УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КОРОБЧАТЫХ КОНСТРУКЦИЙ
DEVICE FOR TESTING SPATIAL BOX-LIKE STRUCTURES

Изобретение относится к области испытательной техники, а именно к установкам для испытаний образцов и фрагментов пространственных коробчатых (сварных, клеесварных, клепанных или клееклепанных) конструкций.
При производстве и ремонте машин широко используются сварные, клеесварные, клепанные и клееклепанные соединения, которые представляют собой пространственные коробчатые конструкции. Но стандартные испытания металлических образцов на сжатие (ГОСТ 25.503-97), растяжение (ГОСТ 1497-84) и изгиб (ГОСТ 14019-80) не позволяют объективно судить о прочностных характеристиках этих соединений. Стандартные испытания проводятся на плоских или цилиндрических образцах и позволяют определить только прочность сварной точки или заклепки. В литературе же показано, что для получения объективной информации о прочностных характеристиках сварных, клеесварных, клепанных или клееклепанных соединений необходимо проводить испытания на пространственных коробчатых конструкциях и контролировать прочностные свойства не только в зоне сварной точки или заклепки, но и между сварными точками или заклепками (Жуковец И.И. Механические испытания металлов. М., 1986. С. 19-75).
Но в настоящее время устройств для испытания пространственных коробчатых конструкций на сжатие, растяжение и изгиб не существует.
Известны универсальные разрывные гидравлические машины типа «РГМ», выпускаемые в соответствии с ГОСТ 28840-90 «Машины для испытаний материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования», предназначенные для создания нормированного значения меры силы, при проведении механических испытаний образцов высокой прочности на значительных нагрузках, в режиме растяжения, сжатия и изгиба. Также, известны машины испытательные универсальные с увеличенным ходом активного захвата и управлением с ПК модели РГМ-У, предназначенные для испытания на растяжение различных заготовок и готовых изделий, имеющих металлическую или неметаллическую природу, на растяжение, сжатие или изгиб. Машины испытательные универсальные с увеличенным ходом активного захвата применяются на литейных заводах, металлообрабатывающих предприятиях, лабораториях научно-исследовательских институтов, строительных организациях, машиностроительных заводах и образовательных учреждениях и др. Машины РГМ-У позволяют производить испытания по ГОСТ 10006-80, 10180-90, 12004-90, 12801-98, 14019-2003, 1497-84, 24409-80; ISO15579-2000, ISO679, ISO7438-1985, ISO6892, EN100021-1-2001, ASTM Е8М, ISO75000-1, ISO4012, ISO10065 и др. Благодаря применению гидравлического цилиндра двунаправленного действия зона растяжения и зона испытания не разделяются. Рабочий ход гидравлического поршня увеличен по сравнению с другими моделями машин РГМ. (Универсальные разрывные машины РГМ. Сайт фирмы «Метротест» http://метротест.рф/, http://машина-разрывная.рф/index.html, Универсальные сервогидравлические машины Instron. Сайт фирмы Instron: www.instron.com., Статические сервогидравлические испытательные машины. Сайт фирмы MELYTEC: www.melytec.ru).
Основным недостатком универсальных испытательных машин является сложность конструкции и высокая масса. Кроме того, данные машины не позволяют проводить испытания пространственных коробчатых конструкций. Все испытания проводятся только на плоских или цилиндрических образцах.
Известна гидравлическая машина для механических испытаний материалов (см. Патент №48066, МПК G01N 3/02, опубл. 2005 г. ), в которой создание нагрузки растяжения или сжатия обеспечивается за счет изменения давления рабочей жидкости, поступающей в рабочую полость силового гидроцилиндра от насоса высокого рабочего давления, управляемого асинхронным двигателем, который в свою очередь управляется частотным регулятором, охваченным отрицательной обратной связью по нагрузке.
Также недостатком известного устройства является отсутствие универсальности, т.е. такая машина может обеспечить проведение испытаний образцов материалов только на растяжение или только на сжатие.
Известен стенд для испытания конструкций при осевом и внецентренном приложении знакопеременных нагрузок (см. Патент РФ №2523074, МПК G01N 3/08, опубл. 2014 г.).
Устройство предназначено для определения физико-механических свойств изделий, и может быть использовано для исследования прочностных свойств твердых материалов. Особенностью данного изобретения является то, что при его реализации осуществляют ступенчатое нагружение конструкции нагрузкой одностороннего действия сжатия или растяжения путем приложения нагрузки на образец с измерением величины нагрузок, деформаций материала образца конструкции. Испытание образца конструкции на сжатие и растяжение проводят без перестановки образца на испытательном стенде, для чего изменяют направление действия нагрузки на обратное и создают знакопеременное нагружение. Изменение направления нагрузок создают реверсным устройством, а величину и скорость нагружения - приводом одностороннего действия. Стенд содержит основание, подвижную платформу, привод. Стенд дополнительно снабжен, по меньшей мере, двумя подвижными силовыми платформами, а привод выполнен в виде устройства одностороннего действия, причем на стенде выполнено реверсное устройство, силовое устройство и регулировочный механизм.
Особенностью данного изобретения является то, что при пропорциональном увеличении нагрузки достигается равенство продольных деформаций на четырех гранях образца в пределах одного деления индикаторов - при центральном нагружении и текущие их значения при внецентренном нагружении; причем нагружение возможно производить с любым значением эксцентриситета в пределах сечения образца.
Основным недостатком известного устройства является возможность испытывать только плоские или цилиндрические образцы, по результатам испытаний которых невозможно получить объективную картину распределения напряжений в сварном, клеесварном, клепанном или клееклепанном шве.
Кроме того, для этого устройства характерна сложность конструкции и большая трудоемкость подготовительных работ по его монтажу.
Наиболее близких аналогов из уровня техники не выявлено.
Техническим результатом, обеспечиваемым разработанной конструкцией, является обеспечение испытания пространственных коробчатых конструкций, изготовленных с использованием сварки, клеесварки, клепки или клееклепки, позволяющие проводить оценку прочностных характеристик конструкции в различных зонах (зона сварной точки или заклепки, зона между сварными точками или заклепками).
Указанный результат достигается тем, что в устройстве для испытания пространственных коробчатых конструкций, содержащем корпус с размещенным в нем приводом и жестко закрепленную на нем металлическую раму с основанием, захватами для испытуемого образца и тензодатчиками, один из захватов жестко закреплен на раме, а второй установлен на основании посредством двух пневмоцилиндров с возможностью приложения вертикальной нагрузки и крутящего момента на испытуемый образец. Тензодатчики размещены на подвижном захвате и испытуемом образце.
Предлагаемое устройство поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 - приведена схема устройства для испытания пространственных коробчатых конструкций, вид сбоку;
на фиг. 2 - схема устройства для испытания пространственных коробчатых конструкций, вид спереди.
Устройство для испытания пространственных коробчатых конструкций содержит корпус 1 с размещенным в нем приводом 2 и жестко закрепленную металлическую раму 3 с основанием 4, закрепленными на нем пневмоцилиндрами 5, захватами 6, 7 для закрепления испытуемого образца 8 и тензодатчиками 9, 10. Привод включает ресивер 11, фильтр-масловлаговыделитель 12, редуктор 13, лубрикатор 14, центральный пневмораспределитель 15, два пневмодросселя 16, два регулятора потоков 17 и два рычага переключения передач 18, 19. Пневмоцилиндры соединены с приводом с помощью полиуретановых трубок 20 (d 9×12).
Тензодатчики для измерения прикладываемой нагрузки 10 закрепляются на подвижном захвате 6. Используется два тензодатчика для измерения прикладываемой нагрузки. Тензодатчики для измерения напряжений 9 в испытываемом образце закрепляются на испытуемом образце 8 в тех зонах образца, с которых необходимо проводить измерения (как правило, это зона сварки или заклепки, и зона между сварными точками или заклепками). Количество тензодатчиков для измерения напряжений в испытуемом образце выбирается индивидуально, в зависимости от требуемого количества контрольных зон (может использоваться от 2 до 20 тензодатчиков).
Таким образом, предлагаемое устройство просто в изготовлении и требует минимальной трудоемкости работ при испытании пространственных коробчатых конструкций на изгиб и кручение.
Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.
В захваты 6, 7 (один из которых жестко закреплен на раме путем сварного шва, а другой является подвижным), закрепляется испытуемый образец 8, который выполнен в виде пространственной коробчатой конструкции.
При включении напряжения 220 В сжатый воздух нагнетается в ресивер 11. Воздух из ресивера под давлением 10 атм поступает в фильтр-масловлагоотделитель 12. Затем воздух поступает в редуктор 13. Из редуктора воздух поступает в лубрикатор 14 (в нем воздух насыщается маслом) и затем поступает в центральный пневмораспредилитель 15, в котором сжатый воздух через пневмодроссель 16 распределяется на два регулятора потоков 17 и затем поступает в рабочие полости пневмоцилидров 5, которые обеспечивают перемещение подвижного захвата 6. Пневмодроссель 16 служит для регулирования давления в каждом пневмоцилиндре 5, это вызвано тем, что пневмоцилидры имеют разные площади рабочих поверхностей и для уравнивания усилия при кручении необходимо применение пневмодросселей 16. Пневмоцилиндры 5 служат для обеспечения движения захвата 6. Они могут работать синхронно (вверх, вниз), обеспечивая вертикальное движение захвата (испытания на изгиб) или по Х-образной схеме, обеспечивая нагрузку на испытуемый образец в виде крутящего момента (испытания на кручение).
При перемещении подвижного захвата 6 на испытуемый образец 8 прикладывается нагрузка (вертикальная или в виде крутящего момента), которая оценивается при помощи тензодатчиков 9, 10.
Вертикальная нагрузка создается при синхронной работе пневмоцилиндров 5 (давление рабочей полости пневмоцилиндров подается параллельно). Изменение направления движения пневмоцилиндров с вертикального движения на вращательное осуществляется через регуляторы потоков 17. Применение регуляторов потоков необходимо для изменения направления движения пневмоцилиндров. Для создания крутящей нагрузки (крутящего момента) воздух под давлением из регуляторов потоков 17 подается в пневмоцилидры 5 по Х-образной схеме (то есть когда один пневмоцилиндр движется вверх, другой пневмоцилиндр движется вниз и наоборот).
В движение система приводится посредством центрального пневмораспредителя 15. В дальнейшем возможна установка пневмораспредилителя с электронным управлением.
Управление распределением движения осуществляется вручную, путем переключения регуляторов потоков 17 посредством рычагов 18 и 19. В дальнейшем возможна установка электронного управления посредством применения регулятора потоков с электронным управлением.
При включении установки к испытуемому образцу с одной стороны прикладывается вертикальная (испытания на изгиб) или крутящая (испытания на кручение) нагрузка.
Измерение нагрузки осуществляется при помощи тензодатчиков 9, 10, которые наклеиваются на клей в зоне измерений. Тензодатчики фиксируют деформационно-прочностные характеристики пространственных коробчатых конструкций. В данном устройстве использовались проволочные тензодатчики 2ПКБ-10-100ХВ (2-количество слоев, П - проволочный, Б - бумажный, первые цифры обозначают длину базы в мм, вторые цифры - величину номинального сопротивления в Ом, последние буквы указывают на тип клея, который может быть использован для крепления данного датчика, X - холодного отверждения, А - класс качества тензорезистора).
Выполнение испытуемого образца 8 в виде пространственной коробчатой конструкции позволяет оценивать напряжения непосредственно в зоне точечной сварки или заклепки, а также в зоне между сварными точками или заклепками.
Таким образом, предлагаемое устройство с небольшой трудоемкостью монтажа и простотой реализации предлагаемой конструкции позволит простыми средствами проводить испытания пространственных коробчатых конструкций, изготовленных с использованием сварки, клеесварки, клепки или клееклепки.
Данная машина для испытаний пространственных коробчатых конструкций может изготавливаться в промышленных масштабах и найдет применение в испытательных лабораториях.