RU194611U1 - Installation for testing material samples for fatigue - Google Patents
Installation for testing material samples for fatigue Download PDFInfo
- Publication number
- RU194611U1 RU194611U1 RU2019120623U RU2019120623U RU194611U1 RU 194611 U1 RU194611 U1 RU 194611U1 RU 2019120623 U RU2019120623 U RU 2019120623U RU 2019120623 U RU2019120623 U RU 2019120623U RU 194611 U1 RU194611 U1 RU 194611U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- active
- installation
- extremum
- sample
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/32—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к испытательной технике, а именно к установкам для испытания материалов на усталость. Установка использует метод испытания вращающегося образца при консольном изгибе. Сила нагружения реализуется за счет взаимодействия закрепленного на активном захвате магнитопроводного стержня с полем первой секции неподвижной электрической катушки. Вторая секция этой катушки используется в измерителе перемещения. Имеется устройство температурного отпуска. Оно представлено лазером, установленным на поворотной платформе, имеющей электромагнитный привод с управляющим триггером. В цепь управления входят контакты упоров поворотной платформы. Имеется блок выявления экстремума функции перемещения активного захвата с индикатором. На индикаторе отражается текущее значение перемещения активного захвата, момент достижения экстремума и цикличность работы устройства термообработки. 3 з.п. ф-лы, 10 ил.The utility model relates to testing equipment, namely to facilities for testing materials for fatigue. The setup uses the cantilever bending test method for a rotating sample. The loading force is realized due to the interaction of the magnetic core fixed to the active grip with the field of the first section of the stationary electric coil. The second section of this coil is used in a displacement meter. There is a temperature release device. It is represented by a laser mounted on a turntable having an electromagnetic drive with a control trigger. The control circuit includes the contacts of the stops of the turntable. There is a block for identifying the extremum of the active capture moving function with an indicator. The indicator reflects the current value of the active capture movement, the moment of reaching the extremum and the cyclical nature of the heat treatment device. 3 s.p. f-ly, 10 ill.
Description
Полезная модель относится к испытательной технике, а именно к установкам для испытания образцов материалов на усталость. The utility model relates to testing equipment, namely to facilities for testing material samples for fatigue.
Ряд методов и средств испытаний материалов изложен в фундаментальных монографиях Л.М. Школьника (Школьник Л.М. Скорость роста трещин и живучесть металла. - М.: Металлургия, 1973. - 216 с.; Школьник Л.М. Методика усталостных испытаний: справочник. - М.: Металлургия, 1978. - 304 с.). Применение того или иного метода определяется целью исследований.A number of methods and means of testing materials are described in the fundamental monographs of L.M. Shkolnik (Shkolnik L.M. Fracture growth rate and survivability of metal. - M.: Metallurgy, 1973. - 216 p .; Shkolnik L.M. Fatigue test methodology: reference book. - M .: Metallurgy, 1978. - 304 s. ) The application of a method is determined by the purpose of research.
Получили распространение машины для испытания на усталость при консольном изгибе вращающегося образца материала - УКИ - 10М, МУИ - 6000, МВЦ - 6М, МВП - 10000, У40, ЧУМ - 70. Для образцов малых сечений применяют автоколебательный режим нагружения (патент RU 100622 U1, опубл. 20.12.2010; патент RU 108843 U1, опубл. 27.09.2011).The machine for testing fatigue during cantilever bending of a rotating sample of material - UKI - 10M, MUI - 6000, MVC - 6M, MVP - 10000, U40, CHUM - 70, has become widespread. For samples of small sections, self-oscillating loading mode is used (patent RU 100622 U1, publ. 12/20/2010; patent RU 108843 U1, publ. 09/27/2011).
Иногда исследователь предусматривает в программе испытаний на усталость промежуточную термообработку. Для этого освобождают образец материала от захватов, отдельно проводят термообработку и снова крепят образец в испытательную установку. Установка для испытания образцов на усталость по патенту RU 2624595 С1, опубл. 04.07.2017 предусматривает рекристаллизационный отжиг за счет индуктора с охватывающей образец катушкой. В установке используется автоколебательный режим нагружения.Sometimes a researcher provides for an intermediate heat treatment in a fatigue test program. To do this, the material sample is freed from the grips, heat treatment is carried out separately and the sample is again mounted in the test setup. Installation for testing samples for fatigue according to patent RU 2624595 C1, publ. 07/04/2017 provides for recrystallization annealing due to an inductor with a coil covering the sample. The installation uses a self-oscillating loading mode.
Рассматриваемая установка имеет ограниченные эксплуатационные возможности по следующим причинам:The installation in question has limited operational capabilities for the following reasons:
- большая постоянная времени теплового цикла термообработки за счет нагрева окружающих элементов;- a large time constant of the heat cycle of heat treatment due to the heating of the surrounding elements;
- низкий коэффициент теплового преобразования за счет рассеяния тепловой энергии;- low coefficient of thermal conversion due to the dissipation of thermal energy;
- установка не выявляет текущее состояние материала, т.е. процедура термообработки проводится в произвольный момент времени;- the installation does not reveal the current state of the material, i.e. the heat treatment procedure is carried out at an arbitrary point in time;
- автоколебательный режим нагружения ограничивает типоразмерный ряд образцов.- self-oscillating loading mode limits the size range of samples.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению является установка для испытания материалов на усталость по патенту RU 145586 U1, опубл. 20.09.2014. Цитируемая установка для испытаний материалов на усталость, содержащая основание, активный и пассивный захваты, устройство нагружения, включающее две установленные на основании соленоидные катушки освобождения и привода, соединенные с источником тока, сопряженный с ними соосно магнитопроводный стержень, который закреплен на активном захвате и ориентирован по направлениям деформации образца материала, электронный ключ соленоидных катушек, содержащий усилитель-формирователь с образованием схемы формирования импульсов привода, при этом она снабжена измерителем перемещения активного захвата и фазоопределителем, устройство нагружения снабжено приводом пассивного захвата в составе шпинделя с датчиком фазового положения и фиксатора, при этом на одном конце шпинделя установлен пассивный захват, а на другом - электродвигатель, источник тока снабжен переключателем режимов испытаний, содержащем коммутатор соленоидных катушек освобождения и привода, выводы соленоидных катушек соединены со схемой формирования импульсов привода и входом измерителя перемещений активного захвата через коммутатор соленоидных катушек освобождения и привода, выходы датчика фазового положения шпинделя и измерителя перемещений активного захвата подключены к входам фазоопределителя. В данной установке измеритель перемещений активного захвата выполнен в виде замкнутого контура тока в составе последовательно соединенных соленоидной катушки освобождения, резистора и высокочастотного выхода источника тока, при этом параллельно резистору подключен выпрямитель, последовательно с которым включен фильтр нижних частот.Closest to the technical nature of the proposed solution is the installation for testing materials for fatigue according to patent RU 145586 U1, publ. 09/20/2014. The cited material fatigue testing apparatus comprising a base, active and passive grips, a loading device including two solenoid release coils and a drive mounted on the base, connected to a current source, a coaxial magnetic rod coupled to them, which is fixed to the active gripper and oriented in directions of deformation of the material sample, an electronic key of solenoid coils containing an amplifier-driver with the formation of a drive pulse formation circuit, at it is equipped with an active capture displacement meter and a phase determiner, the loading device is equipped with a passive capture drive consisting of a spindle with a phase position sensor and a clamp, with a passive capture at one end of the spindle and an electric motor at the other end, the current source is equipped with a test mode switch containing the commutator of the release and drive solenoid coils, the outputs of the solenoid coils are connected to the drive pulse formation circuit and the input of the active displacement meter capture through the switch of the solenoid release coils and the drive, the outputs of the spindle phase position sensor and the active capture displacement meter are connected to the inputs of the phase determiner. In this installation, the active capture displacement meter is made in the form of a closed current loop consisting of a series-connected solenoid release coil, a resistor, and a high-frequency output of a current source, while a rectifier is connected in parallel with the resistor, and a low-pass filter is connected in series with it.
Изложенной конструкции установки для испытаний материалов на усталость свойственны те же недостатки, что и установкам - аналогам.The stated design of the installation for testing materials for fatigue has the same drawbacks as installations - analogues.
Техническим результатом предлагаемого решения является расширение эксплуатационных возможностей установки для испытания образцов материалов на усталость.The technical result of the proposed solution is to expand the operational capabilities of the installation for testing samples of materials for fatigue.
Решаются задачи:The tasks are solved:
1. Разработка конструктивной схемы установки реализующей широкодиапазонный режим испытаний.1. Development of a constructive installation scheme implementing a wide-range test mode.
2. Разработка блока выявления текущего состояния материала испытываемого образца.2. Development of a unit for identifying the current state of the material of the test sample.
3. Разработка устройства термообработки с высоким коэффициентом полезного действия теплового цикла.3. Development of a heat treatment device with a high thermal cycle efficiency.
Указанный технический результат достигается тем, что установка для испытания образцов материалов на усталость, содержащая основание, активный и пассивный захваты, устройство нагружения, включающее две установленные на основании соленоидные катушки, соединенные с источником тока, сопряженный с ними магнитопроводный стержень, который закреплен на активном захвате и ориентирован по направлению деформации образца материала, измеритель перемещения активного захвата, который выполнен в виде замкнутого контура тока в составе последовательно соединенных первой соленоидной катушки, резистора и высокочастотного выхода источника тока, при этом параллельно резистору подключен выпрямитель, последовательно с которым включен фильтр нижних частот, снабжена блоком выявления экстремума характеристики перемещения активного захвата и устройством термообработки образца материала, при этом вторая соленоидная катушка соединена с регулируемым выходом постоянного тока источника тока. В предлагаемой установке устройство термообработки образца материала выполнено на основе поворотной платформы с ведущим поводком, которая снабжена двумя неподвижными электроконтактными упорами в ее крайних положениях и приводом в составе электромагнита, имеющего подпружиненный, соединенный с ведущим поводком через гибкую тягу якорь с регулятором скорости его перемещения, RS - триггер, выход которого через электронный ключ соединен с обмоткой электромагнита, а его входы подключены к низковольтному выходу постоянного тока источника тока через контакты электроконтактных упоров, при этом на поворотной платформе закреплен лазер таким образом, что осевая линия его оптического луча пересекает осевую линию образца материала, а диаметр оптического луча меньше диаметра рабочего участка образца материала, при этом регулятор скорости якоря электромагнита привода поворотной платформы выполнен в виде закрепленной на торце электромагнита привода поворотной платформы под его подпружиненным якорем пластины с соосным якорю отверстием, при этом на пластине установлена поворотная заслонка с возможностью частичного перекрытия отверстия пластины и снабженная фиксатором положения. В предлагаемой установке блок выявления экстремума характеристики перемещения активного захвата содержит блок питания, цепь времени в составе последовательно соединенных формирователя сигнала высокочастотного выхода источника тока и двух счетных триггеров, конъюнктор дискретизации, первый вход которого соединен с выходом измерителя перемещения активного захвата, а второй - через формирователь длительности с выходом формирователя сигнала высокочастотного выхода источника тока цепи времени, выход конъюнктора дискретизации соединен через управляемые цепью времени входные конъюнкторы с двумя интеграторами, выходы которых подключены к первым входам выходных конъюнкторов, вторые входы последних соединены с выходом конъюнктора считывания, входы которого подключены к цепи времени через инвертор, выходы выходных конъюнкторов присоединены к входам схемы сравнения и амплитудного селектора, выход последнего - через триггер экстремума, а выход схемы сравнения непосредственно подключены к индикатору.The specified technical result is achieved by the fact that the installation for testing samples of materials for fatigue, containing a base, active and passive grips, a loading device, including two solenoid coils mounted on the base, connected to a current source, a magnetic core connected to them, which is fixed to the active grip and oriented in the direction of deformation of the material sample, the active capture displacement meter, which is made in the form of a closed current loop as part of a follower They are connected to the first solenoid coil, resistor and high-frequency output of the current source, and a rectifier connected in series with the low-pass filter is connected in parallel with the resistor, it is equipped with an extremum detection unit for the characteristics of the active capture movement and a heat treatment device for the material sample, while the second solenoid coil is connected to an adjustable DC output of a current source. In the proposed installation, the device for heat treatment of a sample of material is made on the basis of a rotary platform with a leading leash, which is equipped with two fixed electrocontact stops in its extreme positions and a drive composed of an electromagnet having a spring-loaded anchor connected to the leading leash with a flexible link with a speed regulator for its movement, RS - a trigger, the output of which is connected via an electronic key to the winding of the electromagnet, and its inputs are connected to the low-voltage output of the direct current source through the contacts of the electric contact stops, while the laser is mounted on the turntable in such a way that the axial line of its optical beam intersects the axial line of the material sample, and the diameter of the optical beam is less than the diameter of the working section of the material sample, while the speed regulator of the armature of the rotary platform drive magnet is made a plate fixed to the end of the electromagnet of the drive of the turntable under its spring-loaded anchor plate with a hole coaxial to the anchor, while the plate has a rotary I flap for partial closure of the aperture plate and provided with a locking position. In the proposed installation, the extremum detection block of the active capture motion characteristic contains a power supply, a time circuit consisting of a series-connected signal shaper of the high-frequency output of the current source and two countable triggers, a sampling conjunctor, the first input of which is connected to the output of the active capture displacement meter, and the second through the shaper duration with the output of the driver of the signal of the high-frequency output of the current source of the time circuit, the output of the conjunctor of sampling n through time-controlled input conjunctors with two integrators, the outputs of which are connected to the first inputs of the output conjunctors, the second inputs of the latter are connected to the output of the read conjunct, the inputs of which are connected to the time circuit through an inverter, the outputs of the output conjunctors are connected to the inputs of the comparison circuit and the amplitude selector, the output of the latter is through an extremum trigger, and the output of the comparison circuit is directly connected to the indicator.
Предлагаемые технические решения поясняются чертежами:The proposed technical solutions are illustrated by drawings:
Фиг. 1 - конструктивная схема установки для испытания образцов материалов на усталость;FIG. 1 is a structural diagram of an apparatus for testing material samples for fatigue;
Фиг. 2 - вид А по фиг. 1;FIG. 2 is a view A of FIG. 1;
Фиг. 3 - конструктивная схема упора поворотной платформы;FIG. 3 is a structural diagram of the emphasis of the turntable;
Фиг. 4 - схема цепи привода поворотной платформы;FIG. 4 is a diagram of a drive circuit of a turntable;
Фиг. 5 - схема измерителя перемещения активного захвата;FIG. 5 is a diagram of a meter for moving active capture;
Фиг. 6 - функциональная схема блока выявления экстремума характеристики перемещения активного захвата;FIG. 6 is a functional diagram of a block for detecting an extremum of an active capture displacement characteristic;
Фиг. 7 - схема интегратора;FIG. 7 is a diagram of an integrator;
Фиг. 8 - схема устройства сравнения;FIG. 8 is a diagram of a comparison device;
Фиг. 9 - схема амплитудного селектора;FIG. 9 is a diagram of an amplitude selector;
Фиг. 10 - эпюры напряжений на выходах элементов функциональной схемы.FIG. 10 - voltage diagrams at the outputs of the elements of the functional diagram.
Принятые обозначенияAccepted Designations
1. Пассивный захват1. Passive capture
2. Образец материала2. Sample material
3. Активный захват3. Active capture
3-а. Магнитопроводный стержень активного захвата3-a. Magnetic core of active capture
4. Каркас соленоидной бифилярной электрической катушки4. The frame of the solenoid bifilar electric coil
5. Формирователь сигнала генератора G5. Generator signal generator G
6. Первый счетный триггер6. The first counting trigger
7. Второй счетный триггер7. Second counting trigger
8. Конъюнктор дискретизации8. Sample Conjunctor
9. Формирователь длительности импульса дискретизации9. Shaper of the duration of the sampling pulse
10. Первый интегратор10. The first integrator
11. Второй интегратор11. The second integrator
12. Амплитудный селектор12. Amplitude selector
13. RS - триггер фиксации экстремума13. RS - trigger fixing the extremum
14. Индикатор14. Indicator
15. Устройство сравнения15. Comparison device
16. Конъюнктор считывания16. Reading conjunctor
17, 18. Входные конъюнкторы интеграторов17, 18. Input conjunctors of integrators
19, 20. Выходные конъюнкторы интеграторов19, 20. Output conjunctors of integrators
21. Инвертор21. Inverter
22. Конъюнктор сброса22. Reset Connector
24. Блок питания (источник тока)24. Power supply (current source)
25. Подшипники поворотной платформы25. Turntable bearings
26. Основание установки26. Installation base
27. Поворотная платформа27. Turntable
28. Электромагнит привода поворотной платформы28. Electromagnet drive turntable
29. Поводок29. Leash
30, 31. Электроконтактные упоры30, 31. Contact stops
32. Обмотка электромагнита 2832. Electromagnet winding 28
33. Каркас электромагнита 2833. The frame of the electromagnet 28
34. Якорь электромагнита 2834. Electromagnet anchor 28
35. Гибкая тяга35. Flexible traction
36. Пружина якоря36. Anchor spring
37. Пластина регулятора скорости37. Speed controller plate
30. Отверстие пластины30. Plate hole
40. Штифт40. Pin
41. Заслонка41. Damper
42. Дуговой паз заслонки42. Arc groove shutter
43. Пинт фиксатора43. Lock pint
44. Винты крепления пластины44. Plate mounting screws
45. Корпус электроконтактного упора45. The body of the electrical contact stop
46, 47. Контактные элементы46, 47. Contact elements
48. RS - триггер устройства термообработки48. RS - trigger heat treatment device
49. Электронный ключ49. Electronic key
50. Лазер50. Laser
При практической реализации принятых проектных решений конструктор исходит из принципа преемственности, т.е. он широко применяет зарекомендовавшие на практике отдельные узлы и детали подобных изделий. Будем полагать, что реализация предлагаемых технических решений будет проводиться с использованием некоторых элементов широкораспространенной машины УКИ - 10М. Исходя из этого подхода на фиг. 1 не отражены шпиндель с его электроприводоым и счетчик циклов нагружения, а показан только пассивный захват 1.In the practical implementation of the design decisions made, the designer proceeds from the principle of continuity, i.e. he widely uses the practice of the individual components and parts of similar products. We assume that the implementation of the proposed technical solutions will be carried out using some elements of the widespread machine UKI - 10M. Based on this approach in FIG. 1, the spindle with its electric drive and the counter of the loading cycles are not reflected, but only the passive grip 1 is shown.
В соответствии с конструктивной схемой (фиг. 1) испытываемый образец материала 2 крепится одним концом в пассивном захвате, а другим в активном захвате 3 в виде шарикоподшипникового узла. Имеется двухсекционная (с бифилярной обмоткой) электрическая соленоидная катушка, выполненная на каркасе 4. Одна обмотка WH предназначена для задания силы нагружения образца материала, другая - Wu входит в состав схемы измерителя перемещения активного захвата. В центральное отверстие каркаса 4 с радиальным зазором входит магнитопроводный стержень 3-а, который одним концом закреплен на активном захвате. Сила нагружения для срединного участка перемещения магнитопроводного стержня 3-а пропорциональна току в обмотке WH (Сотсков Б.С. Основы расчета и проектирования электромеханических элементов автоматических и телемеханических устройств. - М - Л: Энергия, 1965. с. 308-309). Индуктивность Lu другой обмотки Wu также изменяется линейно. Обмотка WH подключена к регулируемую выходу постоянного тока UH источника тока.In accordance with the structural diagram (Fig. 1), the test sample of
Цепь обмотки Wu показана на фиг. 5. Обмотка Wu совместно с высокочастотным синусоидальным выходом UG источника тока (для наглядности это отражено в виде генератора G) и резистором R1 образуют замкнутый электрический контур.The winding circuit W u is shown in FIG. 5. The winding W u together with the high-frequency sinusoidal output U G of the current source (for clarity, this is reflected in the form of a generator G) and the resistor R1 form a closed electrical circuit.
Действующее значение тока в контуреRMS current value
где z - полное сопротивление контура.where z is the impedance of the circuit.
здесь ω - циклическая частота сигнала генератора G.here ω is the cyclic frequency of the signal of the generator G.
Падение напряжения на резисторе R1 пропорционально токуThe voltage drop across the resistor R1 is proportional to the current
Синусоидальное напряжение (3) выпрямляется диодным мостом VD1-VD4 и сглаживается П-образным электрическим фильтром на двух конденсаторах C1, С2 и резисторе R2. Таким образом на выходе фильтра получается гладкая функция перемещения в форме напряжения Uпр. Характер этой функции по аргументу количество циклов нагружения N будет аналогичен деформационной диаграмме Школьника (Школьник Л.М. Скорость роста трещин и живучесть металла. - М.: Металлургия, 1973, с. 62, рис. 24). Рассматриваемая функция отражает процессы в материале образца материала. Восходящий участок функции отражает повышение предела упругости за счет явления наклепа. Нисходящему участку соответствует появление необратимых повреждений, т.е. зарождаются и растут микротрещины.The sinusoidal voltage (3) is rectified by the diode bridge VD1-VD4 and smoothed by a U-shaped electric filter on two capacitors C1, C2 and resistor R2. Thus the output of the filter is obtained a smooth function in the form of displacement voltage U pr. The nature of this function with respect to the argument, the number of loading cycles N will be similar to the Shkolnik deformation diagram (Shkolnik L.M. Crack growth rate and metal survivability. - M.: Metallurgy, 1973, p. 62, Fig. 24). The considered function reflects the processes in the material of the sample material. The ascending section of the function reflects an increase in the elastic limit due to the hardening phenomenon. The descending section corresponds to the appearance of irreversible damage, i.e. microcracks arise and grow.
Исследователю важно знать, как изменяется состояние материала с увеличением количества циклов нагружения. Поскольку некоторому значению функции перемещения может соответствовать как восходящий, так и нисходящий участки, необходимо, как минимум, выявить экстремум функции Uпр=f(N).It is important for the researcher to know how the state of the material changes with an increase in the number of loading cycles. Since the ascending and descending sections can correspond to a certain value of the displacement function, it is necessary, at a minimum, to identify the extremum of the function U pr = f (N).
На фиг. 6 изображена функциональная схема блока выявления экстремума характеристики перемещения активного захвата. Временную ось задает генератор G измерителя перемещения активного захвата. В цепь времени входят формирователь 5 сигнала генератора G и два последовательно соединенных счетных триггера 6, 7.In FIG. 6 is a functional block diagram of an extremum detection unit of an active capture displacement characteristic. The time axis is defined by the generator G of the active capture displacement meter. The time chain includes the generator 5 of the signal generator G and two series-connected counting flip-
Дискретизация функции перемещения Uпр=f(N) осуществляется конъюнктором 8 с помощью формирователя длительности 9. На выходе конъюнктора 8 получаются прямоугольные импульсы постоянной длительности с амплитудой равной значению функции Uпр=f(N) в данный момент времени. Временной шаг этих импульсов равен периоду сигнала генератора G.Discretization of the displacement function U CR = f (N) is carried out by the
Принцип выявления экстремума заключается в сравнении амплитуд двух соседних импульсов на выходе конъюнктора дискретизации 8. Возрастающему участку функции Uпр=f(N) соответствует большая амплитуда последующего импульса по отношению к предыдущему. На спадающем участке-наоборот. Поскольку сравниваемые импульсы разнесены по времени, то в схеме предусмотрены два интегратора 10, 11. Выходные потенциалы интеграторов сравниваются амплитудным селектором 12 (фиг. 9), выходы которого управляют RS-триггером 13 экстремума.The principle of detecting an extremum is to compare the amplitudes of two adjacent pulses at the output of the
Для отражения режима работы установки предусмотрен дисплейный индикатор. Индикатор имеет три временных канала (по принципу трехканального электронно-лучевого эсциллографа):To reflect the operating mode of the installation, a display indicator is provided. The indicator has three time channels (according to the principle of a three-channel electron beam escillograph):
- канал перемещения активного захвата;- channel moving active capture;
- канал состояния триггера экстремума;- channel of the trigger state of the extremum;
- канал устройства термообработки образца материала.- channel device for heat treatment of a sample of material.
Сигнал перемещения активного захвата формирует устройство сравнения 15 как разностный потенциал интеграторов. Соответственно на индикаторе пользователь будет наблюдать разнополярные импульсы пропорциональные величине перемещения активного захвата, при чем на возрастающем участке функции Uпр=f(N) импульсы положительные, а на спадающем - отрицательные. Длительность импульсов формирует конъюктор считывания 16. Управление основными функциональными составляющими осуществляется цепью времени с использованием входных 17, 18 и выходных 19, 20 конъюнкторов интеграторов. Для реализации логической функции работы конъюнктора считывания 16 предусмотрен инвертор 21. Один цикл измерения осуществляется за время единичного состояния триггера 7 цепи времени. По окончанию одного цикла измерения конъюнктор 22 формирует импульс сброса.The signal of movement of the active capture forms the comparison device 15 as the difference potential of the integrators. Accordingly, the user will observe bipolar pulses on the indicator that are proportional to the amount of active capture displacement, moreover, on the increasing portion of the function U pr = f (N), the pulses are positive, and on the falling one, negative. The pulse duration forms the read conjunct 16. The main functional components are controlled by a time chain using
Канал состояния триггера 13 экстремума отражает потенциал единичного выхода. На восходящей ветви функции Uпр=f(N) потенциал близок к нулю (совпадает с линией развертки). При достижении экстремума потенциал близок к уровню низковольтного электропитания Е (питание микросхем).The state channel of the trigger 13 extremum reflects the potential of a single output. On the ascending branch of the function U CR = f (N), the potential is close to zero (coincides with the sweep line). When reaching the extreme, the potential is close to the low-voltage power supply E (microcircuit power).
Канал устройства термообработки образца материала отражает в форме меандра циклы его работы.The channel of the heat treatment device of the material sample reflects in the form of a meander the cycles of its operation.
Электропитание всех элементов установки обеспечивает блок питания 24.Power supply to all elements of the installation provides a
Работает блок выявления экстремума характеристики перемещения активного захвата следующим образом - см. эпюры напряжений на выходах элементов схемы (фиг. 10). Исходное состояние всех триггеров блока устанавливается штатным образом фронтом электропитания при включении блока питания 24 (на фиг. 6 не показано).The extremum identification block of the active capture displacement characteristic works as follows - see diagrams of voltages at the outputs of circuit elements (Fig. 10). The initial state of all block triggers is set in a regular way by the power supply front when the
Такт работы блока задает цель времени по высокочастотному (килогерцы) сигналу UG блока питания 24. Этот сигнал преобразуется формирователем 5 в прямоугольную форму U5. Фронтом импульса U5 срабатывает счетный триггер 6, а срезом импульса последнего срабатывает счетный триггер 7.The clock cycle of the unit sets the time target for the high-frequency (kilohertz) signal U G of the
Вторым входным сигналом блока является аналоговая функция перемещения Uпр=f(N) со схемы фиг. 5, которая поступает на вход конъюнктора 8. На второй вход конъюнктора 8 с формирователя 9 поступает прямоугольный импульс U9, сформированный фронтом импульса U5. Таким образом, на выходе конъюнктора 8 появится прямоугольный импульс-длительностью U9 и амплитудой, равной Uпр, в данный момент времени.The second input signal of the block is the analog displacement function U pr = f (N) from the circuit of FIG. 5 which is
Далее в интервале единичного состояния триггера 7 цепи времени осуществляется сравнение амплитуд двух соседних импульсов U8: предыдущий импульс поступает на вход интегратора 10, а последующий - на вход интегратора 11. Интеграторы устроены однотипно по схеме фиг. 7. Зарядный ток конденсатора С определяется параметрами RC-цепи и амплитудой входного импульса. Выходное напряжение интегратора U10 (U11) пропорционально амплитуде входного импульса, поступающего с выхода конъюнктора 8. Разряд конденсатора С осуществляется через транзистор VT по сигналу сброса U22. Выходные напряжения интеграторов поступают на входы устройства сравнения 15 и амплитудного селектора 12. Выход амплитудного селектора подключен к входам триггера экстремума 13. Распределение импульсов осуществляется конъюнкторами 17, 18, 19, 20, а логика их работы прослеживается по эпюрам напряжений фиг. 10. Процедура сравнения выходных напряжений интеграторов проходит за время действия импульса U16 с выхода конъюнктора считывания 16.Next, in the interval of the single state of the trigger 7 of the time chain, the amplitudes of two adjacent pulses U 8 are compared: the previous pulse goes to the input of the
Схема сравнения (фиг. 8) представляет собой дифференциальный усилитель на транзисторах VT1, VT2 по схеме с общим эмиттером. В исходном состоянии транзисторы находятся в режиме отсечки за счет резисторов R1, R4. При поступлении входных сигналов U19, U20 рабочая точка смещается в активную область транзисторов, при этом напряжения на коллекторах будут пропорциональны входным сигналам. Разностный потенциал коллекторов поступает на индикатор 14.The comparison circuit (Fig. 8) is a differential amplifier on transistors VT1, VT2 according to the scheme with a common emitter. In the initial state, the transistors are in cutoff mode due to the resistors R1, R4. When the input signals U 19 , U 20 arrive, the operating point is shifted to the active region of the transistors, while the collector voltages will be proportional to the input signals. The differential potential of the collectors goes to the indicator 14.
Работу амплитудного селектора 12 (фиг. 9) удобно рассматривать совместно с триггером экстремума 13. Схема 12 представляет собой композицию двух диодных ограничителей: один построен на диоде VD1 и резисторе R1, другой - на диоде VD2 и резисторе R2. Принципы работы каждого ограничителя основан на характеристике диода - при положительном потенциале анода по отношению к катоду диод электропроводен. На возрастающем участке характеристики Uпр=f(N) входные напряжения соотносятся как U20>U19, следовательно диод VD1 электропроводен и потенциал первого ограничителя поступает на вход сброса R RS-тригтера 13. При достижении экстремума функции Uпр=f(N) ситуация становится обратной и в этот момент на вход S триггера поступает импульс со второго ограничителя, соответственно триггер 13 переходит в единичное состояние.The operation of the amplitude selector 12 (Fig. 9) is conveniently considered together with the trigger of extremum 13.
Обратимся к устройству термообработки образца материала. В подшипниках 25 на основании 26 установки для испытания образцов материалов на усталость установлена поворотная платформа 27. Для реализации поворота платформы предусмотрены электромагнит привода 28 и закрепленный на платформе поводок 29. Угол поворота платформы ограничен двумя электроконтактными упорами 30, 31, которые взаимодействуют с поводком 29. С целью упрощения конструкции упоров поводок выполнен из электроизоляционного материала, например стеклопластика (либо его поверхность в зоне контакта с упорами имеет диэлектрическое покрытие). Обмотка 32 электромагнита 28 намотана на каркас 33. Якорь 34 электромагнита имеет цилиндрическую форму и размещен в отверстии каркаса с некоторым радиальным зазором. Под якорем установлена винтовая пружина 36, которая опирается на пластину 37, закрепленную винтами на каркасе 33.We turn to the device for heat treatment of a sample of material. A
Для стабилизации скорости движения якоря предусмотрен регулятор скорости (фиг. 2). На пластине 37 выполнено соосное с отверстием каркаса 33 сквозное отверстие 39. На плоскости пластины с помощью штифта 40 установлена поворотная заслонка 41. Дуговой паз 42 заслонки совместно с винтом 43 образуют фиксатор положения заслонки. Пластина 37 крепится к каркасу 33 электромагнита винтами 44. Принцип работы регулятора скорости основан на образовании силы вязкого трения, которое в отличии постоянного (Кулонова) трения не образует зоны застоя в характеристике перемещения.To stabilize the speed of movement of the armature provides a speed controller (Fig. 2). A through
Сила вязкого трения равнаThe force of viscous friction is equal to
где х - линейная скорость движения якоря электромагнита;where x is the linear velocity of the armature of the electromagnet;
h=ρS - коэффициент вязкого трения;h = ρS is the coefficient of viscous friction;
Здесь ρ - плотность воздуха;Here ρ is the density of air;
S - эффективное сечение отверстия 39.S is the effective section of the
Из вышеприведенных формул следует, что силу вязкого трения можно регулировать изменяя эффективное сечение отверстия 39 путем поворота заслонки 41.From the above formulas it follows that the force of viscous friction can be controlled by changing the effective cross section of the
Оба электроконтактных упора выполнены однотипно - фиг. 3, где условно изображено сечение поводка 29 поворотной платформы. В электроизоляционном корпусе 45 упора закреплены два обычных для релейных устройств гибких контактных элемента 45, 46. Контактные элементы установлены таким образом, что образуют нормально разомкнутый контакт. В цепь управления электромагнитом 28 кроме электроконтактных упоров 30, 31 входят RS-триггер 48 и силовой электронный ключ 49.Both contact stops are made of the same type - FIG. 3, where the section of the
Кроме вышеперечисленных элементов в рассматриваемое устройство входит лазер 50. Лазер закреплен на поворотной платформе 27 таким образом, что осевая линия его оптического луча пересекает осевую линию образца материала, а диаметр оптического луча меньше диаметра рабочей части образца материала. Вышеуказанное соотношение диаметров обеспечивает высокий коэффициент полезного действия теплового цикла, поскольку оптическое пятно луча лазера проходит только по поверхности рабочего участка образца и не нагревает окружающие элементы установки. В силу сравнительно короткого времени термообработки нагрев утолщенных концов образца в захватах будет ограничен.In addition to the above elements, a laser 50 is included in the device under consideration. The laser is mounted on the
В исходном положении под действием пружины 36 якоря поводок 29 находится на упоре 30 и его контакт S0 замкнут, при этом оптический луч лазера 50 находится в начале рабочего участка образца материала. Соответственно при перекладка поворотной платформы на второй упор 31 оптический луч проходит всю длину рабочего участка образца материала.In the initial position, under the influence of the
Рассмотрим вариант температурного отпуска образца материала для устранения наклепа. Для реализации этого техпроцесса снимают нагрузку образца путем отключения электропитания UH обмотки WH электромагнита 4 в момент появления единичного сигнала триггера экстремума 13 на индикаторе 14. Не останавливая вращение пассивного захвата 1, включают устройство термообработки. Поскольку в исходном положении замкнут контакт S0 упора 30, то триггер 48 устанавливается в единичное состояние и включает электронный ключ 49, запитывающий обмотку 32 электромагнита 28. Якорь 34 через тягу 35 и поводок 29 поворачивает платформу 27 вместе с лазером 50 до упора 31. достигнув упора 31, поводок 29 замыкает нормально разомкнутый контакт Sk, что приводит к опрокидыванию триггера 48, соответственно к обесточиванию катушки 32. После этого платформа 27 под действием пружины 36 будет возвращаться в исходное положение. При колебаниях платформы вместе с лазером луч последнего проходит путь рабочего участка образца материала, а поскольку при этом образец вращается, то нагрев осуществляется по всей поверхности. Температура нагрева определяется мощностью лазера и количеством циклов поворотной платформы. Заметим, что время на устрашение начального наклепа сравнительно невелико, т.к. глубина прогрева образца материала необходима на десятые доли миллиметра.Consider the option of temperature release of a sample of material to eliminate hardening. To implement this process, the load of the sample is removed by disconnecting the power supply U H of the winding W H of the electromagnet 4 at the time of the appearance of a single signal of the trigger of extremum 13 on the indicator 14. Without stopping the rotation of the passive capture 1, turn on the heat treatment device. Since the contact S 0 of the stop 30 is closed in the initial position, the
Предлагаемая установка позволяет выполнять другие виды термообработки, например закалку. Известно, что некоторые материалы подвергаются закаливанию путем нагрева с последующим охлаждением на воздухе. Если блокировать питание электромагнита 28, то термообработке будет подвергаться только начальный участок образца, где механические напряжения максимальны. Период цикла работы устройства термообработки определяется инерционностью элементов кинематики и жесткостью пружины 36 якоряThe proposed installation allows you to perform other types of heat treatment, such as quenching. It is known that some materials are quenched by heating, followed by cooling in air. If you block the power of the electromagnet 28, then only the initial portion of the sample will be subjected to heat treatment, where the mechanical stresses are maximum. The cycle period of the heat treatment device is determined by the inertia of the kinematic elements and the stiffness of the
где m - приведенная к якорю 34 электромагнита 28 масса подвижных элементов кинематики;where m is the mass of the moving elements of kinematics reduced to the
D - жесткость пружины 36.D -
Пользуются установкой для испытания образцов материалов на усталость в соответствии с программой испытаний. Предлагаемая установка позволяет реализовать самые разные программы, в том числе испытания с заданной нагрузкой и испытания с заданной деформацией. Рассмотрим основу одного варианта программы испытаний образца материала на усталость.They use a fatigue testing device for samples of materials in accordance with the test program. The proposed installation allows you to implement a variety of programs, including tests with a given load and tests with a given deformation. Consider the basis of one version of a program for testing a material sample for fatigue.
Закрепляют образец материала в пассивном и активном захватах и включают установку. Задают необходимую частоту вращения пассивного захвата (как было отличено выше приводом шпинделя, на котором закреплен пассивный захват). По тарировочному графику установки регулятором напряжения UH на блоке питания 24 величиной тока обмотки WH соленоидной катушки 4 устанавливают силу нагружения образца материала. Величину прогиба отсчитывают по масштабной сетке индикатора 14.Fix a sample of material in passive and active captures and include installation. Set the required frequency of rotation of the passive capture (as was noted above by the spindle drive on which the passive capture is fixed). According to the calibration schedule of the installation by the voltage regulator U H on the
В процессе вращения нагруженного образца материала за счет наклепа изменяется прогиб активного захвата, что приводит к смещению магнитопроводного стержня 3-а активного захвата. Смещение стержня изменяет индуктивность Lu обмотки Wu измерителя перемещения активного захвата, на выходе которого формируется функция перемещения Vпр=f(N). Блок выявления экстремума характеристики перемещения формирует сигнал экстремума и отражает его на индикаторе.During the rotation of the loaded sample of material due to hardening, the deflection of the active capture changes, which leads to the displacement of the magnetic core of the 3rd active capture. The displacement of the rod changes the inductance L u of the winding W u of the active capture displacement meter, at the output of which the displacement function V pr = f (N) is formed. The block identifying the extremum of the displacement characteristic generates an extremum signal and reflects it on the indicator.
Далее проводят температурный отпуск образца материала. Отключением питания UH обмотки WH снимают нагрузку образца материала и включают устройство термообработки. В соответствии с циклом работы триггера 48 оптический луч лазера 50 многократно перемещается по рабочему участку вращающегося образца материала обеспечивая нагрев до нужной температуры. Время нагрева зависит от исследуемого материала, вида термообработки и мощности лазера. Далее продолжают испытания в соответствии с программой испытаний.Next, a temperature release of a sample of material is carried out. By turning off the power U H, the windings W H remove the load of the material sample and turn on the heat treatment device. In accordance with the operating cycle of the
Таким образом, предлагаемая установка для испытания образцов материалов на усталость позволяет реализовать широкий спектр программ испытаний. Индикатор установки показывает в масштабе текущее значение перемещения активного захвата в форме прямоугольных импульсов, при этом восходящему участку соответствуют положительные импульсы, а нисходящему - отрицательные. Индикатор также отражает момент прохождения экстремума функции перемещения активного захвата и количество циклов работы устройства термообработки. Термообработка выполняется без демонтажа образца как в произвольный момент времени, так и по сигналу о текущем состоянии образца материала. Установка проекта в обращении, режим испытаний задается органами электроуправления.Thus, the proposed installation for testing samples of materials for fatigue allows you to implement a wide range of test programs. The installation indicator shows on a scale the current value of the active capture displacement in the form of rectangular pulses, while the upward section corresponds to positive impulses, and the downward section to negative ones. The indicator also reflects the moment of the extremum of the active capture movement function and the number of cycles of the heat treatment device. Heat treatment is performed without dismantling the sample both at an arbitrary point in time and by a signal about the current state of the material sample. Installation of the project in circulation, the test mode is set by the electric authorities.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019120623U RU194611U1 (en) | 2019-07-01 | 2019-07-01 | Installation for testing material samples for fatigue |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019120623U RU194611U1 (en) | 2019-07-01 | 2019-07-01 | Installation for testing material samples for fatigue |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU194611U1 true RU194611U1 (en) | 2019-12-17 |
Family
ID=69007123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019120623U RU194611U1 (en) | 2019-07-01 | 2019-07-01 | Installation for testing material samples for fatigue |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU194611U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2771408C1 (en) * | 2021-10-12 | 2022-05-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет" (ННГАСУ) | Control device for electromagnetic equipment for testing materials for fatigue |
| CN114552934A (en) * | 2021-10-27 | 2022-05-27 | 厦门腾威胜检测科技有限公司 | Electromagnetic control type high-frequency fatigue testing machine |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1523958A1 (en) * | 1988-03-04 | 1989-11-23 | Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела | Installation for testing specimens of materials for fatigue in bending |
| RU2376578C1 (en) * | 2008-11-17 | 2009-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Plant for fatigue tests of specimen |
| RU2415398C1 (en) * | 2009-12-18 | 2011-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Material fatigue tester |
| RU2503945C2 (en) * | 2012-01-31 | 2014-01-10 | Общественная организация Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы | Plant for fatigue testing of samples |
| RU145586U1 (en) * | 2014-02-07 | 2014-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | INSTALLATION FOR TESTING MATERIALS FOR FATIGUE |
| RU2624595C1 (en) * | 2016-05-27 | 2017-07-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Device for fatigue testing samples |
-
2019
- 2019-07-01 RU RU2019120623U patent/RU194611U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1523958A1 (en) * | 1988-03-04 | 1989-11-23 | Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела | Installation for testing specimens of materials for fatigue in bending |
| RU2376578C1 (en) * | 2008-11-17 | 2009-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Plant for fatigue tests of specimen |
| RU2415398C1 (en) * | 2009-12-18 | 2011-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Material fatigue tester |
| RU2503945C2 (en) * | 2012-01-31 | 2014-01-10 | Общественная организация Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы | Plant for fatigue testing of samples |
| RU145586U1 (en) * | 2014-02-07 | 2014-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | INSTALLATION FOR TESTING MATERIALS FOR FATIGUE |
| RU2624595C1 (en) * | 2016-05-27 | 2017-07-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Device for fatigue testing samples |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2771408C1 (en) * | 2021-10-12 | 2022-05-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет" (ННГАСУ) | Control device for electromagnetic equipment for testing materials for fatigue |
| CN114552934A (en) * | 2021-10-27 | 2022-05-27 | 厦门腾威胜检测科技有限公司 | Electromagnetic control type high-frequency fatigue testing machine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU194611U1 (en) | Installation for testing material samples for fatigue | |
| CN114018144B (en) | Sensor detection circuit and sensor detection method | |
| US9064661B2 (en) | Systems and methods for determining actuation duration of a relay | |
| CN108957322B (en) | Method for measuring back electromotive force of permanent magnet motor and measuring device used by method | |
| US3918299A (en) | Arrangement for use in the study of the propagation of cracks | |
| US4020678A (en) | Method and system for testing of individual gear teeth | |
| Yeh et al. | Attachable magnetic-piezoelectric energy-harvester powered wireless temperature sensor nodes for monitoring of high-power electrical facilities | |
| US7812562B2 (en) | Method and apparatus for high speed stepper motor stall detection | |
| CN113376201B (en) | Device and method for collecting NiTi phase transition temperature experimental data | |
| RU186689U1 (en) | Fatigue Testing Machine | |
| RU145586U1 (en) | INSTALLATION FOR TESTING MATERIALS FOR FATIGUE | |
| RU2385465C2 (en) | Method and device for measuring alternating voltage using variable voltage divider | |
| CN104714196A (en) | Magnetic material temperature feature testing method | |
| CN111579109B (en) | Refined temperature monitoring system and method for electric tea frying machine | |
| JP2003172674A (en) | Switch-durability testing apparatus | |
| CN208596022U (en) | A kind of Vibration Modal Test system for open isolating switch | |
| Pattanayak et al. | Variable reluctance type speed sensor for acidic and radiation environment | |
| RU2093810C1 (en) | Gear testing rolling bearings | |
| CN209014686U (en) | A kind of measuring circuit of the voltage hold-time of proof voltage tester | |
| Zucca et al. | A setup for the performance characterization and traceable efficiency measurement of magnetostrictive harvesters | |
| CN223037966U (en) | A fan speed measuring device | |
| EP0193867A2 (en) | Heat source circuitry for biological material analysis | |
| CN212302314U (en) | Electric tea frying machine temperature monitoring device | |
| CN109405730A (en) | A kind of physical synthesis characteristic test device of filamentary material | |
| RU108843U1 (en) | INSTALLATION FOR ACCELERATED TEST OF MATERIALS FOR FATIGUE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20200113 |