Устройство для ускоренного определения остаточного ресурса металлических ферромагнитных изделий

Полезная модель относится к области испытательной техники, в частности, к устройствам, предназначенным для определения остаточного ресурса образцов различного рода металлических ферромагнитных изделий, используемых на железнодорожном транспорте. Предложено устройство, для определения остаточного ресурса, дополненное блоком регулировки температуры, позволяющим поддерживать температуру образца, соответствующую реальным условиям эксплуатации железнодорожной техники. Регулировка и стабилизация температуры осуществляется блоком управления температуры (фиг. 1) в широком диапазоне температур. Для формирования сигналов нагрузки используется ЭВМ, которая позволяет задавать сигналы различные по частоте и форме. Высокая частота нагружения позволяет проводить испытания образцов с деформацией на изгиб оперативно. По результатам испытаний образца можно определять остаточный ресурс самого изделия с учетом реальных условий эксплуатации и масштабного фактора.

1. Описание

1.1 Область техники, к которой относиться полезная модель

Полезная модель относится к области испытательной техники, в частности, к устройствам, предназначенным для определения остаточного ресурса образцов различного рода металлических ферромагнитных изделий, используемых на железнодорожном транспорте.

1.2 Уровень техники

Известно устройство для проведения ускоренных испытаний материалов на усталость, содержащее основание, активный и пассивный захваты, двух соленоидных катушек, соединенных с источником тока. При этом соленоидные катушки соединены с электронным ключом и усилителем-формирователем сигнала электронного ключа с образованием схемы формирования импульсов привода. Кроме этого, магнитопроводной стержень ограничен двумя упругими упорами, установленными на том же основании. (Патент на полезную модель 108843, 27.09.2011).

Недостаток данного устройства заключается в том, что испытуемый образец не имеет температурной стабилизации. Температура образца в процессе испытаний может изменяться, в частности, знакопеременная деформация может приводить к существенному повышению температуры.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, для прогнозирования остаточного ресурса и физико-механических параметров материалов, содержащее источник прикладываемого к исследуемому объекту ударного воздействия, выполненный в виде молотка. Персональный компьютер, связанный с исследуемым объектом микрофонным входом, позволяет отображать на экране затухающие колебания в реальном масштабе времени с возможностью полной их математической обработкой. (Патент на полезную модель 56620, 10.09.2006).

Недостатком указанного устройства, является практическая невозможность проведения многоцикловых испытаний образцов, с возможностью оперативного контроля изменения частоты, формы и амплитуды колебаний.

1.3 Раскрытие полезной модели

Целью полезной модели является ускоренное (~10⁷ циклов) определение остаточного ресурса образцов различного рода металлических ферромагнитных изделий, используемых на железнодорожном транспорте.

Указанная цель достигается путем создания условий нагружения образцов изделий в виде изгиба, отличающихся по амплитуде, частоте и температуре. Для этого представленное устройство комплектуется блоком формирования исходных сигналов, состоящего из ЭВМ и усилителя мощности, силового трансформатора с разомкнутым магнитным сердечником, термостата и блока регулировки температуры. Для создания условий нагружения при низких температурах используется жидкий азот, пары которого имеют непосредственный доступ во внутреннюю полость термостата. Амплитуда колебания свободного конца исследуемого образца изделия определяется с помощью отраженного от полированной поверхности одной из граней образца луча лазера.

1.4 Краткое описание чертежей

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства.

Блок формирования сигналов, состоящий из ЭВМ 1 и преобразователя сигналов 2 через усилитель мощности соединен непосредственно с двумя обмотками 5 и 6 трансформатора 4. Обмотки соединены последовательно. Термостат 10 смонтированный на одной основе с трансформатором содержит жесткое крепление 16, в котором закреплен один конец образца 7. К жесткому креплению 16 непосредственно прикреплены датчик температуры 11 и один из нагревательных элементов 12. Внутренняя полость термостата через паропровод 14 соединена с сосудом Дюара 15. В сосуде Дюара, наполненном жидким азотом находится второй нагревательный элемент 13. Датчик температуры 11, нагревательные элементы 12 и 13 управляются блоком регулировки температуры 17. Луч лазера 8, отраженный от грани образца 7 падает на измерительную линейку 9.

Устройство работает следующим образом.

Оператор ЭВМ 1 программирует частоту, амплитуду и форму сигнала, который через преобразователь сигналов 2 подается на усилитель мощности 3. Выходной сигнал с усилителя мощности подается на обмотки 5 и 6 с разомкнутым сердечником 4. В результате, в разрыве сердечника, в котором расположен свободный конец образца 7 создается переменное магнитное поле. Взаимодействие переменного магнитного поля со свободным концом образца 7 приводит к тому, что свободный конец начинает вибрировать с частотой равной частоте переменного магнитного поля. Луч лазера 8 отраженный от поверхности вибрирующего образца, на линейке 9 показывает размах колебаний, по которому легко определяется непосредственная амплитуда колебаний образца 7 в области разрыва магнитного сердечника 4.

Для выставления температуры образца 7 выше комнатной, в термостате 10, на зажимах 16 закреплен нагревательный элемент 12. Фиксация температуры происходит с помощью блока регулировки температуры 17, который имеет обратную связь с термостатом через датчик температуры 11.

Для выставления температуры ниже комнатной в термостате 10, используются пары азота, которые подаются в термостат через паропровод 14. Интенсивность подачи паров азота определяется нагревательным элементом 13, которым управляет блок регулировки температуры 17, имеющий обратную связь с термостатом через датчик регулировки температуры 11.

Использование предлагаемого устройства позволяет смоделировать реальные знакопеременные нагрузки на изделие, оценить степень их воздействия и определить остаточный ресурс самого изделия с учетом реальных условий эксплуатации с учетом масштабного фактора.

Устройство для ускоренного определения остаточного ресурса металлических ферромагнитных изделий, состоящее из блока формирования сигналов, включающего ЭВМ и преобразователь сигналов, усилитель мощности, соединённый непосредственно с двумя последовательно соединёнными обмотками, отличающееся тем, что снабжено термостатом, в котором закреплён один конец испытуемого образца, к жёсткому креплению непосредственно прикреплены датчик температуры и один из нагревательных элементов, внутренняя полость термостата через паропровод соединена с сосудом Дюара, пары азота через паропровод непосредственно проникают во внутреннюю полость термостата, интенсивность парового потока задаётся вторым нагревательным элементом, выставление и регулировка температуры осуществляются блоком регулировки температуры.