 скручивания образца 5 кинематически связан с подвижным креплением 6 образца и выполнен с возможностью тангенциального перемещения относительно продольной осевой линии 14 образца 5. Техническим результатом является определение параметров нагружения при совместном или раздельном кручении и растяжении образцов резиноармированных гусениц любого типоразмера (или цельной резиноармированной гусеницы после проведения необходимой модернизации конструкции устройства) с упрощением конструкции и уменьшением средств, необходимых для проведения процесса испытаний армированных изделий.
Предложенное устройство для испытания армированных изделий на совместное или раздельное растяжение и кручение работает в следующей последовательности.
Перед началом испытаний устанавливается комплект заранее изготовленной оснастки, соответствующий испытуемому образцу 5 армированного изделия и включающий неподвижное 4 и подвижное 6 крепления образца 5 и механизмы растяжения 7 и скручивания 8. Устанавливаются соответствующие контрольно-измерительные устройства 11 и 12.
При воздействии на привод 9 механизма растяжения 7 через подвижное крепление 6 образец 5 нагружается ступенчато с выбранным шагом от нуля до заданного растягивающего усилия F, вектор которого направлен вдоль осевой линии 14 образца 5. Для каждой ступени растягивающего усилия F получают значение линейной деформации ΔL образца 5, величина которой фиксируется контрольно-измерительным устройством 11 механизма растяжения 7. При этом растягивающее усилие F также фиксируется контрольно-измерительным устройством 11 механизма растяжения 7.
На Фиг.3 показан винтовой механизма растяжения 7. Для выполнения условия перемещения механизма растяжения 7 вдоль продольной осевой линии 14 образца 5 может быть использован любой другой прямолинейно направляющий механизм.
При воздействии на привод 10 механизма скручивания 8 через подвижное крепление 6 образец 5 нагружается ступенчато с выбранным шагом от нуля до заданного скручивающего усилия Р относительно продольной осевой линии 14 образца 5, которое на конструктивно заданном плече L подвижного крепления 6 создает момент скручивания М образца 5. Для каждой ступени скручивающего усилия Р получают значение тангенциальной деформации Δα (угла скручивания) образца 5, величина которой фиксируется контрольно-измерительным устройством 12 механизма скручивания 8. При этом скручивающее усилие Р также фиксируется контрольно-измерительным устройством 12 механизма скручивания 8.
При проведении испытаний на совместное растяжение и кручение задействуются оба механизма с соответствующими приводами и контрольно-измерительными устройствами.
Полученные результаты графическим или иным способом сравниваются с контрольным диапазоном изменения измеряемых параметров.
Предложенное устройство может быть оснащено как простыми видами механических контрольно измерительных и приводных устройств, так и при необходимости могут быть использованы электронные контрольно-измерительные устройства и электрифицированные приводы.
В первом случае предложенное устройство может быть использовано для проверки механических свойств и состояния изделия в условиях, неблагоприятных для электроники или при невозможности использования электрифицированного привода, например, в полевых или отдаленных от цивилизации условиях эксплуатации.
Предложенное устройство может быть применено как для контрольных или проверочных испытаний отделенного от основного изделия образца, так и для всего изделия целиком. Несложно представить небольшие изменения основания 1, необходимые для размещения на нем целого изделия, например, резиноармированной гусеницы транспортного средства, такие как окно в основании 1 или проход в опоре 3 под подвижным креплением 6 образца 5.
На Фиг.1 приведены следующие обозначения позиций образца 5:
5 - образец;
13 - продольная плоскость симметрии образца 5;
14 - продольная осевая линия образца 5.
На Фиг.2 приведены следующие обозначения элементов образца 5:
15 - центр тяжести поперечного сечения тросового полотна;
17 - стальной закладной элемент;
18 - беговая резина;
19 - протекторная резина;
20 - обкладочная резина тросового полотна;
21 - стальные тросы в виде тросового полотна.
На Фиг.3 приведены следующие обозначения элементов устройства:
1 - основание;
2 - опора неподвижного крепления;
3 - опора подвижного крепления;
4 - неподвижное крепление;
5 - образец;
6 - подвижное крепление;
7 - механизм растяжения;
8 - механизм скручивания;
9 - привод механизма растяжения;
10 - привод механизма скручивания;
11 - контрольно-измерительное устройство для механизма 7 растяжения;
12 - контрольно-измерительное устройство для механизма 8 скручивания;
16 - направляющая линия движения привода 9 механизма растяжения 7.