МАШИНА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАЛОВ НА ПОЛЗУЧЕСТЬ И ДЛИТЕЛЬНУЮ ПРОЧНОСТЬ (ВАРИАНТЫ)
MACHINE TO TEST MATERIALS FOR CREEPING AND DURABLE STRENGTH (VERSIONS)

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к машинам для механических испытаний растяжением, например геосинтетических материалов для дорожных покрытий и т.д. и может применяться в соответствующих областях техники.
Известен нагружающий механизм установки для испытания образцов на ползучесть и длительную прочность (пат. №2257562, МПК G01N 3/08, 2003) [1], содержащий 4 нижних захвата, прикрепленных к нижней части каркаса, 4 верхних захвата, соединенных с двумя промежуточными балками, которые в свою очередь через 4 тяги соединены с третьей балкой. Балка, с помощью двух тяг, соединена с нижним рычагом.
Данный нагружающий механизм дает возможность проводить испытания с четырьмя образцами одновременно.
Недостатками данного нагружающего механизма является отсутствие возможности продолжения испытаний при разрыве одного из образцов, т.к. при этом нагрузка на остальные образцы перераспределяется и возрастает, а при неравномерном растяжении образцов возникает перекос тяг, в результате чего к образцам будет приложена разная нагрузка. Другим недостатком данного нагружающего механизма является невозможность проведения испытаний с количеством образцов, отличным от четырех.
Известна также машина для испытания на ползучесть и длительную прочность (а.с. СССР №484441, МКИ G01N 3/18, 1975) [2]. Данная машина включает в себя электропечь, размещенные в ней захваты для образца, рычажное нагружающее устройство с рычагами и поддоном для груза, привод с электродвигателем, редуктором и ходовым винтом, где управляющее устройство, автоматический электронный потенциометр и реле времени, выполняют функции блока управления.
Наиболее близкой является машина для испытания материалов на ползучесть и длительную прочность (а.с. СССР №526802, МКИ G01N 3/18, 1976) [3], прототип. Эта машина включает электропечь, размещенные в ней верхний и нижний захваты для образца, рычажно-рейтерное нагружающее устройство, связанное с верхним захватом, привод с электродвигателем, редуктором и ходовым винтом, связанным с нижним захватом, где следящее кулачково-реечное устройство и блок автокомпенсации выполняют функции блоком управления.
Недостатками данных машин является то, что они не обеспечивают возможность одновременного испытания нескольких образцов и не дают возможность плавного приложения нагрузки, поскольку датчики положения рычага не могут фиксировать изменение нагрузки на образец: рычаг будет находиться в крайнем положении до тех пор, пока нагрузка не достигнет требуемой величины и при быстром приложении нагрузки, если этого требует методика испытания, образцы могут быть испорчены.
Также к недостаткам данных аналогов и прототипа можно отнести то, что их конструкция не обеспечивает быстрое и плавное нагружение образцов. Существует следующая проблема: при установке образцов нагрузка на них отсутствует; для их нагружения необходимо сначала выбрать провисание, которое присутствует даже при очень тщательной установке образцов. Поскольку применяется рычажно-рейтерная система, позволяющая создавать нагрузку до нескольких тонн рейтером малой массы, небольшое перемещение рычагов со стороны образцов приводит к значительным перемещениям рычагов со стороны рейтера. До тех пор, пока нагрузка на образцы не достигнет заданного значения, рычаги будут находиться в нижнем неравновесном положении. Если скорость перемещения захватов недостаточно мала, то из-за упругости образцов и системы нагружения при перемещении захватов нагрузка на образцы сначала превысит требуемую нагрузку, затем рычаги рывком перейдут из одного крайнего положения в другое, в результате образцы могут быть испорчены. Если уменьшить скорость перемещения захватов таким образом, чтобы исключить колебания рычагов, то время приложения нагрузки может значительно превысить требования методики испытаний.
Задачами заявляемого изобретения является обеспечение одновременного испытания нескольких образцов и возможность установки произвольного количества образцов от одного до количества установленных в машине захватов, а также быстрое и плавное приложение нагрузки к образцам.
Для достижения поставленной задачи машина для испытаний материалов на ползучесть и длительную прочность, согласно первому варианту ее выполнения, содержит захваты, последовательно соединенные, а дополнительная нагрузка на образцы, обусловленная весом захватов, компенсируется противовесами.
Для возможности установки произвольного количества образцов от одного и до количества установленных в машине захватов их верхняя и нижняя части имеют ограничение хода, благодаря чему при отсутствии образца захват растягивается на предельное расстояние и передает нагрузку на последующие захваты.
Для достижения поставленной задачи в машине для испытаний материалов на ползучесть и длительную прочность, согласно второму варианту, кроме описанного выше по первому варианту, установлен датчик усилия, фиксирующий изменение нагрузки на образцы, что позволяет плавно изменять скорость привода, перемещающего захваты и, тем самым, обеспечить быстрое и плавное приложение нагрузки к образцам.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами. На фиг.1 представлена машина для испытаний материалов на ползучесть и длительную прочность (вариант 1), на фиг.2 - то же, по варианту 2.
Машина для испытаний материалов на ползучесть и длительную прочность по первому варианту содержит последовательно соединенные захваты 1, 2, 3, состоящие из верхних и нижних зажимов (условно показаны захваты для 3-х образцов, фактически количество захватов может быть любым), в которые устанавливаются образцы 4, систему рычагов 5, соединенную с верхним зажимом захвата 1, которая через датчик положения рычага 6 соединена с блоком управления 7. Блок управления 7 связан с приводом захватов 8, который соединен с нижним зажимом захвата 3, и через привод рейтера 9 с рейтером 10, который в свою очередь установлен на системе рычагов 5. Система рычагов 5 с установленным на ней рейтером 10 является рычажно-рейтерной системой. Противовесы 11 установлены в точках соединения захватов 1-2 и 2-3, а датчики положения захвата 12 измеряют положение захватов 1, 2, 3 и соединены с блоком управления 7. Блок управления 7 может быть выполнен различными способами (электронными или механическими схемами), например, как указано в прототипе [3] или аналоге [2].
По второму варианту машина для испытаний на ползучесть и длительную прочность, кроме перечисленных в варианте 1, имеет датчик усилия 13, соединенный с верхним зажимом захвата 1, с одной стороны, и системой рычагов 5, с другой.
Заявляемая машина в обоих вариантах исполнения размещается вертикально, но может быть размещена и горизонтально. В этом случае противовесы не используются.
Заявляемая машина для испытаний материалов на ползучесть и длительную прочность, согласно первому варианту ее выполнения, работает следующим образом: захваты 1, 2, 3 приводятся приводом захватов 8 в базовое положение, после чего в них устанавливаются образцы 4. Подвижные зажимы захватов (нижний зажим захвата 1, соединенный с верхним зажимом захвата 2, и нижний зажим захвата 2, соединенный с верхним зажимом захвата 3) уравновешиваются противовесами 11 для компенсации дополнительной нагрузки на образцы, в блоке управления 7 задается требуемая величина нагрузки. После этого привод рейтера 9 устанавливает рейтер 10 в положение, соответствующее предварительной нагрузке на образцы. Рейтер 10 установлен на рычажную систему 5. Затем привод захватов 8 тянет нижний захват до достижения равновесия системы рычагов 5, что фиксируется блоком управления 7 по датчику положения рычага 6. При этом по датчикам положения захватов 12 фиксируются действительные зажимные длины образцов 4, определяется, в каких захватах образцы не установлены (в этом случае захват раздвигается на максимальное расстояние). После определения зажимной длины образцов 4 рейтер 10 устанавливается в положение, соответствующее требуемой нагрузке на образцы, привод захватов 8 компенсирует вытягивание образцов 4 для поддержания равновесного состояния рычажной системы 5. При разрыве одного из образцов 4 и выходе системы рычагов 5 из равновесного состояния привод захватов 8 растягивает захват с оборвавшимся образцом на максимальное расстояние и восстанавливает нагрузку на оставшиеся образцы.
По второму варианту работа машины заключается в том, что датчик усилия 13, установленный между системой рычагов 5 и захватами 1, 2, 3 с образцами 4, фиксирует изменение нагрузки на образцы 4, что позволяет быстро перемещать захваты 1, 2, 3 при отсутствии нагрузки на образцы 4 и медленно при появлении нагрузки. Скорость перемещения захватов 1, 2, 3 может изменяться в зависимости от скорости изменения нагрузки при растягивании образцов 4. В результате сокращается время приложения нагрузки к образцам 4, и в то же время нагрузка на образцы 4 прикладывается плавно, без рывков.
Результаты проведенных испытаний показали, что в машине могут с успехом производиться испытания с различным количеством образцов и наличие датчика усилия позволяет сократить время приложения нагрузки к образцам.
Данная машина для испытаний материалов на ползучесть и длительную прочность может изготавливаться в промышленных масштабах и найдет применение в испытательных лабораториях.