ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ УСКОРЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ С УЧЁТОМ КОМБИНИРОВАННОЙ НАГРУЗКИ

1.1. Область техники, к которой относиться полезная модель
Полезная модель относится к области испытательной техники, в частности, к устройствам, предназначенным для определения остаточного ресурса образцов различного рода металлических ферромагнитных изделий, используемых на железнодорожном транспорте.
1.2. Уровень техники
Известно устройство для проведения ускоренных испытаний материалов на усталость, содержащее основание, активный и пассивный захваты, двух соленоидных катушек, соединенных с источником тока. При этом соленоидные катушки соединены с электронным ключом и усилителем-формирователем сигнала электронного ключа с образованием схемы формирования импульсов привода. Кроме этого, магнитопроводной стержень ограничен двумя упругими упорами, установленными на том же основании. (Патент на полезную модель №108843, 27.09.2011).
Недостаток данного устройства заключается в том, что испытуемый образец подвержен только испытанию на изгиб, тогда как в реальных условиях эксплуатации изгиб не является единственной формой нагружения.
Известна также установка для проведения испытания образцов на усталость при кручении, содержащее основание, соосные активные и пассивные захваты для концов образца, механизм возвратно-поступательных движений активного захвата, включающий зубчатое колесо и привод его вращения. (Патент на изобретение №2503944, 10.01.2014).
Недостатки указанного устройства заключаются в том, что испытуемый образец подвержен только испытанию на кручение и отсутствует практическая возможность проведения ускоренных испытаний.
Наиболее близкой к предлагаемой лабораторной установке является установка содержащая блок формирования исходных сигналов, состоящего из ЭВМ и усилителя мощности, силового трансформатора с разомкнутым магнитным сердечником, термостата и блока регулировки температуры. Для создания условий нагружения при низких температурах используется жидкий азот, пары которого имеют непосредственный доступ во внутреннюю полость термостата. (Патент на полезную модель №143895, 10.08.2014).
Недостаток данной установки заключается в том, что испытуемый образец также подвержен только испытанию на изгиб.
1.3. Раскрытие полезной модели
Целью полезной модели является ускоренное определение остаточного ресурса образцов различного рода металлических ферромагнитных изделий, используемых на железнодорожном транспорте, путем создания комбинированной нагрузки вида: изгиб, кручение, изгиб и кручение.
Указанная цель достигается путем создания комбинированной нагрузки образцов изделий в виде изгиба и (или) кручения. Для этого представленная лабораторная установка дополнительно комплектуется диэлектрическим рычагом с ферромагнитными наконечниками и двумя дополнительными электромагнитами, управление работой которых осуществляется коммутатором. Исходный сигнал от генератора звуковых колебаний, через усилитель мощности и коммутатор подается либо на два электромагнита создающих изгибающее нагружение, либо на два других электромагнита создающих нагружение на кручение, либо сразу на все электромагниты, что позволяет создать нагружение в виде изгиба и кручения, одновременно.
Регулировка амплитуды колебаний образца происходит не только за счет усилителя мощности, но и за счет подвижного крепления электромагнитов. Амплитуда колебания при изгибе или кручении исследуемого образца изделия определяется с помощью отраженного от полированной поверхности рычага луча лазера.
1.4. Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства.
Блок формирования сигналов, состоящий из ЭВМ 1 и преобразователя сигналов 2 через усилитель мощности 3 и коммутатор 4 соединен непосредственно с двумя электромагнитами 5 и 6 и электромагнитами 7 и 8. Все электромагниты закреплены на подвижных креплениях 9, 10, 11 и 12. Испытуемый образец 13 одним концом жестко закреплен в термостате 14, в котором с помощью регулятора температуры 15 устанавливается заданная температура. Сосуд Дюара 16 содержит жидкий азот, пары которого через паропровод 17 непосредственно поступают в термостат. К свободному концу образа жестко прикреплена диэлектрическая пластина 18 с ферромагнитными наконечниками 19 и 20. Лазеры 21 и 22 подают световой луч на диэлектрическую пластину, который после отражения попадает на измерительную шкалу 23.
Лабораторная установка работает следующим образом.
Оператор ЭВМ 1 в звуковом диапазоне задает частоту, начальную амплитуду и форму (синусоидальную, прямоугольную или пилообразную) сигнала, который через преобразователь сигналов 2 подается на усилитель мощности 3. С помощью коммутатора 4 задается режим нагружения. При включении электромагнитов 7 и 8, свободный конец ферромагнитного образца 13 в переменном магнитном поле начинает вибрировать с частотой равной частоте переменного магнитного поля. Амплитуда колебаний зависит, во-первых, от усилителя мощности 3 и, во-вторых, от положения электромагнитов 7 и 8, которое регулируется подвижным креплением 10 и 11. Данный режим включения обеспечивает нагружение образца в виде изгиба. Максимальное напряжение при этом создается около жестко закрепленного конца образца 13 в термостате 14. Работа термостата подробно рассмотрена в заявке на полезную модель №143895 от 10.08.2014.
При включении только электромагнитов 5 и 6, через диэлектрическую пластину 18 создается переменный вращающий момент сил на образец 13. Ферромагнитные наконечники 19 и 20 обеспечивают магнитную связь с образцом. Данный режим включения обеспечивает нагружение образца на кручение. Амплитуда колебаний вращательного движения также зависит от усилителя мощности 3 и положения электромагнитов 5 и 6, которое задается подвижным креплением 9 и 12.
Одновременное включение электромагнитов 5, 6, 7 и 8 обеспечивает создание комбинированной нагрузки на образец 13.
Для определения амплитуды колебания на изгиб или на кручение используются лазеры 21 и 22. На измерительной шкале 23 фиксируется непосредственно размах амплитуды отраженного от вибрирующей поверхности светового лазерного луча. Амплитуда колебания образца определяется через геометрические размеры лабораторной установки и положения измерительной шкалы 23.
Использование предлагаемого устройства позволяет смоделировать реальные знакопеременные комбинированные нагрузки в звуковом диапазоне частот на образец изделия, оценить степень их воздействия и определить остаточный ресурс самого изделия с учетом реальных условий эксплуатации.