Установка для механических испытаний в условиях малоциклового нагружения образцов из токсичных материалов

Изобретение относится к механическим испытаниям, а конкретно к испытаниям токсичных материалов на растяжение в условиях малоциклового нагружения в вакууме при повышенных температурах. Установка содержит вакуумируемую рабочую камеру с захватами для образца, механизм нагружения, представляющий собой рычаг с грузом, соединенный с одной стороны с захватом, а с другой с гидравлическим домкратом, снабженным управляемым клапаном, нагреватель образца, протоки охлаждения, выполненные, по крайней мере, в одном из захватов, регистрирующую аппаратуру, установленную непосредственно на рабочей части образца и на охлаждаемом захвате, сигналы с которой поступают на контрольно-измерительную аппаратуру, а с нее на ПЭВМ. Груз подвешен к рычагу через металлическую проволоку, на участке которой имеются зажимы, соединенные с клеммами аккумулятора, один из которых соединен через тиристор, управляемый через блок сравнения регистрирующей аппаратурой, установленной на образце. Технический результат: возможность получения диаграмм деформирования в условиях малоциклового нагружения со скоростями деформирования в диапазоне 10-2-10-4 с-1 с одновременной защитой персонала и окружающей среды от воздействия испытуемых токсичных материалов за счет имеющейся двойной герметизации образцов из токсичных материалов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к механическим испытаниям, а конкретно к испытаниям токсичных материалов на растяжение в условиях малоциклового нагружения в вакууме при повышенных температурах.

Известна установка для механических испытаний материалов в различных средах при высоких температурах и давлениях (патент RU 2240531 с приоритетом от 26.02.03, опубликован 20.11.2004, G01N 3/18), которая содержит рабочую камеру с захватами для образца, механизм нагружения, нагреватель, средства подачи газовой среды и контрольно-измерительную аппаратуру, при этом стенки и фланцы рабочей камеры снабжены рубашкой охлаждения, штанги захватов образца и тоководы нагревателя имеют протоки охлаждения, с внутренней стороны рубашки охлаждения расположена теплоизолирующая конструкция, кроме того, на входе в рабочую камеру газовой среды дополнительно введены подпитывающий расширительный бачок с поршнем и регулятором подачи управляющего газа, а нагреватель выполнен в форме спирали и расположен в рабочей камере таким образом, что образец находится внутри спирали.

Недостатком известной машины является невозможность ее использования для механических испытаний образцов токсичных материалов при повышенных температурах без ее конструктивной доработки, что повлечет за собой усложнение конструкции и удорожание испытаний.

Известна установка для механических испытаний образцов из токсичных материалов при повышенных температурах (патент RU 2400728 с приоритетом от 28.09.2009), которая содержит рабочую камеру с захватами для образца, механизм нагружения, нагреватель, регистрирующую аппаратуру, рубашку охлаждения, протоки охлаждения, выполненные, по крайней мере, в одном из захватов, рабочая камера помещена в герметичный перчаточный бокс для исследования образца из токсичных материалов, регистрирующая аппаратура установлена непосредственно на рабочей части образца и на охлаждаемом захвате, механизм нагружения представляет собой рычаг с грузом, соединенный с одной стороны с захватом, а с другой - с гидравлическим домкратом с клапаном, в герметичной рабочей камере в течение периода испытаний поддерживается вакуум, сигналы с регистрирующей аппаратуры поступают на контрольно-измерительную аппаратуру, а с нее на ПЭВМ. Кроме того, захваты снабжены шарнирами, нагреватель снабжен распределителем тепла для выравнивания температурного поля, регистрирующая аппаратура состоит из дифференциально-трансформаторных датчиков измерения деформации и охлаждаемого тензодинамометра.

Недостатком известной установки является невозможность ее использования в условиях малоциклового нагружения образцов токсичных материалов.

Данная установка выбрана в качестве прототипа.

Задачей, стоящей перед авторами предполагаемого изобретения, является разработка установки для механических испытаний в условиях малоциклового (3-5 циклов) нагружения образцов из токсичных материалов при повышенных температурах с возможностью нагружения образца до заданного значения уровня деформирования и последующей разгрузки.

Техническим результатом предлагаемого решения является возможность получения диаграмм деформирования в условиях малоциклового нагружения со скоростями деформирования в диапазоне 10-2-10-4 с-1 с одновременной защитой персонала и окружающей среды от воздействия испытуемых токсичных материалов за счет имеющейся двойной герметизации образцов из токсичных материалов.

Технический результат достигается тем, что в установке для механических испытаний в условиях малоциклового нагружения образцов из токсичных материалов, содержащей вакуумируемую рабочую камеру с захватами для образца, механизм нагружения, представляющий собой рычаг с грузом, соединенный с одной стороны с захватом, а с другой - с гидравлическим домкратом, снабженным управляемым клапаном, нагреватель образца, протоки охлаждения, выполненные по крайней мере, в одном из захватов, регистрирующую аппаратуру, установленную непосредственно на рабочей части образца и на охлаждаемом захвате, сигналы с которой поступают на контрольно-измерительную аппаратуру, а с нее -на ПЭВМ, согласно изобретению, груз подвешен к рычагу через металлическую проволоку, на участке которой имеются зажимы, соединенные с клеммами аккумулятора, один из которых соединен через тиристор, управляемый через блок сравнения регистрирующей аппаратурой, установленной на образце.

Рабочая камера помещена в герметичный перчаточный бокс.

Возможность осуществления малоциклового нагружения образца при растяжении достигается пережиганием металлической проволоки, на которой подвешен к рычагу груз. Это происходит при достижении заданного значения уровня деформирования испытуемого образца, который отслеживается блоком сравнения, который, в свою очередь, сравнивает уровень сигнала с датчиков измерения деформации и заранее заданное значение. При достижении заданного значения деформации образца блок сравнения посылает управляющий сигнал на тиристор, который, в свою очередь, позволяет подать напряжение с аккумулятора через зажимы на участок проволоки для подвеса груза, пережигая ее за короткое время. Таким образом, разрывается силовая цепь, и образец оказывается разгруженным. При неоднократном (3-5 раз) повторении испытания с заменой проволоки для подвеса груза достигается малоцикловое нагружение при растяжении.

Скорости деформирования в диапазоне 10-2-10-4 с-1 осуществляются применением домкрата с управляющим клапаном.

Защита персонала и окружающей среды от воздействия испытуемых токсичных материалов осуществляется за счет применения герметичной вакуумной камеры и герметичного перчаточного бокса.

Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает возможность проведения механических испытаний в условиях малоциклового нагружения при растяжении образов из токсичных материалов при повышенных температурах со скоростями нагружения 10-2-10-4 с-1.

На фиг. 1 показан пример схемы установки для механических испытаний в условиях малоциклового нагружения образцов из токсичных материалов при повышенных температурах, где:

1 - поддон;

2 - груз;

3 - рычаг;

4 - активный захват;

5 - образец;

6 - дифференциально-трансформаторные датчики измерения деформаций;

7 - охлаждаемый захват-динамометр;

8 - гидравлический домкрат;

9 - шарниры;

10 - силовая рама;

11 - охлаждаемый кожух;

12 - нагреватель с распределителем;

13 - крышка;

14 - колпак;

15 - блок сравнения;

16 - аккумулятор;

17 - тиристор;

18 - зажимы;

19 - проволока для подвеса груза.

Рабочая камера размещена в герметичном перчаточном боксе (на фиг. 1 не показан).

В состав механизма нагружения входит рычаг 3, с одной стороны к которому присоединен активный захват 4. С противоположной стороны к рычагу 3 на поддон 1 укладывается груз 2. Груз 2 может поддерживаться гидравлическим домкратом 8 с управляемым клапаном (на фиг. 1 не показан). В исходном состоянии вес груза 2 воспринимается гидравлическим домкратом 8 полностью, вследствие чего образец 5 не нагружен. При проведении испытания гидравлический домкрат 8 разгружается, и нагрузка плавно передается от домкрата 8 на рычаг 3, а через него - на образец 5. Образец 5 закрепляется в активном захвате 4 и охлаждаемом захвате-динамометре 7 через шарниры 9. Силовая цепь через охлаждаемый захват-динамометр 7, образец 5, активный захват 4 и силовую раму 10 замыкается на крышку 13. Охлаждаемый захват-динамометр 7 одновременно является тензодинамометром для измерения усилия, прикладываемого к образцу 5. Измерение удлинения рабочей части образца 5 производится дифференциально-трансформаторными датчиками измерения деформаций 6. Охлаждаемый захват-динамометр 7 и дифференциально-трансформаторные датчики измерения деформаций 6 представляют собой регистрирующую аппаратуру. В испытаниях при повышенной температуре применяется электрический нагреватель с распределителем 12 для создания равномерного температурного поля, который позволяет производить нагрев образца 5 в интервале температур 20…600°С. Охлаждаемый кожух 11, крышка 13 и колпак 14 образуют герметичную полость для создания вакуума, предотвращающего коррозию образцов из токсичных материалов при их испытании с повышенной температурой. Вакуум в герметичной рабочей камере поддерживается в течение всего периода испытаний. В испытаниях с повышенной температурой во избежание нагрева охлаждаемого захвата-динамометра 7, расположенного в непосредственной близости к нагретому образцу 5, и связанного с этим искажения его показаний, последний охлаждается изнутри проточной водопроводной водой (на фиг. 1 не показано). Температура образца измеряется хромель-копелевой термопарой (на фиг. 1 не показана).

При нагружении образца 5 грузами 2 через рычаг 3 дифференциально-трансформаторные датчики измерения деформаций 6 регистрируют изменение электрического сигнала, величина которого однозначно связана с деформацией образца 5. Этот сигнал поступает на блок сравнения 15, в котором сравнивается величина сигнала с датчиков 6 и заранее заданное значение. По достижении сигнала с датчиков 6 до заранее заданного уровня, блок сравнения 75 подает управляющий импульс на тиристор 17, который, открываясь, позволяет подать напряжение с аккумулятора 16 через зажимы 18 на проволоку для подвеса груза 19, пережигая ее за короткое время. Таким образом, разрывается силовая цепь, образец 5 оказывается разгруженным и завершается первый цикл испытаний.

При неоднократном (3-5 раз) повторении испытания с заменой проволоки для подвеса груза достигается малоцикловое нагружение при растяжении.

Благодаря заявляемой совокупности признаков решения появляется возможность механических испытаний в условиях малоциклового нагружения образцов из токсичных материалов при повышенных температурах с возможностью нагружения образца до заданного значения уровня деформирования и последующей разгрузки.

Изготовлен опытный образец установки, испытан, результаты подтвердили работоспособность установки и получение нового технического результата.

1. Установка для механических испытаний в условиях малоциклового нагружения образцов из токсичных материалов, содержащая вакуумируемую рабочую камеру с захватами для образца, механизм нагружения, представляющий собой рычаг с грузом, соединенный с одной стороны с захватом, а с другой с гидравлическим домкратом, снабженным управляемым клапаном, нагреватель образца, протоки охлаждения, выполненные, по крайней мере, в одном из захватов, регистрирующую аппаратуру, установленную непосредственно на рабочей части образца и на охлаждаемом захвате, сигналы с которой поступают на контрольно-измерительную аппаратуру, а с нее - на ПЭВМ, отличающаяся тем, что груз подвешен к рычагу через металлическую проволоку, на участке которой имеются зажимы, соединенные с клеммами аккумулятора, один из которых соединен через тиристор, управляемый через блок сравнения регистрирующей аппаратурой, установленной на образце.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что рабочая камера помещена в герметичный перчаточный бокс.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов с памятью формы, а именно сплавов на основе никелида титана, и может быть использовано во всех областях народного хозяйства для определения и контроля радиальных напряжений термомеханического возврата, необходимых для обеспечения работоспособности соединений при сборке конструкций с помощью муфт из материала с эффектом памяти формы.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к высокотемпературным испытаниям на прочность, и может быть использовано при исследовании свойств наплавленного металла, обладающего высокой твердостью, на установках тепловой микроскопии.

Изобретение относится к испытательному оборудованию, а конкретно к оборудованию для испытаний на статические силовые воздействия при повышенных температурах. Установка содержит силовую раму, тепловую камеру с нагревателем и крышкой, приспособление для установки в камере объекта испытаний (ОИ), механизм растягивающего нагружения, протоки охлаждения, регистрирующую аппаратуру, связанную с ПЭВМ.

Изобретение относится к механическим испытаниям, а конкретно к испытаниям токопроводящих материалов с целью получения диаграммы деформирования при одноосном растяжении и импульсном нагреве в вакууме или инертной среде.

Изобретение относится к способам определения термомеханических характеристик полимерных композиционных материалов, конкретно к способам определения температуры стеклования Tc, температуры α-перехода Tα температуры начала перехода из стеклообразного состояния в высокоэластичное Tнп и теплостойкости.

Изобретение относится к технике волоконно-оптической связи и может быть использовано для испытания стойкости оптического кабеля (ОК), предназначенного для прокладки в защитном полимерном трубопроводе (ЗПТ), к действию замерзающей воды в ЗПТ.

Изобретение относится к лабораторной испытательной технике, а именно к устройству для формирования и испытания образца тонких покрытий в нагрузочных устройствах, например, для испытания тонких керамических теплозащитных покрытий на механическую прочность растяжением.

Изобретение относится к методам определения механических характеристик диэлектрических материалов с учетом условий их применения. Сущность способа заключается в определении предела прочности при растяжении стандартных образцов при высокоинтенсивном индукционном нагреве промежуточного металлического нагревательного элемента, имеющего тепловой контакт с испытываемым образцом.

Изобретение относится к испытаниям механических свойств металлов и сплавов и может быть использовано для оценки критической температуры хрупкости металла элементов нефтегазового оборудования при эксплуатации в сероводородсодержащих средах, вызывающих охрупчивание металла.

Изобретение относится к средствам испытаний образцов при сложном нагружении и может быть использовано совместно со стендами для исследования энергообмена при деформировании и разрушении твердых тел.

Изобретение относится к механическим испытаниям объектов, а именно к устройствам для испытаний объектов на вибронагружение в различных средах при высоких температурах и давлениях. Установка содержит индукционный нагреватель, включающий водоохлаждаемую катушку в виде спирали, выполненной с возможностью соосного размещения объекта испытаний (ОИ) внутри нагревателя, опоры для ОИ, нагружающее устройство, устройство охлаждения, соединенное с протоками охлаждения тоководов нагревателя, контрольно-измерительную аппаратуру, соединенные последовательно пульт управления, соединенный с контрольно-измерительной аппаратурой, преобразователь частоты, батарею конденсаторов, последовательно-параллельно подключенную по крайней мере к одной паре соосно установленных водоохлаждаемых катушек индукционного нагревателя в виде спиралей. Нагружающее устройство выполнено в виде вибровозбудителя, а опоры для ОИ установлены на скользящем столе вибровозбудителя. Устройство охлаждения, пульт управления, преобразователь частоты, батарея конденсаторов могут быть расположены на дистанции от вибровозбудителя с размещенным на его скользящем столе ОИ внутри катушек индукционного нагревателя, а устройство охлаждения снабжено независимым пультом управления подачей охлаждающей воды. Технический результат от использования заявляемого изобретения заключается в обеспечении испытаний крупногабаритных цилиндрических объектов на комплексные термомеханические нагрузки, сокращение времени выхода на заданный температурный режим, снижение теплопотерь, массы и габаритов, повышение температуры испытаний до 1400°C и выше, в повышении КПД установки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх