Відцентровий стенд для випробування на розтягання зразків крихких гірських порід та інших крихких матеріалів при плоскому напруженому стані

Реферат: UA 75471 U UA 75471 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до випробувальної техніки і може бути використана при випробуванні зразків крихких гірських порід і інших крихких матеріалів при плоскому напруженому стані. Відома відцентрова установка для випробування зразків матеріалів при плоскому напруженому стані (розглядаємо як аналог) [1]. Установка складається з опорної кільцевої рами, котра установлена на обертовій платформі, що змонтована на фундаменті, приводу обертання платформи, інерційних мас у вигляді пружних кілець; через пружні кільця і опорну раму проходять радіальні тяги, котрі одним кінцем кріпляться до найбільше віддаленого від центру установки кільця, а іншим - через захоплювач до досліджуваного зразка. Одночасно пружні кільця розміщені на радіальних напрямних, уздовж котрих за рахунок шліцьового з'єднання пружних кілець і опорних елементів з радіальними тягами, вони або вільно переміщуються по всій довжині напрямних, або кожне з кілець фіксується опорним елементом, закріпленим на тязі; до початку роботи відцентрової установки можливе навантаження зразка за допомогою натяжних гайок. Недоліком установки є передача навантаження на досліджуваний зразок матеріалу виконується через захоплювальні пристрої, що складно реалізувати у випадку дослідження зразків крихких матеріалів. Відома відцентрова установка для випробування дисків компресорів авіаційних двигунів і інших подібних деталей і вузлів з метою визначення характеристик їх міцності при повторному статичному навантаженні відцентровими силами в умовах, близьких до умов експлуатації [2], яку розглядаємо як найближчий аналог. Установка складається з вакуумної камери, установленої на 3-х опорах на фундаментній плиті, корпусу несучих підшипників з установленими в ньому підшипниками з демпферними пристроями і несучим валом для монтажу і утримування досліджуваних обертових дисків в положенні навантаження, приводу обертання дисків в складі електродвигуна і мультиплікатора. Особливості роботи установки: при розгоні ротора відцентрові силі обода диска з лопатками навантажують полотно диска, яке знаходиться в плоскому напруженому стані; розгін може продовжуватись до повного руйнування диска, що дає можливість визначити його граничну несучу здатність, або до певного рівня частоти обертання з повторюванням навантаження, що дає можливість визначати кількість повторних статичних навантажень (запусків) до появи тріщин, швидкість зростання тріщин і кількість повторних статичних навантажень (запусків) до повного руйнування диска, тобто визначити його ресурс за повторними навантаженнями до певного рівня діючих в його полотні напружень. Недоліком найближчого аналога: а) навіть при ідеально збалансованому вихідному стані ротора при його навантаженні в полі відцентрових сил з часом з'являється дисбаланс, постійна чи періодична вібрація всієї конструкції, яка впливає на стан матеріалу досліджуваного зразка і, як наслідок, - на отримувані результати; б) традиційно використовувані способи з'єднання елементів конструкції досліджуваного ротора між собою і з несучим валом установки (зварні, заклепкові, штифтові та болтові) непридатні для використання для установки на стенд зразків крихких гірських порід і інших крихких матеріалів. Розробка конструкції корисної моделі передбачає виключення впливу на напружений стан досліджуваних зразків крихких матеріалів при випробуванні на розтягання при плоскому напруженому стані захоплювальних пристроїв. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення конструкції найближчого аналога. Поставлена задача вирішується тим, що відцентровий стенд для випробування на розтягання зразків крихких гірських порід та інших крихких матеріалів при плоскому напруженому стані, що містить вертикальний вал в підшипниках, який несе обертову платформу з касетою, яка має форму, що відповідає формі в плані вмонтованого в неї випробовуваного зразка, одного чи кількох, розташовану в вакуумній камері, привід обертання платформи, обмежувач амплітуди та демпфер коливань обертової платформи, системи: змащування підшипників, вакуумну та керування розгоном обертових зразків, у якому згідно з корисною моделлю до несучого вала за допомогою сферичного шарніра підвішений маятниковий вал, до якого також за допомогою сферичного шарніра підвішена за схемою гіроскопічного маятника з параметрами незбурюваного або близькими до незбурюваного, обертова платформа із спеціальною касетою, у якій встановлений плоский зразок чи кілька плоских зразків. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на якому представлене спрощене схематичне зображення конструкції відцентрової установки, що пропонується. На масивній основі 1 закріплена нижня кришка 2 і корпус циліндричної вакуумної камери 3 з верхньою кришкою 4. На верхній кришці змонтовані корпус підшипників 5 несучого вала 1 UA 75471 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 установки, мультиплікатор 6 частоти обертання платформи з касетою та зразком, приводний електродвигун 7 з датчиком тахометра основним 8 та резервним 9. Нижній кінець несучого вала 10 через верхній шарнір з пальцем 11 з'єднується з маятниковим валом 12, до якого через нижній шарнір з пальцем 13 підвішена обертова платформа 14 з касетою 15 та установленим в ній досліджуваним зразком 16, який утримується загвинченою в корпус касети кришкою 21. Підвісна частина конструкції ротора в складі нижнього шарніра 13, платформи 14, касети 15 та зразка 16 та є гіроскопічним маятником. Його розміри і розподіл мас встановлюють на основі визначення масово-геометричних характеристик деталей та їх корегування для забезпечення незбурюваності руху маятника і узгодження з характеристиками всієї конструкції. Можливі незначні коливання обертової платформи в період пуску установки та при руйнуванні зразка обмежуються і гасяться обмежувачем-демпфером 17. Електричні сигнали про стан зразка (зруйнований чи незруйнований) передаються оператору на пульт керування через струмознімач 19, з'єднаний з обертовою платформою еластичною муфтою 18. Якщо опір повітря при обертанні платформи в закритій камері створює помітні перешкоди, вакуумний насос 20 забезпечує залишкове розрідження повітря, що відповідає висоті ртутного стовпчика 15 мм. Запропоноване удосконалення конструкції забезпечує можливість отримання такого технічного результату: - відсутність пружного опору роторної системи при зміні положення обертових елементів конструкції ротора відносно вертикальної осі обертання, викликаного появою дисбалансу; - відсутність пружних коливань елементів конструкції роторної системи внаслідок відсутності пружного опору при появі переміщень обертової платформи; - відсутність втоми елементів конструкції несучого вала та його втомного руйнування внаслідок відсутності пружних коливань, що забезпечує підвищення надійності розгінного стенда. Касета для досліджуваного зразка складається з циліндричного корпусу, який кріпиться до платформи 14 двома стійками 24 і закривається кришкою 21 (елемент І). В касету вкладається демпферна вставка 22 з зовнішньою циліндричною боковою поверхнею і внутрішньою такою, яка відповідає формі зовнішньої поверхні досліджуваного зразка матеріалу. Зазор  визначається величиною граничної очікуваної радіальної деформації досліджуваного зразка з невеликим запасом, він не повинен закритись до руйнування зразка. При монтажі в касету рівномірність ширини зазору  по контуру зразка забезпечується спеціальними шаблонними пластинками, які вставлені в зазор через спеціальні отвори в кришці або в днищі касети (на кресленні отвори не показані). На донну поверхню касети та на поверхню кришки по центру приклеюються прокладки 23, а при збиранні касети до цих прокладок також по центру приклеюються поверхні зразка. Ця операція забезпечує центрування зразка в касеті під час навантаження. При руйнуванні зразка його частини «падають» на внутрішню поверхню демпферної вставки 22, матеріал якої вибирають з розрахунку максимального розсіювання енергії кусків зразка при співударянні і виключення їх подальшого руйнування з метою збереження для аналізу. Джерела інформації: 1. Информация о технологии. Коди ГРНТИ: 550981. Наименование: Центробежная установка для испытания образцов при плоском напряженном состоянии. Дата регистрации: 13.03.2004. Область применения: Методы и оборудование для испытания материалов. 2. Установка для исследования малоцикловой усталости вращающихся конструкций. Балюк А. Д., Баженов В. Г., Артемчук В. Я. - Проблемы прочности, 1980. - № 8. - С. 115-118. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Відцентровий стенд для випробування на розтягання зразків крихких гірських порід та інших крихких матеріалів при плоскому напруженому стані, що включає вертикальний вал в підшипниках, який несе обертову платформу з касетою, яка має форму, що відповідає формі в плані вмонтованого в неї випробовуваного зразка, одного чи кількох, розташовану в вакуумній камері, привід обертання платформи, обмежувач амплітуди та демпфер коливань обертової платформи, системи: змащування підшипників, вакуумну та керування розгоном обертових зразків, який відрізняється тим, що до несучого вала за допомогою сферичного шарніра підвішений маятниковий вал, до якого також за допомогою сферичного шарніра підвішена за схемою гіроскопічного маятника з параметрами незбурюваного або близькими до 2 UA 75471 U незбурюваного, обертова платформа із спеціальною касетою, у якій встановлений плоский зразок чи кілька плоских зразків. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3