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 кріпляться на випробувальному зразку, на відстані, рівному величині вимірювальної бази, і вимірювач переміщення, розміщений паралельно зразку між верхньою і нижньою опорами. UA 82279 U (12) UA 82279 U UA 82279 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 відносяться відносне рівномірне подовження (δ р) 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 (δр, 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 заявленої 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. Задача корисної моделі є створення недорогого і простого у користуванні датчика деформації для визначення подовження зразка при розтягуванні, що забезпечує необхідну точність результатів вимірювань. Поставлена задача вирішується тим, що пропонований датчик деформації для визначення подовження зразка при розтягуванні, містить верхню і нижню опори у вигляді втулок, які кріпляться на випробовувальному зразку, на відстані, рівному величині вимірювальної бази, і 1 UA 82279 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вимірювач переміщення, розміщений паралельно зразку між верхньою і нижньою опорами, згідно корисної моделі втулки співвісно закріплені на випробувальному зразку за допомогою притискних гвинтів, і в свою чергу нерухомо розміщені на кінцях двох трубок однакового діаметра, що переміщуються телескопічно всередині третьої трубки більшого діаметру. Для фіксації подовження зразка є вимірник з електронним табло індикації значень переміщення базових точок зразка, закріплений безпосередньо одним кінцем на нижній опорній втулці, а іншим на верхній втулці. Трубка (третя) більшого діаметру, в якій переміщаються трубки з втулками, являє собою шаблон для забезпечення сталості вимірювальної бази. На верхній і нижній втулках мається від двох і більше притискних гвинтів, за допомогою яких датчик кріпиться на випробувальному зразку з утворенням базових точок. Як вимірювач переміщення базових точок зразка використаний перетворювач переміщення від електронного штангенциркуля. Таке компонування датчика дозволяє вирішити поставлена задача, а саме - створення недорогого і простого у використанні датчика деформації для визначення подовження зразка при розтягуванні, що забезпечує необхідну точність результатів вимірювань. Запропонований датчик деформації для визначення подовження зразка при розтягуванні відрізняється наявністю третьої трубки більшого діаметру, що являє собою шаблон для забезпечення сталості вимірювальної бази. Це в свою чергу забезпечує необхідну точність результатів вимірювань та простоту підготовки датчика і зразка для проведення випробування. Наявність на втулках від двох і більше притискних гвинтів дозволяє оперативно закріплювати датчик на зразках будь-якої форми і спрощує його застосування при випробуваннях. При випробуванні круглих зразків, датчик може розміщуватися на зразку за допомогою двох притискних гвинтів, але надійніше використовувати три або чотири. При випробуванні зразків арматурного прокату з двома рядами періодичного профілю, датчик на зразку розміщується за допомогою двох притискних гвинтів. При випробуванні зразків арматурного прокату з трьома рядами періодичного профілю, датчик на зразку розміщується за допомогою трьох притискних гвинтів. При випробуванні зразків арматурного прокату з чотирма рядами періодичного профілю, датчик на зразку розміщується за допомогою двох або чотирьох притискних гвинтів. На стрижневому зразку, що має в перетині трикутну або шестигранну форму датчик надійно закріплюється трьома притискними гвинтами. На зразку, що має в перетині форму квадрата датчик кріпиться двома або чотирма притискними гвинтами. Використання як вимірювача переміщення базових точок зразка перетворювача переміщення від 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 технічному результату, що досягається, існує причинно-наслідковий зв'язок, що полягає в тому, що втулки з трубками легко кріпляться співвісно на випробуваному зразку, а їх телескопічне переміщення всередині третьої трубки більшого діаметра в момент розтягування дозволяє фіксувати подовження зразка вимірником з електронним табло індикації значень переміщення базових точок зразка (точки під притискними гвинтами), закріпленому безпосередньо одним кінцем на нижній опорній втулці, а іншим на верхній втулці. Таке компонування датчика, де відсутні різного роду електричні вимірювальні прилади, а є прості деталі (трубки, гвинти), характеризує його низьку вартість і простоту у використанні. Третя трубка більшого діаметру, яка одночасно служить шаблон для забезпечення сталості вимірювальної бази, разом з перетворювачем переміщення від електронного штангенциркуля забезпечує необхідну точність вимірювань. Технічне рішення дозволяє створити недорогий і простий датчик деформації для визначення подовження зразка при розтягуванні, в якому відсутні підпружинені деталі (вимірювальний щуп), які ускладнюють конструкцію і різні електронні прилади у вигляді перетворювача переміщення з потенціометричним, індуктивним, трансформаторним та іншим принципом дії. Технічна сутність запропонованого технічного рішення пояснюється малюнками, на яких представлено: Фіг. 1 - фото датчика в загальному вигляді на зразку до випробування. Фіг. 2 - фото датчика у вигляді окремих деталей. Фіг. 3 - фото датчика в момент, коли навантаження при розтягуванні зразка досягло максимального значення. Запропонований датчик деформації для визначення подовження зразка 1 при розтягуванні складається з верхньої опори 2 і нижньої опори 3 у вигляді втулок, і вимірювача переміщення 4. 2 UA 82279 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Втулки співвісно кріпляться на випробувальному зразку за допомогою притискних гвинтів 5, і в свою чергу нерухомо розміщені на кінцях трубок 6 однакового діаметру, що переміщуються телескопічно всередині третьої трубки більшого діаметру 7. Для фіксації подовження зразка вимірювач 4 має електронне табло 8 індикації значень переміщення від електронного штангенциркуля. Вимірювач 4 кріпиться одним кінцем на нижній опорі 3 гвинтом 9, а іншим на верхній опорі 2 гвинтом 10. Датчик деформації для визначення подовження зразка при розтягуванні застосовується наступним чином. При випробуванні зразка арматурного прокату на розтягування відповідно до ГОСТ 12004 проводиться ряд підготовчих операцій - правка, розмітка, визначення площі поперечного перерізу. Далі зразок піддається випробуванню, після чого на підставі показання випробувальної машини і замірів подовження по мітках на зразку при допомозі штангенциркуля обчислюються показники міцності 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 безпосередньо в процесі випробування нормовані по ДСТУ EN 10080, ГОСТ Р 52544 і іншим стандартам характеристики пластичності для холоднодеформованого прокату класу В500С, такі як повне відносне подовження при максимальному навантаженні (δ mах) і відносне рівномірне подовження (δp). У процесі випробування датчика випробовували на розтягування зразки холоднодеформованого арматурного прокату класу В500С діаметром 1.1 мм. Після виправляння зразок 1 розміщували всередині датчика, який нерухомо закріплювали на зразку за допомогою втулок верхньої опори 2 і нижній опори 3 притискними гвинтами 5. Втулки в свою чергу нерухомо розміщені на кінцях двох трубок 6 однакового діаметру, що переміщуються телескопічно всередині третьої трубки більшого діаметру 7. Відстань між притискними гвинтами 5 становила 200 мм, що відповідає вимозі ГОСТ 12004. Трубка 7 датчика є шаблоном і має довжину, що забезпечує сталість даної відстані при випробуванні всіх наступних зразків. Цим досягається точність і достовірність отриманих результатів. Вимірювач 4, який призначений для фіксації подовження зразка, .має електронне табло 8 індикації значень переміщення від електронного штангенциркуля. Він кріпиться одним кінцем на нижній опорі 3 гвинтом 9, а іншим на верхній опорі 2 гвинтом 10. Далі зразок з датчиком (фіг. 1) закріплюється в захватах випробувальної машини і проводиться випробування на розтягування. Навантажування здійснюється до досягнення максимального значення, 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 6,05 мм (фіг. 3). Далі випробування зупиняють і проводять розвантаження випробувальної машини, після чого фіксують залишкову деформацію зразка -5,56 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 записі діаграми розтягування і вимірюванні деформацій по мітках на зразку) визначати характеристики пластичних властивостей холоднодеформованого арматурного прокату: - повне відносне подовження при максимальному навантаженні шляхом поділу, зафіксованого по датчику "подовження 1" на початкову базу: δmах=6,05 мм: 200 мм х 100 %=3,025 %; - відносне рівномірне подовження шляхом поділу, зафіксованого по датчику "подовження 2" на початкову базу: δp=5,56 мм: 200 мм х 100 %=2,78 %. Датчик може бути рекомендований для вхідного контролю механічних властивостей холоднодеформованого арматурного прокату класу В500С по ДСТУ EN 10080 або ГОСТ Р 52544, що дозволить гарантовано ідентифікувати його на відповідність вимогам стандарту до продукції даного класу міцності. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Датчик деформації для визначення подовження зразка при розтягуванні, переважно арматурного прокату чи дроту, що містить верхню і нижню опори у вигляді втулок, які кріпляться на випробувальному зразку, на відстані, рівному величині вимірювальної бази, і вимірювач переміщення, розміщений паралельно зразку між верхньою і нижньою опорами, який 3 UA 82279 U 5 10 відрізняється тим, що втулки співвісно закріплені на випробувальному зразку за допомогою притискних гвинтів, і в свою чергу нерухомо розміщені на кінцях двох трубок однакового діаметру, що переміщуються телескопічно в середині третьої трубки більшого діаметру, а для фіксації подовження зразка встановлений вимірник з електронним табло індикації значень переміщення базових точок зразка, закріплений безпосередньо одним кінцем на нижній опорній втулці, а іншим на верхній втулці. 2. Датчик за п. 1, який відрізняється тим, що третя трубка більшого діаметра являє собою шаблон для забезпечення сталості вимірювальної бази. 3. Датчик за п. 1, який відрізняється тим, що на втулках установлені від двох і більше притискних гвинтів. 4. Датчик за п. 1, який відрізняється тим, що як вимірник переміщення базових точок зразка використаний перетворювач переміщень від електронного штангенциркуля. 4 UA 82279 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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 5