Система для испытаний прочности при изгибе ледяных консольных балок на плаву
BENDING STRENGTH TEST SYSTEM FOR ICE CANTILEVERS BEAMS FLOATING

Система для испытаний прочности при изгибе ледяных консольных балок на плаву относится к оборудованию и измерительной технике и может быть применена для определения характеристик прочности консольных балок при изгибе воздействием вниз, изготовленных в естественном ледяном покрове морских и пресных водоемов. Такие данные могут быть необходимы при проектировании и строительстве ледостойких сооружений в замерзающих морях, при проведении транспортных операций на покрытых льдом водоемах, а также при проектировании судов ледового класса.
Известен комплекс оборудования и устройств, в котором нагружение консоли обеспечивается при помощи механического или гидравлического домкратов [1]. Домкрат устанавливается на свободный конец консоли. Выдвигающийся шток домкрата через динамометр или электрический измеритель силы упирается в перекладину фермы, которая жестко закрепляется на ледяном поле над свободным концом консоли с помощью металлических стоек, снабженных ледошурупами. При помощи динамометра измеряется сила, действующая на свободный конец консоли вплоть до ее слома у закрепленного основания.
Недостаток указанного устройства заключается в том, что гидравлический домкрат имеет существенный вес, а его установка на свободный конец консоли создает дополнительную нагрузку и уменьшает точность испытаний прочности консоли при изгибе. Воздействие на свободный конец консоли ручным домкратом не обеспечивает постоянную скорость выдвижения штока и плавного нагружения консоли, что снижает качество результатов испытаний. Ручным способом невозможно осуществить воздействие на консоль с разными постоянными скоростями нагружения.
Известно оборудование, принятое за прототип, где нагружение свободного конца консольной балки обеспечивается рычажным устройством [1]. При этом короткий конец рычага своей нижней поверхностью опирается на динамометр, размещенный на свободном краю консоли, а верхней поверхностью свободно упирается в перекладину фермы, закрепленной на ледяном поле у свободного конца консоли двумя стойками с ледошурупами. При этом рычаг никак не связан с перекладиной фермы, а нагружение производят ручным способом, при воздействии на длинный конец рычага вплоть до слома консоли у закрепленного основания.
Недостатком такого оборудование является возникновение неконтролируемых смещений или срывов рычага при нагружении консоли, что приводит к сбоям при проведении испытаний. Ручной способ воздействия на рычажное устройство не обеспечивает постоянство скорости нагружения консоли.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении надежности и точности измерений характеристик прочности льда при изгибе консольной балки воздействием вниз. Указанный технический результат достигается тем, что воздействие на свободный конец консоли при изгибе вниз осуществляется телескопическим рычагом, опирающимся на ось, вставленную в опорную вилку, которая жестко соединена с ледошурупом, вкручиваемым в ледяной покров, вмещающий консоль, что обеспечивает надежное воздействие на свободный конец консоли. Короткое плечо рычага воздействует на электронный динамометр сжатия, установленный на свободном краю консольной балки, а на длинное плечо рычага воздействие передается при помощи гидравлического нагрузочного домкрата, рабочий шток которого выдвигается с постоянной скоростью, что повышает точность, проводимых испытаний. Телескопичность рычага уменьшает его транспортировочные размеры и позволяет не увеличивать мощность нагрузочного домкрата при проведении испытаний консолей, изготовленных во льду разной толщины. Постоянство скоростей выдвижения рабочего штока нагрузочного домкрата обеспечивается применением гидростанции, снабженной регулятором потока, который позволяет выставлять заданную скорость выдвижения штока домкрата в определенном диапазоне скоростей.
Состав предлагаемой конструкции приведен на фиг. 1, где изображена схема нагружения консольной балки 1 через динамометр сжатия 2 при помощи телескопического рычага 3. Телескопический рычаг 3 опирается на ось 4, вставленную в опорную вилку 5, которая жестко соединена с ледошурупом 6, вкрученным в ледяной массив 7. Под выдвижную часть рычага 3 устанавливается нагрузочный домкрат 8, который рукавами соединяется с выносной гидростанцией, снабженной регулятором потока (на фиг. 1 не указан). Такая гидростанция позволяет выставлять заданную скорость выдвижения штока нагрузочного домкрата 8 в определенном диапазоне скоростей. Измерение перемещения свободного конца консольной балки 1 относительно вмещающего ледяного массива 7 от начала нагружения до разрушения осуществляется при помощи датчика перемещения 9. Датчик перемещения 9 соединен электрокабелем с регистратором (на фиг. 1 не указан).
Система для испытаний прочности при изгибе ледяных консольных балок на плаву работает следующим образом. При испытаниях с приложением нагрузки вниз монтируют установку с телескопическим рычагом 3 (фиг. 1). Для этого в ледяное поле 7 со стороны свободного края консольной балки 1 вкручивают ледошуруп 6 и на него закрепляют опорную вилку 5, в которую вставляют рычаг 3 и скрепляют его с вилкой 5 осью 4. Короткий конец рычага опирается на динамометр сжатия 2, установленный на свободном краю консольной балки. Под длинный конец телескопического рычага устанавливают нагрузочный домкрат 8, который соединяют рукавами с выносной гидростанцией, снабженной регулятором потока (на фиг. 1 не указаны) для задания постоянной скорости нагружения консольной балки 1. Динамометр сжатия 2 соединяется с регистратором электрокабелем (на фиг. 1 не указаны). Нагружение консольной балки вплоть до ее слома в ее основании осуществляется при подаче давления в нагрузочный домкрат и выдвижении штока. Использованные источники:
1. Смирнов В.Н., Шушлебин А.И., Ковалев С.М., Шейкин И.Б. Методическое пособие по изучению физико-механических характеристик ледяных образований как исходных данных для расчета ледовых нагрузок на берега, дно и морские сооружения. СПб. ААНИИ. 2011, с. 178.