СИЛОВАЯ РАМА УНИВЕРСАЛЬНОЙ ИСПЫТАТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ
POWER RACK FOR UNIVERSAL TESTING MACHINE

Предлагаемое изобретение относится к испытательной технике, а именно к исследованию прочностных свойств твердых материалов путем приложения к ним механических усилий, более конкретно к конструкции силовой рамы универсальной испытательной машины с гидравлическим нагружением.
Конструкции силовых рам широко известны и представлены в специальной литературе и патентах.
Так, в источнике (Испытательная техника. Справочник в двух книгах под редакцией доктора технических наук профессора В.В.Клюева. Книга первая, рис.3а, стр.32) /1/ представлена двухзонная силовая схема универсальной испытательной машины с гидравлическим нагружением, содержащая станину с размещенным в ней механическим приводом установочного перемещения нижнего захвата для испытания на растяжение, колонны и верхнюю траверсу, образующие силовой каркас. На верхней траверсе расположен силовой гидроцилиндр, шток которого присоединен к верхней траверсе реверсора, которая посредством колонн реверсора, проходящих через верхнюю траверсу, соединена с нижней траверсой реверсора, на которой с нижней стороны закреплен верхний захват для испытания на растяжение, а с верхней стороны - опорная плита для испытания на сжатие. Нижняя опорная плита для испытания на сжатие присоединена к нижней плоскости верхней траверсы.
К достоинствам данной конструкции силовой рамы с двумя зонами испытания относится удобство ее использования в составе испытательной машины, позволяющее без переустановки захватов и опорных плит проводить испытания на растяжение и сжатие.
Недостатками данной конструкции являются: низкая поперечная жесткость силовой рамы, вызванная наличием двух силовых контуров: контура реверсора нагрузки и силового каркаса, а также большая масса элементов конструкции, закрепленной на колоннах силового каркаса, что приводит к низкой частоте собственных поперечных колебаний, находящихся внутри рабочего диапазона частот испытательных машин, оборудованных гидропульсаторами или сервоприводом.
Наиболее близким к предлагаемому является («Силовая рама испытательной машины» по патенту №2246104, Бюл. №13, 2005 г.) /2/, которая позволяет частично уменьшить указанные недостатки.
На силовой раме испытательной машины, содержащей основание с расположенными на нем двумя гидроцилиндрами, штоки которых связаны траверсой, две колонны, проходящие через отверстия в траверсе, объединены между собой дополнительной траверсой на высоте, превышающей предельное верхнее положение траверсы, связывающей штоки гидроцилиндров. На основании и нижней поверхности траверсы закреплены захватные приспособления для испытания на растяжение. На верхней поверхности траверсы и нижней поверхности дополнительной траверсы установлены приспособления для испытаний на сжатие.
Преимуществом данной конструкции силовой рамы испытательной машины по сравнению с приведенной в источнике /1/ является отсутствие реверсивной рамы, в связи с чем она имеет меньшие габариты и массу подвижных частей, а следовательно, и более высокую частоту собственных колебаний.
При проведении испытаний образцов на сжатие в верхней зоне испытаний упругие силы замкнуты в силовом контуре, образованном основанием, дополнительной траверсой и колоннами, работающими на растяжение.
При проведении испытаний на растяжение в нижней зоне испытаний колонны не принимают участия в работе машины.
Роль колонн и силового привода, осуществляющего силовое нагружение испытуемого образца, выполняют штоки гидроцилиндров, продолжением которых являются столбы рабочей жидкости в полостях гидроцилиндров, т.е. зона испытания не имеет замкнутого силового контура и с учетом сжимаемости рабочей жидкости имеет меньшую продольную жесткость.
Недостатком конструкции данной силовой рамы является низкая жесткость силовой рамы из-за нагружения образцов двумя гидроцилиндрами, так как точки приложения нагрузок расположены по краям силовой траверсы.
Целью настоящего изобретения является создание конструкции силовой рамы универсальной испытательной машины, обладающей повышенной жесткостью и удобством в эксплуатации.
Указанная цель достигается тем, что в силовой раме универсальной испытательной машины, содержащей основание с жестко закрепленными в ней колоннами, проходящими через отверстия в подвижной траверсе, нижняя поверхность которой через гидроцилиндры спуска-подъема соединена с основанием, дополнительную траверсу, фиксирующую свободные концы колонн, приспособления для фиксации образцов при проведении испытаний на растяжение и сжатие и датчики силы, применен силовой гидроцилиндр двунаправленного действия, размещенный на подвижной траверсе, зафиксированной на колоннах с помощью гидрозажимов, при этом сквозные отверстия, через которые проходят колонны, разрезаны, а гидрозажимы, осуществляющие фиксацию подвижной траверсы на колоннах, установлены перпендикулярно плоскости разреза.
Схема предложенной силовой рамы универсальной испытательной машины представлена на чертеже.
Силовая рама универсальной испытательной машины включает в себя следующие элементы:
- основание 1, представляющее собой силовую металлическую плиту, на которой монтируется вся конструкция силовой рамы;
- колонны 2, которые представляют собой гладкие, хромированные, шлифованные и обработанные с высокой точностью металлические цилиндрические направляющие, по которым перемещается подвижная траверса 3 в установочном режиме при изменении рабочего пространства, и на которых подвижная траверса 3 фиксируется во время проведения испытаний;
- подвижную траверсу 3, представляющую собой несущую конструкцию, на которой закреплен силовой гидроцилиндр 4 двунаправленного действия;
- силовой гидроцилиндр 4, имеющий типовую конструкцию с двумя симметричными полостями и двумя концами штоков, выходящими за габариты гидроцилиндра;
- сквозные отверстия, через которые проходят колонны, разрезаны, перпендикулярно плоскости разреза установлены гидрозажимы 5, осуществляющие фиксацию подвижной траверсы 3 на колоннах 2;
- гидрозажимы 5, как упоминалось ранее, предназначенные для фиксации подвижной траверсы 3 на колоннах 2;
- гидроцилиндры спуска-подъема 6, необходимые для перемещения подвижной траверсы 3 в установочном режиме для изменения габаритов рабочего пространства, имеющие одну рабочую полость, в которую нагнетается рабочая жидкость при подъеме подвижной траверсы 3 и стравливается при ее опускании;
- датчики силы 7, предназначенные для измерения усилия на испытуемом объекте. Конструкция датчика не имеет принципиального значения и может быть тензометрического, струнного или магнитострикционного типа;
- приспособления 8, предназначенные для фиксации образцов при проведении испытаний на растяжение и сжатие. Приспособления на чертеже показаны схематично;
- дополнительная траверса 9 аналогична основанию 1, но не имеет мест крепления гидроцилиндров спуск - подъема 6.
В нижней зоне испытаний к нижнему штоку силового гидроцилиндра двунаправленного действия 4 и через датчик силы 7 к основанию 1 присоединены захватные приспособления 8 для проведения испытаний на растяжение. В верхней зоне испытаний к верхнему штоку силового гидроцилиндра двунаправленного действия 4 и через датчик силы 7 к дополнительной траверсе 9 присоединены приспособления для испытаний на сжатие. Поскольку условия для проведения испытаний в двух зонах одинаковы, приспособления могут располагаться в них произвольно.
Устройство работает следующим образом.
Перед проведением испытания, в установочном режиме, в рабочие полости гидроцилиндров спуска-подъема 6 нагнетается (или стравливается) рабочая жидкость, вызывающая перемещение подвижной траверсы 3 с целью установки испытуемого образца в захватные приспособления 8.
После установки испытуемого образца гидрозажимы 5 фиксируют подвижную траверсу 3 в исходном для проведения испытания состоянии.
В соответствии с заданным законом управления в полости силового гидроцилиндра двунаправленного действия 4 под давлением подается рабочая жидкость, вызывающая перемещение плунжера силового гидроцилиндра 4 в том или ином направлении. Установленный в захватных приспособлениях 8 испытуемый образец деформируется, при этом деформируется и соответствующий датчик силы 7, расположенный последовательно с испытуемым образцом. Электрический сигнал, пропорциональный полученной датчиком силы 7 деформации, поступает на измерительные устройства.
Предлагаемая силовая рама универсальной испытательной машины, имеющая двухзонную конструкцию, имеет повышенную жесткость по сравнению с предшествующими аналогом и прототипом, за счет фиксации подвижной траверсы 3 гидрозажимами 5 на колоннах 2.
В обоих зонах испытания силовые напряжения замыкаются внутри жестко связанных элементов силовой рамы:
- в верхней зоне - между колоннами 2, дополнительной траверсой 9 и подвижной траверсой 3, зафиксированной гидрозажимами 5;
- в нижней зоне - между колоннами 2, подвижной траверсой 3, зафиксированной гидрозажимами 5, и основанием 1.
Вторым бесспорным достоинством силовой рамы является симметричная структура ее верхней и нижней испытательных зон. Двунаправленный гидроцилиндр 4 позволяет создавать растягивающие и сжимающие нагрузки в обеих испытательных зонах.
В предшествующих аналоге и прототипе нижняя испытательная зона предназначена для испытаний только на растяжение, верхняя - только для сжатия.
Симметричность зон испытания создает условия, удобные при эксплуатации за счет того, что в нижней зоне теперь можно проводить испытания и на растяжение, и на сжатие, и руководствоваться выбором зоны испытания, например, объемом проводимых испытаний или габаритами испытуемых изделий.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ
1. Испытательная техника. Справочник в двух книгах./Под редакцией доктора технических наук профессора В.В.Клюева. Книга первая, стр.32. 1982 г.
2. «Силовая рама испытательной машины» патент №2246104, бюл. №13, 2005 г. - прототип.