УСТАНОВКА ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ В УСЛОВИЯХ МАЛОЦИКЛОВОГО НАГРУЖЕНИЯ ОБРАЗЦОВ ИЗ ТОКСИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
APPARATUS FOR MECHANICAL TESTS IN CONDITIONS OF LOW-CYCLE LOADING OF SAMPLES FROM TOXIC MATERIALS

Изобретение относится к механическим испытаниям, а конкретно к испытаниям токсичных материалов на растяжение в условиях малоциклового нагружения в вакууме при повышенных температурах.
Известна установка для механических испытаний материалов в различных средах при высоких температурах и давлениях (патент RU 2240531 с приоритетом от 26.02.03, опубликован 20.11.2004, G01N 3/18), которая содержит рабочую камеру с захватами для образца, механизм нагружения, нагреватель, средства подачи газовой среды и контрольно-измерительную аппаратуру, при этом стенки и фланцы рабочей камеры снабжены рубашкой охлаждения, штанги захватов образца и тоководы нагревателя имеют протоки охлаждения, с внутренней стороны рубашки охлаждения расположена теплоизолирующая конструкция, кроме того, на входе в рабочую камеру газовой среды дополнительно введены подпитывающий расширительный бачок с поршнем и регулятором подачи управляющего газа, а нагреватель выполнен в форме спирали и расположен в рабочей камере таким образом, что образец находится внутри спирали.
Недостатком известной машины является невозможность ее использования для механических испытаний образцов токсичных материалов при повышенных температурах без ее конструктивной доработки, что повлечет за собой усложнение конструкции и удорожание испытаний.
Известна установка для механических испытаний образцов из токсичных материалов при повышенных температурах (патент RU 2400728 с приоритетом от 28.09.2009), которая содержит рабочую камеру с захватами для образца, механизм нагружения, нагреватель, регистрирующую аппаратуру, рубашку охлаждения, протоки охлаждения, выполненные, по крайней мере, в одном из захватов, рабочая камера помещена в герметичный перчаточный бокс для исследования образца из токсичных материалов, регистрирующая аппаратура установлена непосредственно на рабочей части образца и на охлаждаемом захвате, механизм нагружения представляет собой рычаг с грузом, соединенный с одной стороны с захватом, а с другой - с гидравлическим домкратом с клапаном, в герметичной рабочей камере в течение периода испытаний поддерживается вакуум, сигналы с регистрирующей аппаратуры поступают на контрольно-измерительную аппаратуру, а с нее на ПЭВМ. Кроме того, захваты снабжены шарнирами, нагреватель снабжен распределителем тепла для выравнивания температурного поля, регистрирующая аппаратура состоит из дифференциально-трансформаторных датчиков измерения деформации и охлаждаемого тензодинамометра.
Недостатком известной установки является невозможность ее использования в условиях малоциклового нагружения образцов токсичных материалов.
Данная установка выбрана в качестве прототипа.
Задачей, стоящей перед авторами предполагаемого изобретения, является разработка установки для механических испытаний в условиях малоциклового (3-5 циклов) нагружения образцов из токсичных материалов при повышенных температурах с возможностью нагружения образца до заданного значения уровня деформирования и последующей разгрузки.
-2
-4
-1
Техническим результатом предлагаемого решения является возможность получения диаграмм деформирования в условиях малоциклового нагружения со скоростями деформирования в диапазоне 10-10 с с одновременной защитой персонала и окружающей среды от воздействия испытуемых токсичных материалов за счет имеющейся двойной герметизации образцов из токсичных материалов.
Технический результат достигается тем, что в установке для механических испытаний в условиях малоциклового нагружения образцов из токсичных материалов, содержащей вакуумируемую рабочую камеру с захватами для образца, механизм нагружения, представляющий собой рычаг с грузом, соединенный с одной стороны с захватом, а с другой - с гидравлическим домкратом, снабженным управляемым клапаном, нагреватель образца, протоки охлаждения, выполненные по крайней мере, в одном из захватов, регистрирующую аппаратуру, установленную непосредственно на рабочей части образца и на охлаждаемом захвате, сигналы с которой поступают на контрольно-измерительную аппаратуру, а с нее  -на ПЭВМ, согласно изобретению, груз подвешен к рычагу через металлическую проволоку, на участке которой имеются зажимы, соединенные с клеммами аккумулятора, один из которых соединен через тиристор, управляемый через блок сравнения регистрирующей аппаратурой, установленной на образце.
Рабочая камера помещена в герметичный перчаточный бокс.
Возможность осуществления малоциклового нагружения образца при растяжении достигается пережиганием металлической проволоки, на которой подвешен к рычагу груз. Это происходит при достижении заданного значения уровня деформирования испытуемого образца, который отслеживается блоком сравнения, который, в свою очередь, сравнивает уровень сигнала с датчиков измерения деформации и заранее заданное значение. При достижении заданного значения деформации образца блок сравнения посылает управляющий сигнал на тиристор, который, в свою очередь, позволяет подать напряжение с аккумулятора через зажимы на участок проволоки для подвеса груза, пережигая ее за короткое время. Таким образом, разрывается силовая цепь, и образец оказывается разгруженным. При неоднократном (3-5 раз) повторении испытания с заменой проволоки для подвеса груза достигается малоцикловое нагружение при растяжении.
-2
-4
-1
Скорости деформирования в диапазоне 10-10 с осуществляются применением домкрата с управляющим клапаном.
Защита персонала и окружающей среды от воздействия испытуемых токсичных материалов осуществляется за счет применения герметичной вакуумной камеры и герметичного перчаточного бокса.
-2
-4
-1
Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает возможность проведения механических испытаний в условиях малоциклового нагружения при растяжении образов из токсичных материалов при повышенных температурах со скоростями нагружения 10-10 с.
На фиг. 1 показан пример схемы установки для механических испытаний в условиях малоциклового нагружения образцов из токсичных материалов при повышенных температурах, где:
1 - поддон;
2 - груз;
3 - рычаг;
4 - активный захват;
5 - образец;
6 - дифференциально-трансформаторные датчики измерения деформаций;
7 - охлаждаемый захват-динамометр;
8 - гидравлический домкрат;
9 - шарниры;
10 - силовая рама;
11 - охлаждаемый кожух;
12 - нагреватель с распределителем;
13 - крышка;
14 - колпак;
15 - блок сравнения;
16 - аккумулятор;
17 - тиристор;
18 - зажимы;
19 - проволока для подвеса груза.
Рабочая камера размещена в герметичном перчаточном боксе (на фиг. 1 не показан).
В состав механизма нагружения входит рычаг 3, с одной стороны к которому присоединен активный захват 4. С противоположной стороны к рычагу 3 на поддон 1 укладывается груз 2. Груз 2 может поддерживаться гидравлическим домкратом 8 с управляемым клапаном (на фиг. 1 не показан). В исходном состоянии вес груза 2 воспринимается гидравлическим домкратом 8 полностью, вследствие чего образец 5 не нагружен. При проведении испытания гидравлический домкрат 8 разгружается, и нагрузка плавно передается от домкрата 8 на рычаг 3, а через него - на образец 5. Образец 5 закрепляется в активном захвате 4 и охлаждаемом захвате-динамометре 7 через шарниры 9. Силовая цепь через охлаждаемый захват-динамометр 7, образец 5, активный захват 4 и силовую раму 10 замыкается на крышку 13. Охлаждаемый захват-динамометр 7 одновременно является тензодинамометром для измерения усилия, прикладываемого к образцу 5. Измерение удлинения рабочей части образца 5 производится дифференциально-трансформаторными датчиками измерения деформаций 6. Охлаждаемый захват-динамометр 7 и дифференциально-трансформаторные датчики измерения деформаций 6 представляют собой регистрирующую аппаратуру. В испытаниях при повышенной температуре применяется электрический нагреватель с распределителем 12 для создания равномерного температурного поля, который позволяет производить нагрев образца 5 в интервале температур 20…600°С. Охлаждаемый кожух 11, крышка 13 и колпак 14 образуют герметичную полость для создания вакуума, предотвращающего коррозию образцов из токсичных материалов при их испытании с повышенной температурой. Вакуум в герметичной рабочей камере поддерживается в течение всего периода испытаний. В испытаниях с повышенной температурой во избежание нагрева охлаждаемого захвата-динамометра 7, расположенного в непосредственной близости к нагретому образцу 5, и связанного с этим искажения его показаний, последний охлаждается изнутри проточной водопроводной водой (на фиг. 1 не показано). Температура образца измеряется хромель-копелевой термопарой (на фиг. 1 не показана).
При нагружении образца 5 грузами 2 через рычаг 3 дифференциально-трансформаторные датчики измерения деформаций 6 регистрируют изменение электрического сигнала, величина которого однозначно связана с деформацией образца 5. Этот сигнал поступает на блок сравнения 15, в котором сравнивается величина сигнала с датчиков 6 и заранее заданное значение. По достижении сигнала с датчиков 6 до заранее заданного уровня, блок сравнения 75 подает управляющий импульс на тиристор 17, который, открываясь, позволяет подать напряжение с аккумулятора 16 через зажимы 18 на проволоку для подвеса груза 19, пережигая ее за короткое время. Таким образом, разрывается силовая цепь, образец 5 оказывается разгруженным и завершается первый цикл испытаний.
При неоднократном (3-5 раз) повторении испытания с заменой проволоки для подвеса груза достигается малоцикловое нагружение при растяжении.
Благодаря заявляемой совокупности признаков решения появляется возможность механических испытаний в условиях малоциклового нагружения образцов из токсичных материалов при повышенных температурах с возможностью нагружения образца до заданного значения уровня деформирования и последующей разгрузки.
Изготовлен опытный образец установки, испытан, результаты подтвердили работоспособность установки и получение нового технического результата.