УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРУБ

Полезная модель относится к специализированным измерительным приборам для исследования и анализа физических свойств материалов, а именно к аппаратуре для осуществления исследований механических характеристик труб.
Из уровня техники известно устройство для проведения статических испытаний металлических труб круглого сечения, включающее в себя стойки, установленные на основании и выполненные с возможностью установки на них кольцевых образцов, а также коническую оправку, закрепленную на верхней подвижной опоре универсальной испытательной машины или другого прессового оборудования [1].
Недостатком известного устройства является отсутствие в его конструкции тензометрических датчиков и электронного измерительного блока, что ограничивает возможность автоматизации с его помощью статических испытаний металлических труб.
Наиболее близким к заявленному техническому решению и выбранному в качестве прототипа является испытательная гидравлическая машина (RU 2422797 C2, МПК G01N 3/10, опубл. 27.06.2011), включающая силовую раму, нагружающий гидроцилиндр, захваты, датчик деформации, тензометрический датчик, насосную установку, а также устройство подачи рабочей жидкости от насоса в гидроцилиндр, систему задания режимов работы машины и управления. Дополнительно машина содержит блок сравнения задающего сигнала и сигнала отрицательной обратной связи, который может поступать в блок сравнения от датчика деформации или тензометрического датчика [2].
Отличительной особенностью устройства является конструкция системы задания режимов работы машины и управления, которая состоит из потенциометра, приводного регулируемого электродвигателя вращения потенциометра и блока привода задания скорости и направления вращения приводного регулируемого электродвигателя и переключателя режимов управления, а также упомянутого блока сравнения подключенного к ней.
Недостатком испытательной гидравлической машины является ограниченная возможность ее использования при исследовании эксплуатационных характеристик труб вследствие отсутствия в ее конструкции элементов, позволяющих осуществить надежное крепление конической оправки, а также испытуемого образца соответственно на верхней и нижней траверзах гидравлического пресса.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является повышение точности измерений, выполняемых с помощью устройства.
Указанная задача решена тем, что устройство для исследования эксплуатационных характеристик труб содержит электромеханическую универсальную испытательную машину, состоящую из рамы с установленными на ней двумя вертикальными колоннами, верхней неподвижной и нижней подвижной траверзами, при этом нижняя траверза с помощью механической передачи соединена с валом электродвигателя, на верхней неподвижной траверзе посредством резьбового соединения закреплена втулка, а на нижней подвижной - стол. Отличает устройство от известных то, что во втулке закреплена коническая оправка, а в цилиндрическом закрытом пазе, выполненном на верхнем торце стола, установлен диск для размещения на нем исследуемого кольцевого образца трубы.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым совокупностью приведенных выше значимых конструктивных признаков, является повышение точности измерений за счет применения конической оправки, обеспечивающей сокращение разности напряженных состояний в верхней и нижней частях кольцевого образца, а также выполнения на верхнем торце стола цилиндрического паза с установленным в нем диском для размещения образца, что позволяет обеспечить соосность образца и оправки.
Конструкция устройства для исследования эксплуатационных характеристик труб поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан внешний вид устройства (вид спереди); на фиг. 2 - крепление основных узлов на раме электромеханической испытательной машины (вид по А-А на фиг. 1); на фиг. 3 - конструкция конической оправки; на фиг. 4 - конструкция стола; на фиг. 5 - схема крепления тензорезистора на исследуемом кольцевом образце; на фиг. 6 - упрощенная структурная схема измерительного блока.
1
1
Устройство для проведения исследований эксплуатационных характеристик труб имеет следующую конструкцию. Его основу составляет электромеханическая универсальная испытательная машина, состоящая из рамы с установленными на ней двумя вертикальными колоннами 1, на верхней неподвижной траверзе 2 которой посредством резьбового соединения закреплена втулка 3, а на нижней подвижной траверзе 4 - стол 5. Во втулке 3 закреплена коническая оправка 6, а в цилиндрическом закрытом пазе 7, выполненном на верхнем торце стола 5, установлен диск 8 для размещения на нем исследуемого кольцевого образца трубы 9. Дополнительно устройство снабжено измерительным блоком 10, к которому подключены тензометрический датчик 11, установленный между столом 5 и нижней траверзой 4, и тензорезистор 12, выполненный с возможностью закрепления его на исследуемом образце 9. В качестве основы устройства может быть использована одна из известных испытательных машин, соответствующих классу 0,5 ISO 7500-1, например модели LFMZ-100 kN. ( Электромеханические испытательные машины серии LFMZ 20-400 кН с центральным приводом // Мелитек. Механические испытания URL: http://www.melytec.ru/production/mechanicaltest/testing/staticel/ (дата обращения: 14.11.2016)).
Для повышения технологичности конструкции установки и обеспечения возможности быстрого монтажа ее основных узлов наружные поверхности втулки и стола целесообразно выполнить цилиндрическими, содержащими четыре глухих радиальных отверстия под гаечный ключ 13, расположенных друг относительно друга под углом 90°. Для обеспечения реализации наиболее эффективных методов исследований кольцевых образцов труб коническая оправка может быть выполнена с конусностью 1:10, что обеспечивает возможность испытаний стальных образцов с твердостью до 50 HRC, или с конусностью 1:20, что обеспечивает возможность испытаний стальных образцов с твердостью до 60 HRC.
Измерительный блок устройства выполнен в виде микропроцессорной системы, содержащей микроконтроллер 14, включающий в себя микропроцессор 15, память программ и данных, энергонезависимую память (не показаны), а также набор периферийных устройств, подключенных к микропроцессору. Набор периферийных устройств включает в себя универсальные двунаправленные порты ввода-вывода 16, не менее двух аналого-цифровых преобразователей 17, а также универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик 18, обеспечивающий возможность передачи результатов исследований на персональный компьютер. К портам ввода-вывода 16 подключены: вход системы управления электродвигателем, клавиатура 19 и TFT-дисплей 20, а к аналого-цифровым преобразователям 17, соответственно, тензометрический датчик 11 и тензорезистор 12.
Устройство работает следующим образом. Предварительно в соответствии с ГОСТ 11706-66 от конца трубы, которая подвергается испытанию, отрезают образцы высотой от 10 до 16 мм. Плоскость среза должна быть перпендикулярной оси кольца, острые кромки на торцах затуплены, а заусенцы удалены. Рекомендуемое число образцов для проведения исследования составляет не менее десяти, что позволяет сформировать малую репрезентативную выборку объектов, повысить точность измерений и достоверность их результатов.
Полученные таким образом образцы используют в испытаниях. При каждом из них коническую оправку 6 предварительно смазывают консистентной смазкой, затем стол 5 закрепляют на нижней подвижной траверзе 2, предварительно установив на нее тензометрический датчик 11, а втулку 3 закрепляют на верхней неподвижной траверзе 4. В закрытый паз 7 стола 5 устанавливают диск 8, а на него соосно оправке устанавливают кольцевой образец трубы 9. Далее на образце 9 клеевым способом закрепляют тензорезистор 12, после чего выходы упомянутых датчиков подключают к входам аналого-цифровых преобразователей измерительного блока 10, а его силовой выход 14 подключают к электродвигателю испытательной машины (не показан).
С помощью измерительного блока 10 выбирают схему испытаний: «до разрыва» или «до определенной величины раздачи». Приводят в действие электродвигатель машины, контролируя скорость движения стола 5, которая в соответствии с ГОСТ 11706-66 не должна превышать 30 мм/с.
Во время движения стола измерительный блок 10 с помощью тензометрического датчика 11 и тензорезистора 12 непрерывно фиксирует усилие, прилагаемое к образцу 9, и степень его деформации, сохраняя полученные результаты измерений в энергонезависимой памяти для дальнейшей обработки, а TFT-дисплей 20 измерительного блока 10 отображает моментальные значения измерений.
Момент окончания испытания автоматически определяет измерительный блок, останавливая при этом электродвигатель. Алгоритм принятия решения об остановке заключается в следующем: в случае применения схемы «до определенной величины раздачи» эксперимент останавливается при достижении кольцевым образцом определенной степени деформации, зафиксированной тензорезистором, а в случае применения схемы «до разрыва» его разрушение фиксируется по падению нагрузки на тензометрический датчик.
После окончания испытаний всей серии из десяти кольцевых образцов с помощью программного обеспечения измерительного блока 10 выполняют процедуру статистической обработки механических испытаний, включающую вычисление выборочных характеристик, построение гистограммы распределения частот и восстановление кривой теоретического нормального распределения для измеренной величины максимального усилия, приложенного к образцу, а также диаграммы зависимости усилия от вертикального перемещения конической оправки при раздаче кольца [3].
При этом упомянутые графики могут быть отображены на TFT-дисплее 20 измерительного блока 10 или переданы на персональный компьютер посредством синхронно-асинхронного приемопередатчика 18 для их дальнейшей обработки.
Источник информации
1. ГОСТ 11706-78. «Трубы. Метод испытания на раздачу кольца конусом». М.: Изд-во стандартов, 1978. 4 с.
2. RU 2422797 C2, Российская Федерация, МПК G01N 3/10. Машина испытательная гидравлическая / Бугаец А.И. [RU], Кравченко А.Ф. (RU], Потаенко Е.Н. (RU), Чиликов С.М. (RU), Олейников Е.А. (RU); заявитель и патентообладатель ООО «НИКЦИМ Точмашприбор» (RU) №2009133153/28; заявл. 03.09.2009; опубл. 27.06.2011.
3. Степнов М.Н. Статистическая обработка результатов механических испытаний. - М.: Машиностроение, 1972. - 230 с.