Універсальна малогабаритна навантажувальна установка для випробувань зразків конструкційних матеріалів

Універсальна малогабаритна навантажувальна установка для випробувань зразків конструкційних матеріалів, до складу якої входять основа, колони, верхня нерухома траверса з розміщеним на ній механічним редуктором, які разом складають жорстку раму машини, опори, динамометр, що виготовлений у вигляді порожнистого циліндра з наклеєними на ньому тензорезисторами, вимірю 3 тичного стрибкоподібного підростання тріщини всередині зразка локально вздовж фронту втомної тріщини за допомогою явища АЕ. Поставлене завдання вирішують таким чином, що універсальну малогабаритну навантажувальну установку для випробування зразків конструкційних матеріалів виготовлено із таких автономних, об'єднаних єдиною метою і з'єднаних між собою частин, які становлять одне ціле: основи, на якій встановлено колони, що разом із верхньою траверсою створюють жорстку раму. На верхній нерухомій траверсі розташовано силозбуджувач, виконаний у вигляді компактного шнекового редуктора, шестерня-гайка якого приводить в рух навантажувальний гвинт для створення зусилля розтягання, стискання чи кручення. Щоб забезпечити кручення у навантажувальному гвинті та шестерні шнекового механізму, яка одночасно є гайкою навантажувального гвинта, зроблено пази, в які вставляють шпонку. З метою мінімізації фонових завад під час проведення випробувань вінець шестерні виконано зі сплаву з покращеними фрикційними характеристиками. З метою забезпечення мінімізації габаритних розмірів тензометричний динамометр розміщено у спеціально передбаченій порожнині нижньої частини гвинта, а вимірювання переміщень відбувається за допомогою балки рівного опору, яка змонтована у вигляді окремого вузла на верхній траверсі. Приводом силозбудження слугує електродвигун з муфтою або ж у випадку необхідності - ручне силозбудження. У порівнянні з аналогом та прототипом універсальна малогабаритна навантажувальна установка дає можливість точніше встановлювати механічні характеристики досліджуваних конструкційних матеріалів, а використання спеціальної конструкції редуктора для навантаження, робить зайвим застосування розривної машини важільного типу з верхнім розташуванням важеля. Окрім цього, згадана конструкція редуктора дозволяє створювати зусилля кручення та забезпечує низький фоновий рівень шумів, що дозволяє застосовувати метод акустичної емісії під час випробувань конструкційних матеріалів, забезпечуючи при цьому високу точність визначення початку руйнування та кінетику його розвитку. Це дає змогу в кінцевому результаті проводити точніші розрахунки надійності деталей та вузлів конструкцій, котрі працюють безпосередньо у виробничих умовах. На фіг. 1 показано структурну схему установки, на фіг. 2 - конструкцію редуктора, а на фіг. 3 загальний вигляд установки. Універсальна малогабаритна навантажувальна установка складається з таких вузлів та пристроїв (фіг. 1): ручного силозбуджувача 1, шнекового редуктора 2, шестерні 3, виконаної як гайка для навантажувального гвинта 4, кульових опор 5 та 7, тензометричного динамометра 6, індентора 8, що контактує зі зразком досліджуваного матеріалу 9, опор 10, тензометричного перетворювача переміщень 11, електроприводу 12 типу ЭТОШ-2 та клиновидної пасової передачі 13, 14, через підключення їх до шнекового редуктора 12 за допомогою муфти 15, 16, 17, перехідника 18, опори 19, 55217 4 важеля 20, захопів 21,23 для зразка на розтяг чи кручення 22. В свою чергу, основна механічна і невід'ємна частина універсальної малогабаритної навантажувальної установки - шнековий редуктор (фіг. 2) у своєму складі має: вісь-гайку 24, навантажувальний гвинт 25, фланець шнекового колеса 26, обод шнекового колеса 27, шнек 28, шпонку-перемикач 29, підшипники 30, 31, фланці підшипників 32, 33, нижню основу 34, верхню основу 35, боковини корпусу 36. Універсальна малогабаритна навантажувальна установка для випробувань зразків конструкційних матеріалів працює таким чином. За допомогою ручного силозбуджувача 1 (фіг. 1) зусилля навантаження через шнековий редуктор 2 передається на шестерню-гайку 3. Обертаючись, вона за принципом гвинтового механізму передає зусилля на ходовий гвинт 4, який через кульову опору одним кінцем зв'язаний із тензометричним динамометром 6, а іншим - із тензометричним перетворювачем переміщення 11. Із динамометра 6 через кульову опору 7 зусилля навантаження передається на індентор 8, а відтак на зразок 9, який розміщений на спеціально розроблених відповідно до конструкційних і силових параметрів установки опорах 70. Така схема використовується у випадку випробувань зразків матеріалів згином або стисканням. У випадку проведення випробувань зразків на розтяг чи скрут застосовується комплект захопів 21, 23 (фіг. 1) у відповідності до типу зразка 22, а зусилля розтягу створюється за допомогою перехідника 18, важеля 20, опори 19. Всі додаткові елементи (18-23) установки під час випробувань зразків розтяганням встановлюються у спеціальних гніздах основи. Аналогічно за допомогою спеціальних перехідників та захопів реалізується схема кручення. Для цього потрібно провести відповідне перемикання пари шестернягайка 26 -ходовий навантажувальний гвинт 27 в шнековому редукторі 2 шпонкою 29. За необхідності використання довготривалих циклічних випробувань передбачено використання електромеханічного механізму, що складається із електроприводу 12 типу ЭТОШ-2 та клиновидної пасової передачі 13, 14 через підключення їх до шнекового редуктора 2 за допомогою муфти 15, 16, 17. Для зниження шумових (фонових) властивостей вузлів установки у кожному експериментальному циклі проводять такі заходи. Перед початком проведення досліджень виконують опресування вузлів шляхом створення зусиль навантаження, котрі перевищують максимальні у даному експерименті на 30-40 % (використання ефекту Кайзера [3]). Застосовуючи цей ефект для зниження шумового фону поверхонь зразка, які спрягаються із деталями установки, проводиться навантаження зашунтованих зразків перед їх випробуваннями [4]. Загальний вигляд установки показано на фіг. 3. Універсальна малогабаритна навантажувальна установка для випробувань зразків конструкційних матеріалів призначена для досліджень характеристик міцності і тріщиностійкості матеріалів 5 за сигналами АЕ та відрізняється від аналога і прототипу такими показниками. 1. Як силозбуджувач використовують як ручний так і електропривід. Перший широко апробований дослідниками і хоч не дозволяє забезпечувати великі зусилля та здійснювати складні режими навантаження, зате є дуже ефективним у випадку проведення досліджень на зразках невеликих нето-перерізів. А це, в свою чергу, дозволяє економити матеріальні ресурси. 2. В установці зведено до мінімуму кількість рухомих деталей і вузлів, а місця їх спряження мають підвищені антифрикційні показники і шумовий захист, що здійснюється шляхом підбору відповідного типорозміру підшипників, матеріалу пар тертя, тефлонових прокладок і та ін. 3. Спеціально розроблена конструкція шнекового редуктора дозволяє реалізувати навантаження зразків окрім стискання та розтягання додатково за механізмом поздовжнього зсуву (кручення), що задовольняє вимоги універсалізації установки. 4. В установці передбачена можливість проводити спостереження за боковою поверхнею зразка під час проведення експериментальних робіт через вмонтований мікроскоп типу МБС-9, який забезпечує оптичний контроль за розвитком тріщини у п'ятьох діапазонах збільшення. 5. Механізм ручного приводу передбачає можливість підключення до нього електроприводу типу ЭТ0Ш-2 і за його допомогою здійснювати електромеханічне силозбудження, що розширює діапазон застосування установки для випадку циклічних випробувань. 6. В установці передбачена можливість тарування тензометричних перетворювачів розкриття берегів тріщини і переміщення індентора з точністю до 0,01 мм за допомогою відповідних насадок на навантажувальний гвинт. Наведене вище дає підстави стверджувати про кращі технічні параметри установки з точки зору застосування методу АЕ у порівнянні із машинами та установками серійного виготовлення: УМЭ-10ТМ, Р-10, Р-15, УРС-20/20, УРС-50/50, FP100/1, ЦЦМПу-200, EUS-40 і ін. Особливо відчутні ці переваги в діапазоні низьких значень величин 55217 6 навантаження і переміщень, коли у серійних засобів настає нелінійність шкал і низька чутливість силовимірювача. Технічні характеристики установки Види навантаження, що реалізуються за допомогою установки: стиск, розтягання, кручення. Максимальні величини зусилля навантаження: розтягання - 40 кН; згин - 25 кН; кручення - 20 кН. Види силозбудження: ручний, електромеханічний. Інформативні параметри аналогових сигналів тензометричних перетворювачів: - величина зусилля навантаження; - величина переміщення штока індентора; - розкриття берегів тріщини (перетворювачі входять до комплекту установки). Додаткові функціональні можливості: а) тарування тензометричних перетворювачів; б) оптичне спостереження за боковою поверхнею зразка за допомогою мікроскопу МБС-9 і оптичне вимірювання величини пластичної зони або підростання тріщини Габаритні розміри: 300×500×675 мм Вага 520 Н Таким чином, компактність установки і широкий спектр функціональних можливостей дозволяють широко використовувати її для досліджень статичної та циклічної тріщиностійкості матеріалів за сигналами АЕ в лабораторних умовах різноманітних дослідницьких центрів та заводських лабораторій. Список використаної літератури: 1. Золоторевский B.C. Механические испытания и свойства металлов. / Под ред. И.И. Новикова. - М.: Металлургия, 1974. - 302 с. 2. www.instron.com [Електронний ресурс] 3. Скальський В.Р., Коваль П.М. Акустична емісія під час руйнування матеріалів, виробів і конструкцій. Методологічні аспекти відбору та обробки інформації. - Львів: Сполом, 2005. - 396 с. 4. Авторское свидетельство 879373 СССР. МКИ: G01 N3/00. Способ механических испытаний образцов на прочность / С.И. Микитышин, П.М. Грицишин. - Опубл. 07.11.81 г. Бюл. № 41. 7 55217 8 9 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 55217 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601