ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА НА РАСТЯЖЕНИЕ

Предлагаемая полезная модель относится к исследованию прочностных свойств твердых материалов путем приложения к ним растягивающих или сжимающих статических нагрузок.
Известна конструкция испытательной машины УММ-50 (конструкторская документация СКБИМ, 1962 г.) [1], состоящая из собственно машины и пульта управления. Машина вертикальная, двухколонная с гидравлическим приводом. Нагрузки в машине создаются посредством гидравлического насоса. Наблюдение за изменением нагрузки в процессе испытания, а также отсчет приложенной нагрузки производятся по круговой шкале маятникового силоизмерителя. Наибольшая нагрузка, достигнутая при испытании, фиксируется контрольной стрелкой круговой шкалы. В пульте управления размещены насосная установка со стабилизатором давления, служащим для поддержания заданной нагрузки, и маятниковый силоизмеритель с диаграммным аппаратом.
Недостатками известной машины являются:
1) Машина позволяет фиксировать только максимальную нагрузку на образце;
2) При определении величины предела текучести на образце наблюдается искажение результатов, т.к. влияет человеческий фактор;
3) Поддержание скорости нагружения является неудовлетворительным, т.к. показания снимаются по отклонению стрелки, что является устаревшим и недостаточным для современных разрывных испытательных машин.
Целью предполагаемой полезной модели является повышение эффективности работы машины.
Указанная цель достигается за счет того, что в машину испытательную, содержащую основание с установленными на нем колоннами, связанными сверху неподвижной поперечиной с размещенным на ней плунжерным гидроцилиндром, нижний захват и верхний активный захват, насосную установку, введены частотный преобразователь, размещенный в пульте управления насосной установки, встроенный в полость гидроцилиндра датчик силы по давлению; между поперечиной и плунжером гидроцилиндра установлен датчик перемещения; датчик деформации, присоединенный к испытываемому образцу, а для автоматизации процесса испытания использована компьютерная система управления и измерения.
Гидрокинематическая схема испытательной машины представлена на рисунке.
Схема включает в себя основание 1 с размещенными на нем колоннами 2, нижний захват 3, верхний активный захват 4, поперечину 5, плунжерный гидроцилиндр 6, датчик перемещения 7, датчик силы 8, насосную установку 9, электромеханический привод 10, частотный преобразователь 11, испытываемый образец 12, датчик деформации 13.
Машина работает следующим образом.
Силовое воздействие на испытываемый образец 12 осуществляется путем преобразования энергии вращательного движения вала электродвигателя, соединенного с гидравлическим насосом высокого давления, в поток рабочей жидкости, который перемещает плунжер гидроцилиндра 6, непосредственно воздействующего на испытываемый образец.
Рабочая жидкость от установки насосной 9 подается в плунжер гидроцилиндра 6, который поднимает верхний активный захват 4 в исходное положение. Обнуляются показания датчика силы 8. Перемещением нижнего захвата 3 устанавливается требуемая высота рабочего пространства с помощью электромеханического привода 10. Испытываемый образец 12 устанавливается в захваты 3 и 4 и механически зажимается. Обнуляются показания датчика перемещения 7. Задается программа испытания, осуществляется ее пуск. Система управления и измерения регулирует скорость вращения электродвигателя, на валу которого размещен насос, который, в свою очередь, создает управляемый поток рабочей жидкости, идущий в гидроцилиндр 6.
Датчик силы 8 определяет величину приложенной нагрузки, пропорциональной давлению подаваемой рабочей жидкости. Для этого введен высокоточный, надежный, с малым температурным дрейфом, датчик давления фирмы «Trafag» серии NAT с нормированным выходом.
Датчик перемещения 7 измеряет перемещение верхнего активного захвата 4 в процессе испытания, тем самым фиксируя удлинение испытываемого образца 12. В предлагаемой машине использован высокоточный, надежный, маловосприимчивый к ударной и вибронагрузке, магнитным и электрическим полям, микроимпульсный измеритель пути фирмы «Balluf» серии BTL5 с нормированным выходом.
Датчик деформации 13 измеряет непосредственно деформацию рабочей области испытываемого образца 12 в процессе испытания. Введенный навесной экстензометр фирмы «Epsilon» серии 3542 с базой 50 мм и деформацией +100/-5% класса точности 0,5 по ISO 9513 В1 позволяет построить качественный график диаграммы растяжения, по которому рассчитываются все параметры образца по ГОСТ 1497.
Частотный преобразователь 11 позволяет с помощью управляющего сигнала, выработанного на основе измеренных величин датчиком силы 8, встроенным в полость гидроцилиндра 6 машины, датчиком перемещения 7, установленным между поперечиной 5 и плунжером гидроцилиндра 6 или датчиком деформации 13, присоединенным к испытываемому образцу 12, реализовать замкнутую систему автоматического регулирования, обеспечивающую высокую точность поддержания заданной скорости нагружения испытываемого образца 12.
Введенная в схему машины система управления и измерения построена на базе промышленного контроллера и совместимого персонального компьютера. Обработка результатов испытаний производится с помощью персонального компьютера и прикладного программного обеспечения по ГОСТ 1497.
В предлагаемой испытательной машине на растяжение метрологические характеристики машины улучшены: точность поддержания скорости нагружения не хуже ±3%.
В схему машины введены высокоточные датчик перемещения 7 плунжера гидроцилиндра 6, датчик силы 8 по давлению, датчик деформации, что значительно улучшает точность и стабильность измерения нагрузки, перемещения и деформации. Это позволяет расширить количество определяемых характеристик механических свойств образцов, что соответствует современным требованиям к испытательным машинам.
Компьютерная система управления и измерения обеспечивает:
- поддержание заданной скорости нагружения по любому из параметров: нагрузке, перемещению и деформации;
- вывод текущих значений параметров нагружения на экран монитора;
- определение экстремальных значений нагрузки и перемещения;
- определение характеристик механических свойств материалов по ГОСТ 1497;
- вывод на экран монитора диаграммы нагружения;
- вывод на экран монитора протокола испытания;
- распечатку на принтере протокола испытания и диаграммы нагружения;
- сохранение (архивирование) результатов испытания.
Таким образом, введение в схему испытательной машины датчика деформации и датчика силы повышает метрологические характеристики машины, поддержание скорости нагружения достигается введением частотного преобразователя, а компьютерная система управления и измерения позволяет автоматизировать процесс испытания. Все это повышает надежность работы испытательной машины, а, следовательно, повышает эффективность ее работы.
Использованные источники:
1. Универсальная испытательная машина УММ-50 (конструкторская документация СКБИМ, 1962 г.)