Стенд для испытаний конструкций при осевом и внецентренном приложении знакопеременных нагрузок

Полезная модель относится к области строительства, а именно, к определению физико-механических свойств строительных изделий, преимущественно бетонных призм, и может быть использовано для исследования прочностных свойств твердых материалов путем приложения осевых и внецентренных растягивающих и сжимающих статических знакопеременных нагрузок без перестановки образца на испытательном стенде. Технической задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей испытательной установки, имеющей возможность проводить испытания образцов и на растяжение, и на сжатие на одном стенде без перестановки образца. Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом решении стенд дополнительно снабжен, по меньшей мере, двумя подвижными силовыми платформами, а привод выполнен в виде устройства одностороннего действия, причем на стенде выполнено реверсное устройство, силовое устройство и регулировочный механизм. Кроме того, устройство одностороннего действия выполнено в виде гидравлического домкрата одностороннего действия. Кроме того, реверсное устройство предназначено для изменения направления действия нагрузок на испытываемый образец и выполнено в виде подвижных силовых платформ и направляющих штанг, на которых установлены подвижные силовые платформы с возможностью перемещения. Кроме того, силовое устройство предназначено для создания нагрузки заданной величины и заданной скорости нагружения, и выполнено в виде подвижной силовой платформы, которая установлена на направляющих штангах с возможностью перемещения, и гидравлического домкрата одностороннего действия, который установлен с возможностью контактного воздействия с подвижной силовой платформой. Кроме того, регулировочный механизм предназначен для регулирования величины перемещений силовых платформ, изменения направления действия нагрузки и выполнен в виде направляющих штанг и упоров, которые установлены на направляющих штангах и образуют с ними винтовые пары. 1 н.з. п. ф-лы, 4 з.п. ф-лы, 2 илл.

Полезная модель относится к области строительства, а именно, к определению физико-механических свойств строительных изделий, преимущественно бетонных призм, и может быть использовано для исследования прочностных свойств твердых материалов путем приложения осевых и внецентренных растягивающих и сжимающих статических знакопеременных нагрузок без перестановки образца на испытательном стенде.

Промышленность производит для испытательных лабораторий пресса одностороннего действия либо на растяжение, либо на сжатие.

Известны гидравлические универсальные испытательные машины для статических испытаний образцов материалов на растяжение и сжатие (Испытательная техника. Справочник под ред. Клюева В.В., книга 1. М.: »Машиностроение», 1982. С.30-33, 57-59, 89-90., Универсальные испытательные машины УММ. Испытательные машины и стенды. Сводный каталог. М.: ОНТИПРИБОР, 1967. С.78-79.), имеющие отдельные рабочие зоны для испытаний на растяжение и сжатие, так называемые двухзонные испытательные машины, представляющие собой, по сути дела две машины (растяжения и сжатия), работающие от одного силового гидроцилиндра.

Они имеют сложную конструкцию, определяемую необходимостью использования реверса с собственной траверсой и колоннами.

Известны также однозонные сервогидравлические универсальные испытательные для статических испытаний образцов материалов на растяжение и сжатие (Универсальные сервогидравлические машины Instron. Материалы международной выставки AEROSPACE TESTING RUSSIA 2006, М. Сайт фирмы Instron: www.instron.com., Статические сервогидравлические испытательные машины серий: LF, LFSV, LF-TTM, LF-UTM. Материалы международной выставки AEROSPACE TESTING RUSSIA 2006, М. Сайт фирмы MELYTEC: www.melytec.ru.), в которых испытания на растяжение и сжатие обеспечивают за счет использования сервоклапана (называемого также «электродроссельным усилителем» и «электрогидравлическим усилителем») (Тябликов Ю.Е. Гидравлические испытательные машины. М. «Машиностроение», 1982. С.61-64), управляющего силовым гидроцилиндром.

К недостаткам универсальных испытательных машин с сервогидравлическим приводом для статических испытаний следует отнести их чрезмерную сложность, определяемую следующими факторами:

Во-первых, использование для управления силовым гидроцилиндром сервоклапана, сложного по конструкции и технологии изготовления устройства, требует высокой степени очистки рабочей жидкости (индустриальное масло, питающее через сервоклапан силовой гидроцилиндр испытательной машины, должно иметь класс чистоты не ниже 11-го, при котором допускается не более 50 частиц размером от 100 до 200 мкм в объеме рабочей жидкости, равном 100 куб.см).

Во-вторых испытательные машины с сервогидравлическим приводом требуют обязательного охлаждения рабочей жидкости в связи с ее разогревом в результате дросселирования на кромках золотника выходного каскада сервоклапана. Для охлаждения рабочей жидкости используются, как правило, водяные охладители (радиаторы), через которые пропускается охлажденная, например, с помощью градирни техническая вода.

В-третьих, использование сервоклапана требует наличия кроме высокого рабочего давления (20 Мпа и более), управляющего перемещением плунжера силового гидроцилиндра испытательной машины, также наличия низкого давления (6,3 Мпа), управляющего входным каскадом сервоклапана, так называемой «сопло-заслонкой». Это означает, что в насосной установке кроме насоса высокого давления 20 Мпа должен быть насос, обеспечивающий давление управления 6,3 Мпа и, соответственно двигатель, вращающий вал насоса.

Таким образом, использование сервоклапана значительно усложняет испытательную машину.

Наиболее близким аналогом, принятым заявителем за прототип является гидравлическая машина для механических испытаний материалов по патенту Российской федерации 48066, G01N 3/02, 2005 г в которой создание нагрузки растяжения или сжатия обеспечивается за счет изменения давления рабочей жидкости, поступающей в рабочую полость силового гидроцилиндра от насоса высокого рабочего давления, управляемого асинхронным двигателем, который в свою очередь управляется частотным регулятором (Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления приводов. М.: ACADEMA, 2005. С.159-204.; Браславский И.Я., Ишматов З.Ш., Поляков В.Н. Энергосберегающий асинхронный электропривод. М. ACADEMA, 2004. - 256 c.; Бармин А., Ташлинский А. Современные технологии автоматизации. 2000. 4, С.6-19.), охваченным отрицательной обратной связью по нагрузке.

Основным недостатком аналога является отсутствие универсальности, т.е. такая машина может обеспечить проведение испытаний образцов материалов только на растяжение или только на сжатие.

Технической задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей испытательной установки, имеющей возможность проводить испытания образцов и на растяжение, и на сжатие на одном стенде без перестановки образца.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом решении стенд дополнительно снабжен, по меньшей мере, двумя подвижными силовыми платформами, а привод выполнен в виде устройства одностороннего действия, причем на стенде выполнено реверсное устройство, силовое устройство и регулировочный механизм.

Кроме того, устройство одностороннего действия выполнено в виде гидравлического домкрата одностороннего действия.

Кроме того, реверсное устройство предназначено для изменения направления действия нагрузок на испытываемый образец и выполнено в виде подвижных силовых платформ и направляющих штанг, на которых установлены подвижные силовые платформы с возможностью перемещения.

Кроме того, силовое устройство предназначено для создания нагрузки заданной величины и заданной скорости нагружения, и выполнено в виде подвижной силовой платформы, которая установлена на направляющих штангах с возможностью перемещения, и гидравлического домкрата одностороннего действия, который установлен с возможностью контактного воздействия с подвижной силовой платформой.

Кроме того, регулировочный механизм предназначен для регулирования величины перемещений силовых платформ, изменения направления действия нагрузки и выполнен в виде направляющих штанг и упоров, которые установлены на направляющих штангах и образуют с ними винтовые пары.

Технический результат от использования предлагаемого решения заключается в том, что при пропорциональном увеличении нагрузки достигается равенство продольных деформаций на четырех гранях образца в пределах одного деления индикаторов - при центральном нагружении, и текущие их значения при внецентренном нагружении; причем нагружение возможно производить с любым значением эксцентриситета в пределах сечения образца.

На фиг.1 изображен стенд для испытаний строительных конструкций при осевом и внецентренном приложении знакопеременных нагрузок в положении испытания на растяжение;

На фиг.2 - изображен стенд для испытаний строительных конструкций при осевом и внецентренном приложении знакопеременных нагрузок в положении испытания на сжатие.

Стенд для испытания строительных конструкций при осевом и внецентренном приложении знакопеременных нагрузок содержит основание 1, подвижные силовые платформы: нижнюю платформу 2, среднюю платформу 3 и верхнюю платформу 4. На основании 1 закреплены наружные направляющие штанги 5 и 6, а внутренние направляющие штанги 7 и 8 соединяют подвижные платформы 2, 3 и 4. Испытываемый образец 9 строительной конструкции размещают между средней подвижной силовой платформой 3 и верхней подвижной силовой платформой 4 и жестко закрепляют его на них.

На основании 1 установлен в вертикальном положении гидравлический домкрат 10 одностороннего действия, поршень которого при нагружении входит в контакт с подвижной силовой платформой 2.

На стенде выполнено реверсное устройство, которое предназначено для изменения направления действия нагрузок на испытываемый образец 9 и выполнено в виде подвижных силовых платформ 2, 3 и 4 и направляющих штанг наружных 5 и 6 и внутренних 7 и 8, на которых установлены подвижные силовые платформы 2, 3 и 4 с возможностью перемещения.

Кроме того, на стенде есть силовое устройство, которое предназначено для создания нагрузки заданной величины и заданной скорости нагружения и выполнено в виде гидравлического домкрата 10 одностороннего действия и нижней подвижной силовой платформы 2, которая установлена на направляющих штангах 5 и 6, 7 и 8 с возможностью перемещения. А гидравлический домкрат 10 одностороннего действия установлен с возможностью контактного взаимодействия с подвижной силовой платформой 2.

А также стенд снабжен регулировочным механизмом, который предназначен для регулирования величины перемещений подвижных силовых платформ 2, 3, 4, изменения направления действия нагрузки и выполнен в виде направляющих штанг и упоров. Упоры попарно установлены на наружных 5 и 6 и внутренних 7 и 8 направляющих штангах и образуют с ними несколько винтовых пар. Под нижней подвижной силовой платформой 2 на наружных направляющих штангах 5 и 6 установлены упоры 11 и 12, а над ней на внутренних направляющих штангах 7 и 8 установлены упоры 13 и 14.

Под средней подвижной силовой платформой 3 на внутренних направляющих штангах 7 и 8 установлены упоры 15 и 16. Над средней подвижной силовой платформой 3 на наружных направляющих штангах 5 и 6 установлены упоры 17 и 18.

Под верхней подвижной силовой платформой 4 на внутренних направляющих штангах 7 и 8 установлены упоры 19 и 20, а над ней на наружных направляющих штангах 5 и 6 установлены упоры 21 и 22.

Стенд для испытаний строительных конструкций при осевом и внецентренном приложении знакопеременных нагрузок работает следующим образом.

Независимо от направления приложения нагрузки, нижний торец испытываемого образца 9 закрепляют на средней подвижной силовой платформе 3 а верхний его торец - на верхней подвижной силовой платформе 4.

1. Например, проводят испытание образца 9 на растяжение, фиг 1.

В исходном положении упоры: 11 и 12, 13 и 14, 17 и 18, 19 и 20 выставлены без зазоров с соответствующими подвижными силовыми платформами 2, 3 и 4, а упоры 15 и 16, 21 и 22 выставлены с зазором с соответствующими подвижными силовыми платформами 3 и 4. Указанные зазоры имеют заданную регулируемую величину, на которую имеют возможность перемещения подвижные силовые платформы 3 и 4.

При включении привода - гидравлического домкрата 10, в действие, он поднимает нижнюю подвижную силовую платформу 2, которая через упоры 13 и 14 передает это воздействие внутренним направляющим штангам 7 и 8, которые в свою очередь посредством упоров 19 и 20 передают его на подвижную силовую платформу 4. Подвижная силовая платформа 4 начинает движение вверх и растягивает испытываемый образец 9, который жестко закреплен между подвижной силовой платформой 4 и «неподвижной» в данном случае силовой платформой 3. Упорами 15 и 16 регулируют величину перемещения силовой платформы 2, а упорами 21 и 22 величину перемещения подвижной силовой платформы 4.

2. Например, проводят испытания образца 9 на сжатие.

В исходном положении упоры: 11 и 12, 13 и 14, 15 и 16, 21 и 22 выставлены без зазоров с соответствующими подвижными силовыми платформами 2, 3 и 4, а упоры 17 и 18, 19 и 20 выставлены с зазором с соответствующими подвижными силовыми платформами 3 и 4. Указанные зазоры имеют заданную регулируемую величину, на которую имеет возможность перемещения подвижная силовая платформа 3.

При включении привода - гидравлического домкрата 10, в действие, он поднимает нижнюю подвижную силовую платформу 2, которая через упоры 13 и 14 передает это воздействие внутренним направляющим штангам 7 и 8, которые в свою очередь посредством упоров 15 и 16 передают его на подвижную силовую платформу 3. Подвижная силовая платформа 3 начинает движение вверх и сжимает испытываемый образец 9, который жестко закреплен между подвижной силовой платформой 3 и «неподвижной» в данном случае силовой платформой 4. Упорами 17, 18, 19 и 20 регулируют величину перемещения подвижной силовой платформы 3.

Таким образом, благодаря использованию реверсного устройства изменяют направление действия нагрузки на обратное и создают знакопеременное нагружение. Причем при смене знака направления нагрузки испытываемый образец строительной конструкции разгружают до нуля. При этом испытываемый образец 9 не снимают со стенда. Испытание проводят за одну установку образца 9 как на растяжение, так и на сжатие.

Использование предлагаемого технического решения позволило создать упрощенный технологический процесс испытаний строительных конструкций и расширить функциональные возможности испытательного стенда, позволяющего проводить испытания образцов и на растяжение, и на сжатие на одном стенде без перестановки образца. Испытательный стенд является универсальным, так как по сравнению с двухзонной испытательной машиной он обеспечивает испытания на растяжение и сжатие в одной зоне испытаний без конструктивной и технологической доработки, а также он обладает универсальностью за счет того, что обеспечивает испытания как на растяжение, так и на сжатие.

1. Стенд для испытаний конструкций при осевом и внецентренном приложении знакопеременных нагрузок, содержащий основание, установленную на нем подвижную платформу, привод, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен, по меньшей мере, двумя подвижными силовыми платформами, а привод выполнен в виде устройства одностороннего действия, причем на стенде выполнено реверсное устройство, силовое устройство и регулировочный механизм.

2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что устройство одностороннего действия выполнено в виде гидравлического домкрата одностороннего действия.

3. Стенд по п.1, отличающийся тем, что реверсное устройство предназначено для изменения направления действия нагрузок на испытываемый образец и выполнено в виде подвижных силовых платформ и направляющих штанг, на которых установлены подвижные силовые платформы с возможностью перемещения.

4. Стенд по п.1, отличающийся тем, что силовое устройство предназначено для создания нагрузки заданной величины и заданной скорости нагружения и выполнено в виде подвижной силовой платформы, которая установлена на направляющих штангах с возможностью перемещения, и гидравлического домкрата одностороннего действия, который установлен с возможностью контактного взаимодействия с подвижной силовой платформой.

5. Стенд по п.1, отличающийся тем, что регулировочный механизм предназначен для регулирования величины перемещений подвижных силовых платформ, изменения направления действия нагрузки и выполнен в виде направляющих штанг и упоров, которые установлены на направляющих штангах и образуют с ними винтовые пары.