Устройство для создания и измерения разрушающей нагрузки

Изобретение относится к области исследования прочностных свойств твердых материалов путем приложения к ним механических нагрузок, а именно к устройствам для измерения разрушающей нагрузки при испытании материалов.

Известно устройство для измерения разрушающей нагрузки материалов (RU №159332, кл. G01N 3/08, опубл. 10.02.2016), включающее универсальный узел для испытаний плоских образцов, содержащий нижнюю тягу, сопрягаемую с датчиком усилия, уголок с двумя пазами и закрепляемый на нем датчик перемещения со штоком, упор для штока датчика перемещения и устройство сопряжения с датчиком ЭВМ. Модуль крепления образцов состоит из нижней и верхней захватных деталей с установочным отверстием в каждой и плоскими контактными поверхностями. В нижней и верхней захватных деталях болтовым соединением по отверстиям зафиксированы одинаковые элементы съемного зажимного приспособления для крепления образцов эластичных образцов для испытания на растяжение, каждый из которых состоит из направляющей с установочным отверстием, планки и накладки, прижимающей головку образца эластичного материала к планке двумя болтами. Упор для штока датчика перемещения жестко зафиксирован на верхней захватной детали.

Недостатком устройства является ограниченная область использования, только для плоских образцов, поскольку отсутствует возможность создания и измерения необходимых разрушающих усилий.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для измерения разрушающей нагрузки (Булынко, М.Г. Технология торфобрикетного производства / М.Г. Булынко, Е.Е. Петровский), включающее станину, вертикальный гидравлический пресс с плунжером, на котором установлен узел для испытания разрушающей нагрузки, состоящий из двух опор в виде призм с возможностью их перемещения на 0.7 длину испытываемого брикета при помощи винта и при сохранении их симметричного расположения относительно вертикальной оси плунжера пресса. Кроме того, к станине пресса закреплена третья призма, ось которой параллельна осям призмы узла для испытания разрушающей нагрузки. На прессе установлены манометры, имеющие контрольную стрелку для фиксирования максимального давления и приспособление для возврата стрелки в нулевое положение.

Недостатком устройства является зависимость получаемых результатов от высоты брикетов, отсутствует зависимость получаемых результатов от формы брикета и от расстояния между установочными опорами и наличие концентраторов напряжения при создании и измерении разрушающей нагрузки.

Технической проблемой является создание устройства для создания и измерения разрушающей нагрузки формованного биотоплива с возможностью получения результатов в зависимости от формы брикета и от расстояния между установочными опорами.

Техническим результатом является получение действительных разрушающих усилий и ликвидация концентраторов напряжения, а также повышение качества получаемых результатов.

Поставленная проблема и указанный технический результат достигаются тем, что устройство для создания и измерения разрушающей нагрузки включает станину, привод, столик с установочными опорами для крепления испытываемых образцов, а также узел измерения разрушающей нагрузки. Согласно изобретению привод выполнен механическим многоступенчатым с зубчатым зацеплением и включает штурвал, соединенный через шестерню, зубчатое колесо и шестерню с вертикально расположенной зубчатой рейкой, при этом на зубчатой рейке закреплен узел измерения разрушающей нагрузки, выполненный в виде тензометрической скобы с коническим наконечником, кроме того, поверхность базирующих установочных опор и края конического наконечника выполнены в виде поверхностей постоянной кривизны.

Тензометрическая скоба соединена с цифровым динамометром.

Установочные опоры выполнены регулирующимися.

Выполнение привода механическим многоступенчатым с зубчатым зацеплением, включающим штурвал, соединенный через шестерню, зубчатое колесо и шестерню с вертикально расположенной зубчатой рейкой, позволяет обеспечить плавное создание разрушающей нагрузки с коэффициентом усиления 534, в результате чего снижается необходимость приложения высокой нагрузки к штурвалу. Таким образом, при ручном воздействии на штурвал с силой 10 Н разрушающая нагрузка, создаваемая устройством, составляет 5340 Н.

Выполнение узла создания и измерения разрушающей нагрузки в виде тензометрической скобы с коническим наконечником с краем в виде радиусов постоянной кривизны обеспечивает снижение концентрации напряжений при разрушении и получение действительных разрушающих усилий, что позволяет осуществлять создание и измерение разрушающей нагрузки даже формованных брикетов биотоплива, так как предотвращает мгновенное развитие трещин, являющихся причиной скалывающего характера разрушающей нагрузки.

Соединение тензометрической скобы с цифровым динамометром обеспечивает фиксацию разрушающих усилий в двух режимах: дискретной фиксации нагрузки и фиксации максимального усилия. Максимальное усилие, получаемое при испытании образцов, является разрушающим, а дискретная фиксация нагрузки позволяет изучать процесс разрушения в динамике его развития.

Выполнение установочных опор регулирующимися позволяет проводить испытания образцов различной формы и размеров, длиной испытываемой части образца от 75 до 300 мм, а шириной и высотой от 1 мм до 130 мм. Выполнение поверхности базирующих установочных опор в виде поверхностей с радиусом постоянной кривизны также предотвращает развитие трещин в образце, снижает риск скалывания и повышает качество получаемых результатов.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен вид слева устройства для измерения разрушающей нагрузки, на фиг. 2 - вид справа устройства, на фиг. 3 - общий вид устройства для измерения разрушающей нагрузки, на фиг. 4 - кинематическая схема привода устройства.

Устройство для измерения разрушающей нагрузки включает станину 1, кожух 2, закрывающий механический привод, включающий штурвал 3 диаметром 430 мм, соединенный через шестерню 4, имеющую 20 зубьев, зубчатое колесо 5, имеющее 130 зубьев и шестерню 6, имеющую 34 зуба с вертикально расположенной зубчатой рейкой 7, столик 8 с установочными опорами 9 для крепления испытываемого образца 10, а также узел измерения разрушающей нагрузки. Узел измерения разрушающей нагрузки выполнен в виде тензометрической S-образной скобы 11 с коническим наконечником 12 и закреплен на зубчатой рейке 7. Тензометрическая скоба 11 соединена с цифровым динамометром 13, установленным на столике 14.

Устройство для измерения разрушающей нагрузки работает следующим образом.

Испытываемый образец 10 располагают на установочные опоры 9 столика 8 и вращают штурвал 3, приводящий в движение механический привод, в результате которого перемещается зубчатая рейка 7 с установленной на ней тензометрической скобой 11 и коническим наконечником 12. В результате конический наконечник 12 внедряется в испытываемый образец 10 и происходит деформирование тензометрической скобы 11. При этом электрический сигнал поступает от тензометрической скобы 11 в цифровой динамометр по кабелю. Цифровой динамометр 13 работает в двух режимах: дискретной фиксации нагрузки и фиксации максимального усилия. При втором варианте цифровой динамометр 13 запоминает максимальную нагрузку, действующую на конический наконечник 12 при разрушении образца, и отражает его на цифровом дисплее.

Совокупность перечисленных признаков и обоснованный вариант сочетания их параметров обеспечивает получение действительных разрушающих усилий и ликвидацию концентраторов напряжения при разрушении, а также повышение качества получаемых результатов.

Изобретение находится на стадии опытного образца.