Датчик деформації для визначення подовження зразка при розтягуванні

Реферат: Датчик деформації для визначення подовження зразка при розтягуванні містить верхню і нижню опори у вигляді втулок, які укріплені на випробувальному зразку, на відстані, рівній величині вимірювальної бази, і вимірювач переміщення, розміщений паралельно зразку між верхньою і нижньою опорами. UA 82278 U (54) ДАТЧИК ДЕФОРМАЦІЇ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ПОДОВЖЕННЯ ЗРАЗКА ПРИ РОЗТЯГУВАННІ UA 82278 U UA 82278 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до випробувальної техніки, а саме до пристроїв вимірювання подовження зразка, що випробовується. Переважна галузь застосування - механічні випробування довгомірних зразків холоднодеформованого арматурного прокату і дроту на розтягування. Нормативні документи на прокат і дріт періодичного профілю для армування залізобетонних конструкцій, поряд з властивостями міцності, регламентують ряд показників пластичних характеристик, до яких належать відносне рівномірне подовження (δ p) і відносне подовження на базі п'яти (δ5) або десяти (δ10) діаметрів зразка, а також повне відносне подовження при максимальному навантаженні (δmах). Методика визначення цих пластичних характеристик визначена стандартом ГОСТ 12004-81 "Сталь арматурна. Методи випробування на розтягування". При цьому, якщо на практиці визначення перших трьох характеристик (δ р, δ5, δ10) не викликає труднощів, так як вони визначаються на зразку після його розриву, то визначення повного відносного подовження при максимальному навантаженні (δmах), яке визначається на зразку в момент його максимального навантаження, є складним завданням. Для спрощення визначення характеристики δmах розроблено декілька типів датчиків деформації, які постійно удосконалюються. Відомий вимірювальний пристрій (патент РФ № 2280851, МПК G01N3/08 "Датчик деформації", опублікований в 2006 p.), що включає опори (ножі), які контактують з випробувальним зразком, що закріплені на взаємно рухомих телескопічних сполучених корпусах, тензочутливу пружну балочку з наклеєними тензорезисторами, пристрої пружного притиску ножів до зразка, при цьому пружна балочка одним кінцем закріплена на одному з корпусів паралельно з випробувальним зразком, а другий кінець пружною балочки спирається на похилу поверхню закріпленого на другому корпусі клина. Пристрій притиску опор до зразка виконано у вигляді втулок, закріплених за допомогою кронштейнів на кожному з корпусів, осі яких (втулок) перпендикулярні до осі зразка, що випробовується. Завдяки своїм конструктивним особливостям датчик дозволяє підвищити точність вимірювання деформації за рахунок усунення поперечних зусиль і тертя в сполученні корпусів, які робили вплив на тензометричну балочку. Однак його застосування скрутно при випробуванні зразків періодичного профілю. Також відомий вимірювальний пристрій (патент на корисну модель РФ № 58690, МПК G01B5/30 "Датчик деформації для визначення відносного подовження зразка", опублікований в 2006 p.), що містить вимірювальний перетворювач переміщення, рухливий і нерухомий вузли якого кріпляться на випробувальному зразку, на відстані, рівній величині вимірювальної бази датчика деформації. При цьому вимірювальна головка растрового перетворювача переміщення закріплена на нерухомому вузлі датчика деформації так, що підпружинений шток растрового перетворювача переміщення спирається на торець стрижня, іншим кінцем з'єднаний з рухливим вузлом датчика деформації і переміщується при деформації зразка всередині порожнього циліндра, жорстко з'єднаного з нерухомим вузлом датчика деформації, а фіксація розміру вимірювальної бази датчика деформації проводиться штифтом, що проходить через отвори у порожнистому циліндрі і стрижні. Цей пристрій забезпечує підвищення точності вимірювання деформації зразка з арматурної сталі, але його розташування окремо від випробувального зразка, так само, як і його громіздкі розміри ускладнюють застосування при проведенні випробувань дрібного сортаменту арматури (діаметром 3,0…12,0 мм) на випробувальних машинах малих розмірів. Прототипом заявлюваної корисної моделі є пристрій (патент на корисну модель РФ № 106742, МПК G01B5/30 "Датчик деформації", опублікований в 2011 p.), що містить верхню і нижню опори, втулку, яка визначає розмір вимірювальної бази, і перетворювач переміщення, в якому верхня опора і втулка, що визначає розмір вимірювальної бази, нижня опора і пружина послідовно і співвісно розташовані на спрямовуючому штоку, а перетворювач переміщення розміщений паралельно вимірювальній базі між верхньою і нижньою опорами. Позитивною відмінністю даного датчика є розширення діапазону вимірювання подовження зразка аж до його розриву. Недолік прототипу проявляється в наявності додаткових елементів таких, як направляючий шток, пружина і підпружинений вимірювальний щуп. Вони кріпляться в стороні від випробувального зразка, що ускладнює проведення випробувань, а наявність консольних елементів робить конструкцію громіздкою та незручною при установці і наладці пристрою. Задача корисної моделі є спрощення конструкції, підвищення зручності використання при установці і наладці пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що запропонований датчик деформації для визначення подовження зразка при розтягуванні, містить верхню і нижню опори у вигляді втулок, які укріплені на випробувальному зразку, на відстані, рівному величині вимірювальної бази, і вимірювач переміщення, який розташовано паралельно зразка між верхньою і нижній 1 UA 82278 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 опорами, згідно корисної моделі, втулки нерухомо укріплені на кінцях телескопічних трубок, що переміщаються одна в іншій, всередині яких співвісно закріплений випробувальний зразок за допомогою притискних гвинтів, встановлених на втулках, а вимірник переміщення обладнаний електронним табло індикації значень переміщення базових точок зразка, і закріплений безпосередньо одним кінцем на опорній втулці внутрішньої телескопічної трубки, а другим - на додатковій втулці, нерухомо укріпленої на зовнішній трубці. Для простоти обслуговування як вимірювач переміщення базових точок зразка використаний штангенциркуль. Таке компонування датчика дозволяє вирішити поставлену задачу, а саме - спростити конструкцію, підвищити зручність використання при установці і наладці пристрою. Запропонований датчик деформації для визначення подовження зразка при розтягуванні відрізняється наявністю втулок, нерухомо укріплених на кінцях двох телескопічних трубок, що переміщаються одна в іншій. Усередині цих трубок співвісно кріпиться дослідний зразок за допомогою притискних гвинтів, встановлених на втулках, а вимірник переміщення обладнаний електронним табло індикації значень переміщення базових точок зразка, і закріплений безпосередньо одним кінцем на опорній втулці внутрішньої телескопічної трубки, а іншим - на додатковій втулці, нерухомо укріпленій на зовнішній трубці. При цьому як вимірювач переміщення базових точок зразка використаний штангенциркуль. Використання як вимірювача переміщення базових точок зразка перетворювача переміщення у вигляді електронного штангенциркуля робить пристрій недорогим і простим у використанні, з одночасним забезпеченням необхідної точності результатів вимірювань. При цьому відпадає необхідність у використанні різних електричних приладів та схем, а також кваліфікованого персоналу. Між сукупністю суттєвих ознак об'єкта, що заявляється, і досягуваним технічним результатом існує причинно-наслідковий зв'язок, що полягає в тому, що втулки з трубками легко кріпляться співвісно на випробувальному зразку, а телескопічне переміщення однієї трубки всередині іншої в момент розтягування дозволяє фіксувати подовження зразка вимірювачем з електронним табло індикації значень переміщення базових точок зразка (точки під притискними гвинтами), який закріплений безпосередньо одним кінцем на опорній втулці внутрішньої телескопічної трубки, а іншим - на додатковій втулці, нерухомо укріпленій на зовнішній трубці. Таке компонування датчика, де відсутні різного роду електричні вимірювальні прилади, а є прості деталі - трубки, гвинти, характеризує його низьку вартість і простоту у використанні. Технічне рішення дозволяє спростити конструкції пристрою, забезпечити зручність використання при установці і наладці пристрою, створити недорогий і простий датчик деформації для визначення подовження зразка при розтягуванні, в якому відсутні підпружинені деталі (вимірювальний щуп), що ускладнюють конструкцію і різні електронні прилади у вигляді перетворювача переміщення з потенціометричним, індуктивним, трансформаторним та іншим принципом дії. Технічна суть запропонованого рішення пояснюється кресленням, на якому представлена схема датчика в загальному вигляді, розміщеного на випробувальному зразку. Запропонований датчик деформації для визначення подовження зразка (1) при розтягуванні, містить верхню і нижню опори у вигляді втулок (2 і 3), укріплених нерухомо на кінцях двох телескопічних трубок меншого (4) і більшого (5) діаметрів, що переміщуються одна всередині іншої, які в свою чергу співвісно розміщені на випробуваному зразку (1) за допомогою притискних гвинтів на втулках (6). Для контролю та фіксації подовження зразка є вимірювач (7) з електронним табло (8) індикації значень переміщення базових точок зразка під притискними гвинтами (6), розміщений паралельно зразку (1) і закріплений за допомогою гвинтів (10) одним кінцем на верхній опорній втулці (2), а іншим кінцем на додатковій втулці (9), нерухомо укріпленої на другому кінці телескопічної трубки більшого (5) діаметра. Як вимірювач (7) переміщення базових точок зразка використаний штангенциркуль (11). Для швидкої установки датчика на зразок (1) і забезпечення постійної величини вимірювальної бази при випробуванні наступних зразків служить трубчаста вставка (12). Кількість притискних гвинтів (6) залежить від форми зовнішньої поверхні випробувального зразка, і може дорівнювати 2…4. Датчик деформації для визначення подовження зразка при розтягуванні застосовується наступним чином. При випробуванні зразка арматурного прокату на розтягування відповідно до ГОСТ 12004 проводяться ряд підготовчих операцій - правка, розмітка, визначення площі поперечного перерізу. Далі зразок піддається випробуванню, після чого на підставі показань випробувальної машини і замірів подовження при допомозі штангенциркуля визначаються показники міцнісних і пластичних властивостей. Застосування описаного вище датчика деформації для визначення подовження зразка при розтягуванні дозволяє спростити проведення випробувань, а саме - виключити розмітку зразка та наступні виміри деформації по мітках на зразку. Крім того, датчик, дає можливість визначати 2 UA 82278 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 безпосередньо в процесі випробування нормовані по ГОСТ Р 52544 і іншим стандартам характеристики пластичності для холоднодеформованого прокату класу В500С, такі як повне відносне подовження при максимальному навантаженні (δmах) і відносне рівномірне подовження (δр). У процесі опробування датчика випробовували на розтяг зразки холоднодеформованого арматурного прокату класу В500С діаметром 8,0 мм. Після виправляння зразок 1 розміщували всередині датчика, який закріплювали на зразку 1 за допомогою втулок верхньої опори 2 і нижньої опори 3. Втулки опор закріплені нерухомо на кінцях двох телескопічних трубках меншого 4 і більшого 5 діаметрів, що переміщуються одна усередині іншої. Кріплення зразка всередині пристрою здійснювали притискними гвинтами 6. Контроль і фіксацію подовження проводили вимірником 7 з електронним табло 8 індикації значень переміщення базових точок зразка під притискними гвинтами 6. Вимірювач 7 розміщується паралельно зразку 1 і кріпиться за допомогою гвинтів 10 одним кінцем на верхній опорної втулці 2, а іншим - на додатковій втулці 9, нерухомо укріпленої на другому кінці телескопічною трубці більшого діаметра 5. Як вимірювач 7 переміщення базових точок зразка використаний штангенциркуль 11. Для швидкої установки датчика на зразок 1 і забезпечення постійної величини вимірювальної бази (200 мм) при випробуванні наступних зразків використовували шаблон у вигляді трубчастої вставки 12. Далі зразок з датчиком встановлюється в захоплювачах випробувальної машини і проводиться випробування на розтягування. Навантажування здійснюється до досягнення максимального навантаження, яке контролюється по стрілці силовимірювача випробувальної машини. У початковий момент зниження навантаження (відхилення стрілки в бік зменшення) фіксують "подовження 1" - показання на електронному табло 8 індикації значень переміщення, рівне 6,48 мм. Далі випробування зупиняють і проводять розвантаження випробувальної машини, після чого фіксують залишкову деформацію зразка - 5,88 мм ("подовження 2"). З наведеного випливає, що використання датчика деформації дозволяє з мінімальними витратами на підготовку (не вдаючись до нанесення розмітки) і проведення випробування (немає необхідності в запису діаграми розтягування і вимірюванні деформацій) визначати характеристики пластичних властивостей холоднодеформованого арматурного прокату: - повне відносне подовження при максимальному навантаженні шляхом поділу, зафіксованого по датчику "подовження 1" на початкову базу (200 мм): δmax = 6,48 мм : 200 мм × 100 % = 3,24 %; - відносне рівномірне подовження шляхом поділу, зафіксованого по датчику "подовження 2" на початкову базу (200 мм): δp = 5,88 мм : 200 мм × 100 % = 2,94 %. Перевагами запропонованого датчика є простота конструкції, швидкість монтажу на зразок і зняття пристрою, закріплення в випробувальній машині. Всі елементи датчика прості у виготовленні або є стандартними виробами, часто застосовуваними у виробництві. При цьому є можливість розрахунку низки важливих характеристик матеріалу, з якого виконаний зразок. Датчик може бути рекомендований для вхідного контролю пластичних властивостей холоднодеформованого арматурного прокату класу В500С по ДСТУ EN 10080-2009 (ГОСТ Р 52544-2006), що дозволить гарантовано ідентифікувати його на відповідність вимогам стандарту до продукції даного класу міцності. Крім того, датчик може бути використаний при проведенні лабораторних робіт у вищих навчальних закладах з курсів "Структура і механічні властивості металів та сплавів", "Опір матеріалів", "Матеріалознавство" та інших. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 1. Датчик деформації для визначення подовження зразка при розтягуванні, переважно з арматурного прокату чи дроту, що містить верхню і нижню опори у вигляді втулок, які укріплені на випробувальному зразку, на відстані, рівній величині вимірювальної бази, і вимірювач переміщення, розміщений паралельно зразку між верхньою і нижньою опорами, який відрізняється тим, що втулки нерухомо укріплені на кінцях телескопічних трубок, що переміщуються одна в іншій, всередині яких співвісно закріплений випробувальний зразок за допомогою притискних гвинтів, встановлених на втулках, а вимірювач переміщення обладнаний електронним табло індикації значень переміщення базових точок зразка і закріплений безпосередньо одним кінцем на опорній втулці внутрішньої телескопічної трубки, а іншим - на додатковій втулці, нерухомо укріпленій на зовнішній трубці. 2. Датчик за п. 1, який відрізняється тим, що як вимірювач переміщення базових точок зразка використаний штангенциркуль. 3 UA 82278 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова 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 4