УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ПРУЖИН НА УСТАЛОСТЬ

Полезная модель относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность упругих элементов и в частности пружин.
Учитывая условия работы пружин, их подвергают динамическим испытаниям. При этом получают ее усталостные характеристики, чем также контролируется продукция. Выполняют этот процесс чаще всего в режиме заданной величины деформации пружины. Механизмы для деформации используются различных видов. При испытаниях на усталость пружин сжатия, например, для возвратно-поступательного движения используются механизмы кривошипно-кулисного, кривошипно-шатунного, кривошипно-эксцентрикового типа.
Известно устройство для испытания пружин на усталость, которое предназначено для прочностных испытаний пружин небольшого размера на высокой частоте процесса сжатия-растяжения (пат. US №3733895, G01N 3/26, от 1.09.1970). Здесь для исключения разбалансировки кривошипного вала с эксцентричными дисками считают моменты масс. На этой основе вводом дополнительных масс исключают разбалансировку и его вибрации при высоких скоростях. Конструкция устройства получается достаточно сложной.
Известен стенд для испытания упругих элементов на усталость, содержащий основание с направляющей, две опоры для закрепления одного из концов соответствующих упругих элементов (в данном случае амортизаторов), размещенный в направляющей ползун с подвижными опорами для крепления вторых концов соответствующих упругих элементов, и привод перемещения ползуна, включающий кривошипный механизм, палец которого связан с ползуном (Авт. свид. СССР №1401328, G01M 17/04, от 25.02.1986). Снижение динамических нагрузок достигается их испытанием в противофазе. Недостатком известного стенда является большая энергоемкость используемого привода и необходимость определенной доработки для испытаний пружин.
Известна установка для испытания образцов на усталость (А.с. №1504560, G01N 3/32, от 20.01.1988). Установка содержит основание, установленные на нем эксцентриковый привод возвратно-поступательного перемещения, захваты для образца, связанные с шатуном привода, инерционные грузы, предназначенные для взаимодействия с захватами. Недостаток установки состоит в том, что она требует энергоемкого привода.
Также известна установка для испытания пружин на усталость, содержащая вертикальное основание, привод возвратно-поступательного перемещения рычага, действующего на держатель пружины (пат. US №2350722, G01N 3/34, G01N 3/32, от 06.04.1942 г.). Установка имеет возможность автоматически поддерживать постоянную нагрузку по мере изменения свойств пружины. Однако она предусматривает длительный цикл испытаний только одной пружины. То есть решение имеет также относительно высокую энергоемкость привода. Кроме того, здесь не контролируются другие необходимые параметры испытаний.
Имеется решение, предусматривающее автоматическое поддержание усилий предварительного поджатия при испытании четырех пружин на соответствующем вертикальном стенде (А.с. №457002, G01M 17/04, от 05.04.1971). Стенд содержит привод с использованием кривошипно-шатунного механизма и регулируемого эксцентрика, направляющие колонны с неподвижной траверсой и станину. На траверсе и станине установлены устройства для автоматического поддержания статических усилий при испытаниях упругих элементов. Решение использует принцип работы в противофазе. Однако имеет непростую конструкцию и недостаточно полное использование противофазного принципа. А поэтому требуется достаточно энергоемкий привод.
Техническое решение, реализованное в машине мод. К4 фирмы Georg Reicherter (DE), предлагает попарное смещение кривошипов на приводном валу на 180°, что также позволяет испытывать пружины в противофазе ("Испытательная техника", т.2, М., Машиностроение, 1982, стр.126). Однако степень контролируемости параметров испытаний не описана. А сдвиг на указанную величину также оставляет необходимость иметь достаточно энергоемкий привод.
Имеется техническое решение, в котором также используется противофазный привод на испытуемую пару пружин (пат. RU №2336516, G01M 17/04, от 02.05.2007). Здесь в передаточном механизме имеется ползуном (непосредственно воздействующим на пружины), а на оси передаточного механизма закреплено большое зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с малым зубчатым колесом, установленным на раме, при этом на малом зубчатом колесе установлен уравновешивающий груз (дебаланс). Этот груз использован, чтобы поглощать накопленную при сжатии пружин энергию, а вес рассчитан из условия равенства моментов, создаваемых на валу кривошипного механизма. Механизм достаточно громоздок.
Кроме этого, есть предложение, в котором процесс сжатия растяжения одновременно пары или нескольких пар пружин выполняется в держателе с подвижной средней частью (пат. US №6931941, G01N 3/32, от 2.09.2004). Это решение имеет элементы от предыдущего решения и его недостатки аналогичны. Сведений о контроле самого процесса испытаний не приводится.
Предложена также установка, принятая в качестве наиболее близкого решения, для усталостных испытаний пружин, в которой привод выполнен в виде эксцентрично смещенного вала вращающего диск в подшипнике, на наружной поверхности которого расположено кольцо с выступами для вращающегося узла (рычага) воздействия на пружину (Л.М.Школьник, "Методика усталостных испытаний", М., Металлургия, 1978, стр.227). Сам держатель пружины крепится на корпусе с возможностью поворота, а пружина сжимается узлом при перемещении последнего от привода. Недостатком надо признать неудобства при установке пружины и недостаточность компенсации вращательного момента. Ввиду вышеописанного и возникает необходимость дальнейшего усовершенствования конструкций установок для испытания пружин на усталость.
Задачей, решаемой заявляемой полезной моделью является создание экономичной установки по испытаниям упругих элементов и в частности пружин на усталость путем понижения (уменьшения) энергоемкости привода и контроля ряда параметров.
Решение заключается в том, что в установке привод выполнен в виде вала, на котором расположены эксцентричные диски с держателями образцов, каждый из которых по противоположным сторонам связан с соответствующим местом на основании с возможностью поворота на некоторый угол, при этом диски расположены таким образом, что для сжатия одной из пружин используется сила распрямления других пружин, при чем на протяжении цикла испытаний в соответствии с программой периодически выполняется контроль сил, деформаций, мощности используемого привода.
Кроме того, установка содержит количество мест для испытаний не менее четырех. Кроме того, для периодического контроля сил предусмотрен механизм подвода датчика сил, который выполнен в виде пневмо или гидравлического привода. Кроме того, предусмотрен останов испытаний при превышении определенного уровня мощности. Далее предусмотрено использование редуктора для подготовительных операций при установке пружин.
Отличие предлагаемого решения от прототипа состоит в том, что применяют, по крайней мере, один дополнительный эксцентриковый привод, при этом приводы расположены на одной оси последовательно друг за другом. Это создает уменьшенный размах моментов сил при повороте вала привода. Это доказывает новизну и существенность отличий предлагаемого решения от прототипа.
На рисунке представлена схема одного из мест установки для испытания пружин на усталость.
Установка содержит основание 1, установленные на нем вал 2 привода перемещений, на котором расположен диск эксцентрика 3, на наружной поверхности которого находится подшипник 4. В свою очередь на подшипнике установлена кольцеобразная обечайка для крепления штока 5 для держателя пружины. Держатель пружины состоит из обоймы 6, на которую сверху установлена поджимная шайба 7. Обойма в свою очередь закреплена подвижно на осях, установленных в подшипниках (не показаны). Предусмотрен останов испытаний при превышении определенного уровня потребляемой мощности. Для периодического контроля сил предусмотрен механизм подвода датчика сил, который выполнен в виде пневмо или гидравлического привода. Устройства контроля, используемые в процессе испытаний на фиг.1 не приведены. Вал привода получает вращение от двигателя 8.
0
Количество мест выбиралось из расчетной диаграммы моментов от угла поворота типа приведенных на фиг.2 для 3 и 4 установочных мест. Данная зависимость имеет вид синусоиды типа М(α)=Мf(sinα.). Как видно, отклонения моментов от некоторой величины в ту или другую стороны для 4 испытуемых пружин на порядок меньше, чем для 3. То есть, три испытательных места не оптимально расходуют запасенную при сжатии энергию пружин. Поэтому в установке в ряд расположено как минимум 4 места.
Сдвиг между четырьмя местами составляет 90 градусов. При большем количестве мест для пружин соответственно меняется и эта величина. При этом требуется меньшая мощность привода вращения на испытание пружин. Нагрузка на двигатель сглаживается. Установка работает следующим образом.
В каждое установочное место устанавливают пружины, так чтобы силы предварительного сжатия были равны, с точность позволяющей это сделать примененными в установке датчиками силы. Предусмотрено также использование редуктора для подготовительных операций при установке пружин. Включают вал привода 2 и через эксцентрик 3 перемещают шток держателя 5. С этого момента совершаются его циклические повороты вокруг его оси. Обойма держателя при этом может поворачиваться в плоскости колебаний штока 5. Так как шток совершает перемещение на заданное расстояние от низшей точки до верхней, то выполняется нагружение пружины. Она периодически сжимается и приходит в исходное состояние. При этом энергия ее запасенная, способствует сжатию следующей пружины. На описанную установку выполнена конструкторская документация и проведено опробование, которое показало ее соответствие заданным техусловиям. Установка при циклическом нагружении образца обеспечивает испытания в более оптимальных условиях и характеризуется экономичностью, компактностью и надежностью.